KVO原理分析及使用进阶

概述该文章属于<简书 — 刘小壮>原创，转载请注明： <简书 — 刘小壮> https://www.jianshu.com/p/badf5cac0130 我们在工作中经常会用到 KVO，但是系统原生的 KVO并不好用，很容易导致 Crash。而且编写代码时，需要编写大量 KVO相关的代码，由于不支持 block的形式，代码会写的很分散。 本篇文章对KVO的实现原理进行了详细的分析，并且简单的实现了一个 该文章属于<简书 — 刘小壮>原创，转载请注明： @H_419_2@<简书 — 刘小壮> https://www.jianshu.com/p/badf5cac0130

我们在工作中经常会用到 KVO，但是系统原生的 KVO并不好用，很容易导致 Crash。而且编写代码时，需要编写大量 KVO相关的代码，由于不支持 block的形式，代码会写的很分散。 @H_419_2@本篇文章对KVO的实现原理进行了详细的分析，并且简单的实现了一个KVO，来当做技术交流。由于系统提供的KVO存在很多问题，在文章的最下面给出了解决方案。

@H_419_2@

概述 @H_419_2@KVO全称keyvalueObserving，是苹果提供的一套事件通知机制。允许对象监听另一个对象特定属性的改变，并在改变时接收到事件。由于KVO的实现机制，所以对属性才会发生作用，一般继承自NSObject的对象都默认支持KVO。

@H_419_2@KVO和NSNotificationCenter都是iOS中观察者模式的一种实现。区别在于，相对于被观察者和观察者之间的关系，KVO是一对一的，而一对多的。KVO对被监听对象无侵入性，不需要修改其内部代码即可实现监听。

@H_419_2@KVO可以监听单个属性的变化，也可以监听集合对象的变化。通过KVC的mutableArrayValueForKey:等方法获得代理对象，当代理对象的内部对象发生改变时，会回调KVO监听的方法。集合对象包含NSArray和NSSet。

基础使用 @H_419_2@使用KVO分为三个步骤：

通过addobserver:forKeyPath:options:context:方法注册观察者，观察者可以接收keyPath属性的变化事件。 在观察者中实现observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:方法，当keyPath属性发生改变后，KVO会回调这个方法来通知观察者。 当观察者不需要监听时，可以调用removeObserver:forKeyPath:方法将KVO移除。需要注意的是，调用removeObserver需要在观察者消失之前，否则会导致Crash。 注册方法 @H_419_2@在注册观察者时，可以传入options参数，参数是一个枚举类型。如果传入NSkeyvalueObservingOptionNew和NSkeyvalueObservingOptionold表示接收新值和旧值，默认为只接收新值。如果想在注册观察者后，立即接收一次回调，则可以加入NSkeyvalueObservingOptionInitial枚举。

@H_419_2@还可以通过方法context传入任意类型的对象，在接收消息回调的代码中可以接收到这个对象，是KVO中的一种传值方式。

@H_419_2@在调用addobserver方法后，KVO并不会对观察者进行强引用，所以需要注意观察者的生命周期，否则会导致观察者被释放带来的Crash。

监听方法 @H_419_2@观察者需要实现observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:方法，当KVO事件到来时会调用这个方法，如果没有实现会导致Crash。change字典中存放KVO属性相关的值，根据options时传入的枚举来返回。枚举会对应相应key来从字典中取出值，例如有NSkeyvalueChangeoldKey字段，存储改变之前的旧值。

@H_419_2@change中还有NSkeyvalueChangeKindKey字段，和NSkeyvalueChangeoldKey是平级的关系，来提供本次更改的信息，对应NSkeyvalueChange枚举类型的value。例如被观察属性发生改变时，字段为NSkeyvalueChangeSetting。

@H_419_2@如果被观察对象是集合对象，在NSkeyvalueChangeKindKey字段中会包含NSkeyvalueChangeInsertion、NSkeyvalueChangeRemoval、NSkeyvalueChangeReplacement的信息，表示集合对象的 *** 作方式。

兼容的调用方式 @H_419_2@调用KVO属性对象时，不仅可以通过点语法和set语法进行调用，KVO兼容很多种调用方式。

// 直接调用set方法，或者通过属性的点语法间接调用[account setname:@"Savings"]; // 使用KVC的setValue:forKey:方法[account setValue:@"Savings" forKey:@"name"]; // 使用KVC的setValue:forKeyPath:方法[document setValue:@"Savings" forKeyPath:@"account.name"];// 通过mutableArrayValueForKey:方法获取到代理对象，并使用代理对象进行 *** 作Transaction *newTransaction = <#Create a new transaction for the account#>;NSMutableArray *transactions = [account mutableArrayValueForKey:@"transactions"];[transactions addobject:newTransaction];

