最近看了一些关于ios runtime相关的资料,看到网上有人发的关于kvo的实现原理,刚好有时间自己研究了一遍,整理下分享给初学的朋友。
KVO的全称是Key-Value Observing,它实现了一种机制,对所关心的属性对象添加观察者,当属性值发生变化时会得到通知,我们可以对变化做相应的处理。看过设计模式的同学应该知道,这是一种典型的观察者模式。KVO的最大优点就是底层框架已经支持,开发人员不需要实现属性值发生变化时发送通知的方案,这样就大大减少开发的工作量。其次,KVO框架很强大,可以支持多个观察者观察同一属性,或者一个观察者监听不同属性。
KVO的使用比较简单,基本上都是三步:
1. 注册观察者
addObserver:forKeyPath:options:context:
2.观察者中实现
observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:
3.移除观察者
removeObserver:forKeyPath:
使用方法比较简单,我们这里就不详细解释了,不懂的地方可以查阅sdk,接下来我们看看KVO的实现原理,这需要大家对 Objective-C的对象模型有一定了解 。
研究KVO的时候我们发现系统使用Objective-C 强大的runtime功能实现了这个功能。属性类class中并没有实现KVO通知的相关方案,而是在调用addObserver之后定义属性类的子类subclass,subclass里边实现了属性的setter方法,setter方法中实现发动通知的功能。然后subclass中实现class函数,还让返回属性类的class,再让属性类对象的isa指向subclass,这样就伪装成表面上看还是属性类自己实现的通知功能。通过原理我们可以看出, 必须使用属性方法或者setValue:forKey方法赋值才会发送通知,直接赋值是不会收到通知的。
接下来我们写个演示程序看看KVO是怎么实现的:
@interface ClassTest : NSObject { int x; int y; int z; } @property (nonatomic, assign) int x; @property (nonatomic, assign) int y; @property (nonatomic, assign) int z; @end @implementation ClassTest @synthesize x, y,z; -(void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath ofObject:(id)object change:(NSDictionary *)change context:(void *)context { if([keyPath isEqualToString:@"x"]) { NSObject* new = [change objectForKey:@"new"]; NSLog(@"new x is %@", new); } else { [super observeValueForKeyPath:keyPath ofObject:object change:change context:context]; } } @end
定义ClassTest类,定义三个属性x, y, z。
static NSArray* classMethodList(Class c) { NSMutableArray* array = [NSMutableArray arrayWithCapacity:5]; unsigned int count = 0; Method* methodList = class_copyMethodList(c, &count); for(int i = 0; i < count; ++i) { SEL sel = method_getName(*(methodList+i)); [array addObject:NSStringFromSelector(sel)]; } free(methodList); return array; }
定义classMethodList函数使用 Objective-C runtime函数遍历class,获得方法列表
static void printDescription(NSString* name, id obj) { NSString* string = [NSString stringWithFormat:@"%@:%@\n\tclass %@\n\tobjclass %@\n\timplementmethod %@\n", name, obj, [obj class], object_getClass(obj), [classMethodList(object_getClass(obj)) componentsJoinedByString:@" , "]]; printf("%s", [string UTF8String]); }
定义printDescription函数打印对象的所有信息,包括函数class信息和运行时动态class信息,注意这里object_getClass(obj)和obj->isa是等价的,只不过Objective-C 2.0开始不支持直接调用isa。
int main(int argc, char * argv[]) { @autoreleasepool { ClassTest* x = [[ClassTest alloc] init]; ClassTest* y = [[ClassTest alloc] init]; ClassTest* xy = [[ClassTest alloc] init]; ClassTest* control = [[ClassTest alloc] init]; [x addObserver:x forKeyPath:@"x" options:NSKeyValueObservingOptionNew context:nil]; [y addObserver:y forKeyPath:@"y" options:NSKeyValueObservingOptionNew context:nil]; [xy addObserver:xy forKeyPath:@"x" options:NSKeyValueObservingOptionNew context:nil]; [xy addObserver:xy forKeyPath:@"y" options:NSKeyValueObservingOptionNew context:nil]; printDescription(@"x", x); printDescription(@"y", y); printDescription(@"xy", xy); printDescription(@"control", control); printf("Using NSObject method, normal setX is %p, overrite setX is %p\n", [control methodForSelector:@selector(setX:)], [x methodForSelector:@selector(setX:)]); printf("Using libobjc method, normal setX is %p, overrite setX is %p\n", class_getMethodImplementation(object_getClass(control), @selector(setX:)), class_getMethodImplementation(object_getClass(x), @selector(setX:))); return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class])); } }
我们在main函数中定义ClassTest对象x, y, z, control,x添加对属性x的观察者,y添加对属性y的观察者,xy添加对属性x和属性y的观察者,control不添加任何观察者,然后通过printDescription打印对象的信息,最后打印setX函数的地址,我们看看最终的打印结果。
x:<ClassTest: 0x8951690> class ClassTest objclass NSKVONotifying_ClassTest implementmethod setY: , setX: , class , dealloc , _isKVOA y:<ClassTest: 0x89516c0> class ClassTest objclass NSKVONotifying_ClassTest implementmethod setY: , setX: , class , dealloc , _isKVOA xy:<ClassTest: 0x89516d0> class ClassTest objclass NSKVONotifying_ClassTest implementmethod setY: , setX: , class , dealloc , _isKVOA control:<ClassTest: 0x89516e0> class ClassTest objclass ClassTest implementmethod z , x , setX: , y , setY: , setZ: , observeValueForKeyPath:ofObject:change:context: Using NSObject method, normal setX is 0x4ae0, overrite setX is 0x1134526 Using libobjc method, normal setX is 0x4ae0, overrite setX is 0x1134526
从打印结果我们看到,实际上系统定了一个叫做 NSKVONotifying_ClassTest的子类,子类中实现了
setY: , setX: , class , dealloc , _isKVOA函数,这个 _isKVOA函数应该是个私有函数,用来判断是否kvo框架生成的类, x, y, xy对象的运行时类都指向 NSKVONotifying_ClassTest,通过class函数返回的类还是指向ClassTest,但是control对象的不管运行时类还是class函数返回的类都指向 ClassTest。这样就验证了系统是通过定义Classtest类的子类来实现属性方法发送通知的,系统很聪明,子类中并没有实现setZ方法,因为我们并没有对属性z添加观察者。
在看看最后两行打印的结果,control对象的setX函数地址和x对象的setX函数地址是不一样的,说明setX函数被重写了。看别人之前的文章,通过NSObject方法打印control和x的 setX函数 地址是一样的, 现在验证的结果地址却不一样, 和使用runtime方法打印的结果完全一致, 这个估计是新的系统底层做了修改,让使用NSObject的methodForSelector方法获得函数是子类的函数。