实际应用 @H_419_2@KVO主要用来做键值观察 *** 作，想要一个值发生改变后通知另一个对象，则用KVO实现最为合适。斯坦福大学的iOS教程中有一个很经典的案例，通过KVO在Model和Controller之间进行通信。

@H_419_2@

注意点 @H_419_2@KVO的addobserver和removeObserver需要是成对的，如果重复remove则会导致NSRangeException类型的Crash，如果忘记remove则会在观察者释放后再次接收到KVO回调时Crash。

@H_419_2@苹果官方推荐的方式是，在init的时候进行addobserver，在dealloc时removeObserver，这样可以保证add和remove是成对出现的，是一种比较理想的使用方式。

手动调用KVO @H_419_2@KVO在属性发生改变时的调用是自动的，如果想要手动控制这个调用时机，或想自己实现KVO属性的调用，则可以通过KVO提供的方法进行调用。

- (voID)setBalance:(double)theBalance {    if (theBalance != _balance) {        [self willChangeValueForKey:@"balance"];        _balance = theBalance;        [self dIDChangeValueForKey:@"balance"];    }}

@H_419_2@可以看到调用KVO主要依靠两个方法，在属性发生改变之前调用willChangeValueForKey:方法，在发生改变之后调用dIDChangeValueForKey:方法。

@H_419_2@如果想控制当前对象的自动调用过程，也就是由上面两个方法发起的KVO调用，则可以重写下面方法。方法返回YES则表示可以调用，如果返回NO则表示不可以调用。

+ (BOol)automaticallyNotifIEsObserversForKey:(Nsstring *)theKey {    BOol automatic = NO;    if ([theKey isEqualToString:@"balance"]) {        automatic = NO;    }    else {        automatic = [super automaticallyNotifIEsObserversForKey:theKey];    }    return automatic;}

实现原理 @H_419_2@KVO是通过isa-swizzling技术实现的(这句话是整个KVO实现的重点)。在运行时根据原类创建一个中间类，这个中间类是原类的子类，并动态修改当前对象的isa指向中间类。并且将class方法重写，返回原类的Class。所以苹果建议在开发中不应该依赖isa指针，而是通过class实例方法来获取对象类型。

测试代码 @H_419_2@为了测试KVO的实现方式，我们加入下面的测试代码。首先创建一个KVOObject类，并在里面加入两个属性，然后重写description方法，并在内部打印一些关键参数。

@interface KVOObject : NSObject@property (nonatomic,copy  ) Nsstring *name;@property (nonatomic,assign) NSInteger age;@end@implementation KVOObject- (Nsstring *)description {    NSLog(@"object address : %p \n",self);        IMP nameIMP = class_getmethodImplementation(object_getClass(self),@selector(setname:));    IMP ageIMP = class_getmethodImplementation(object_getClass(self),@selector(setAge:));    NSLog(@"object setname: IMP %p object setAge: IMP %p \n",nameIMP,ageIMP);        Class objectMethodClass = [self class];    Class objectRuntimeClass = object_getClass(self);    Class superClass = class_getSuperclass(objectRuntimeClass);    NSLog(@"objectMethodClass : %@,ObjectRuntimeClass : %@,superClass : %@ \n",objectMethodClass,objectRuntimeClass,superClass);        NSLog(@"object method List \n");    unsigned int count;    Method *methodList = class_copyMethodList(objectRuntimeClass,&count);    for (NSInteger i = 0; i < count; i++) {        Method method = methodList[i];        Nsstring *methodname = NsstringFromSelector(method_getname(method));        NSLog(@"method name = %@\n",methodname);    }        return @"";}

@H_419_2@在另一个类中分别创建两个KVOObject对象，其中一个对象被观察者通过KVO的方式监听，另一个对象则始终没有被监听。在KVO前后分别打印两个对象的关键信息，看KVO前后有什么变化。

@property (nonatomic,strong) KVOObject *object1;@property (nonatomic,strong) KVOObject *object2;self.object1 = [[KVOObject alloc] init];self.object2 = [[KVOObject alloc] init];[self.object1 description];[self.object2 description];[self.object1 addobserver:self forKeyPath:@"name" options:NSkeyvalueObservingOptionNew | NSkeyvalueObservingOptionold context:nil];[self.object1 addobserver:self forKeyPath:@"age" options:NSkeyvalueObservingOptionNew | NSkeyvalueObservingOptionold context:nil];[self.object1 description];[self.object2 description];self.object1.name = @"lxz";self.object1.age = 20;

@H_419_2@下面是KVO前后打印的关键信息，我们在下面做详细分析。

// 第一次object address : 0x604000239340object setname: IMP 0x10ddc2770 object setAge: IMP 0x10ddc27d0objectMethodClass : KVOObject,ObjectRuntimeClass : KVOObject,superClass : NSObjectobject method Listmethod name = .cxx_destructmethod name = descriptionmethod name = namemethod name = setname:method name = setAge:method name = ageobject address : 0x604000237920object setname: IMP 0x10ddc2770 object setAge: IMP 0x10ddc27d0objectMethodClass : KVOObject,superClass : NSObjectobject method Listmethod name = .cxx_destructmethod name = descriptionmethod name = namemethod name = setname:method name = setAge:method name = age// 第二次object address : 0x604000239340object setname: IMP 0x10ea8defe object setAge: IMP 0x10ea94106objectMethodClass : KVOObject,ObjectRuntimeClass : NSKVONotifying_KVOObject,superClass : KVOObjectobject method Listmethod name = setAge:method name = setname:method name = classmethod name = deallocmethod name = _isKVOAobject address : 0x604000237920object setname: IMP 0x10ddc2770 object setAge: IMP 0x10ddc27d0objectMethodClass : KVOObject,superClass : NSObjectobject method Listmethod name = .cxx_destructmethod name = descriptionmethod name = namemethod name = setname:method name = setAge:method name = age

@H_419_2@我们发现对象被KVO后，其真正类型变为了NSKVONotifying_KVOObject类，已经不是之前的类了。KVO会在运行时动态创建一个新类，将对象的isa指向新创建的类，新类是原类的子类，命名规则是NSKVONotifying_xxx的格式。KVO为了使其更像之前的类，还会将对象的class实例方法重写，使其更像原类。

@H_419_2@在上面的代码中还发现了_isKVOA方法，这个方法可以当做使用了KVO的一个标记，系统可能也是这么用的。如果我们想判断当前类是否是KVO动态生成的类，就可以从方法列表中搜索这个方法。

重写setter方法 @H_419_2@

@H_419_2@KVO会重写keyPath对应属性的setter方法，没有被KVO的属性则不会重写其setter方法。在重写的setter方法中，修改值之前会调用willChangeValueForKey:方法，修改值之后会调用dIDChangeValueForKey:方法，这两个方法最终都会被调用到observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:方法中。

object_getClass @H_419_2@为什么上面调用runtime的object_getClass函数，就可以获取到真正的类呢？

@H_419_2@调用object_getClass函数后其返回的是一个Class类型，Class是objc_class定义的一个typedef别名，通过objc_class就可以获取到对象的isa指针指向的Class，也就是对象的类对象。

@H_419_2@由此可以推测，object_getClass函数内部返回的是对象的isa指针。

typedef struct objc_class *Class;struct objc_class {    Class _Nonnull isa  OBJC_ISA_AVAILABIliTY;#if !__OBJC2__    Class _Nullable super_class                              OBJC2_UNAVAILABLE;    const char * _Nonnull name                               OBJC2_UNAVAILABLE;    long version                                             OBJC2_UNAVAILABLE;    long info                                                OBJC2_UNAVAILABLE;    long instance_size                                       OBJC2_UNAVAILABLE;    struct objc_ivar_List * _Nullable ivars                  OBJC2_UNAVAILABLE;    struct objc_method_List * _Nullable * _Nullable methodLists                    OBJC2_UNAVAILABLE;    struct objc_cache * _Nonnull cache                       OBJC2_UNAVAILABLE;    struct objc_protocol_List * _Nullable protocols          OBJC2_UNAVAILABLE;#endif}

缺点 @H_419_2@苹果提供的KVO自身存在很多问题，首要问题在于，KVO如果使用不当很容易崩溃。例如重复add和remove导致的Crash，Observer被释放导致的崩溃，keyPath传错导致的崩溃等。

@H_419_2@在调用KVO时需要传入一个keyPath，由于keyPath是字符串的形式，所以其对应的属性发生改变后，字符串没有改变容易导致Crash。我们可以利用系统的反射机制将keyPath反射出来，这样编译器可以在@selector()中进行合法性检查。

NsstringFromSelector(@selector(isFinished))

@H_419_2@KVO是一种事件绑定机制的实现，在keyPath对应的值发生改变后会回调对应的方法。这种数据绑定机制，在对象关系很复杂的情况下，很容易导致不好排查的BUG。例如keyPath对应的属性被调用的关系很复杂，就不太建议对这个属性进行KVO，可以想一下RAC的信号脑补一下。

自己实现KVO @H_419_2@除了上面的缺点，KVO还不支持block语法，需要单独重写父类方法，这样加上add和remove方法就会导致代码很分散。所以，我通过runtime简单的实现了一个KVO，源码放在我的Github上，叫做EasyKVO。

self.object1 = [[KVOObject alloc] init];[self.object1 lxz_addobserver:self originalSelector:@selector(name) callback:^(ID observedobject,Nsstring *observedKey,ID oldValue,ID newValue) {    // callback}];self.object1.name = @"lxz";[self.object1 lxz_removeObserver:self originalSelector:@selector(name)];

@H_419_2@调用代码很简单，直接通过lxz_addobserver:originalSelector:callback:方法就可以添加KVO的监听，可以通过callback的block接收属性发生改变后的回调，而且方法的keyPath接收的是一个SEL类型参数，所以可以通过@selector()传入参数时进行方法合法性检查，如果是未实现的方法直接就会报警告。

@H_419_2@通过lxz_removeObserver:originalSelector:方法传入观察者和keyPath，当观察者所有keyPath都移除后则从KVO中移除观察者对象。

@H_419_2@如果重复addobserver和removeObserver也没事，内部有判断逻辑。EasyKVO内部通过weak对观察者做引用，并不会影响观察者的生命周期，并且在观察者释放后不会导致Crash。一次add方法调用对应一个block，如果观察者监听多个keyPath属性，不需要在block回调中判断keyPath。

注意 @H_419_2@需要注意的是，EasyKVO只是做技术交流，不建议在项目中使用。因为KVO实现需要考虑很多情况，继承关系、多个观察者等很多问题。

KVOController @H_419_2@想在项目中安全便捷的使用KVO的话，推荐Facebook的一个KVO开源第三方框架-KVOController。KVOController本质上是对系统KVO的封装，具有原生KVO所有的功能，而且规避了原生KVO的很多问题，兼容block和action两种回调方式。

源码分析 @H_419_2@从源码来看还是比较简单的，主要分为NSObject的category和FBKVOController两部分。

@H_419_2@

@H_419_2@在category中提供了KVOController和KVOControllerNonRetaining两个属性，顾名思义第一个会对observer产生强引用，第二个则不会。其内部代码就是创建FBKVOController对象的代码，并将创建出来的对象赋值给category的属性，直接通过这个category就可以懒加载创建FBKVOController对象。

- (FBKVOController *)KVOControllerNonRetaining{  ID controller = objc_getAssociatedobject(self,NSObjectKVOControllerNonRetainingKey);    if (nil == controller) {    controller = [[FBKVOController alloc] initWithObserver:self retainObserved:NO];    self.KVOControllerNonRetaining = controller;  }    return controller;}

FBKVOController部分 @H_419_2@在FBKVOController中分为三部分，_FBKVOInfo是一个私有类，这个类的功能很简单，就是以结构化的形式保存FBKVOController所需的各个对象，类似于模型类的功能。

@H_419_2@还有一个私有类_FBKVOSharedController，这是FBKVOController框架实现的关键。从命名上可以看出其是一个单例，所有通过FBKVOController实现的KVO，观察者都是它。每次通过FBKVOController添加一个KVO时，_FBKVOSharedController都会将自己设为观察者，并在其内部实现observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:方法，将接收到的消息通过block或action进行转发。

@H_419_2@其功能很简单，通过observe:info:方法添加KVO监听，并用一个NSHashtable保存_FBKVOInfo信息。通过unobserve:info:方法移除监听，并从NSHashtable中将对应的_FBKVOInfo移除。这两个方法内部都会调用系统的KVO方法。

@H_419_2@在外界使用时需要用FBKVOController类，其内部实现了初始化以及添加和移除监听的 *** 作。在调用添加监听方法后，其内部会创建一个_FBKVOInfo对象，并通过一个NSMaptable对象进行持有，然后会调用_FBKVOSharedController来进行注册监听。

@H_419_2@使用FBKVOController的话，不需要手动调用removeObserver方法，在被监听对象消失的时候，会在dealloc中调用remove方法。如果因为业务需求，可以手动调用remove方法，重复调用remove方法不会有问题。

- (voID)_observe:(ID)object info:(_FBKVOInfo *)info{    NSMutableSet *infos = [_objectInfosMap objectForKey:object];    _FBKVOInfo *existingInfo = [infos member:info];    if (nil != existingInfo) {      return;    }    if (nil == infos) {      infos = [NSMutableSet set];      [_objectInfosMap setobject:infos forKey:object];    }    [infos addobject:info];    [[_FBKVOSharedController sharedController] observe:object info:info];}

@H_419_2@因为FBKVOController的实现很简单，所以这里就很简单的讲讲，具体实现可以去Github下载源码仔细分析一下。

总结

以上是内存溢出为你收集整理的KVO原理分析及使用进阶全部内容，希望文章能够帮你解决KVO原理分析及使用进阶所遇到的程序开发问题。

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