NSObject 底层原理

KVO的实现原理

Posted by Nenhall on 2018-08-17

Key Value Observe

基本使用：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
@implementation ViewController
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];

self.person1 = [[Person alloc] init];
self.person2 = [[Person alloc] init];

// 给person1对象添加KVO监听
NSKeyValueObservingOptions options = NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld;
[self.person1 addObserver:self forKeyPath:@"age" options:options context:@"123"];
}

// 当监听对象的属性值发生改变时，就会调用
- (void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath ofObject:(id)object change:(NSDictionary<NSKeyValueChangeKey,id> *)change context:(void *)context
{
NSLog(@"监听到%@的%@属性值改变了 - %@ - %@", object, keyPath, change, context);
}

验证其实现

首先我们使用点语言给对象的属性赋值，其实是调用了对象-set…方法；

为了验证其实现过程，我们可以现时创建两个类，并监听其中一个类的值改变，然后同时给两对象属性赋亲值，并在set方法和赋值的地址同时打断点，你会发现当第一个obj赋值完后，第二个对象还没有赋值，但监听回调方法就已经执行，说明系统是在-set方法内部做了一些特殊处理；

进一步验证其实现：

这一方面没有源码给我们研究，我们只有通过一些调试来猜测他的实现。

  1. 先来从对象的内存地址开始，你想进一步的查看它的相关属性都需要它的内存地址、 isa 指针：分别在监听前和后打印下对象的内存地址：
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
.......
//对象的申明和初始化部份的代码我省略了，没有什么特别的，就是正常的申明和初始化实例
//分别初始化了两上实例对象：person1 和 person2
.......

NSLog(@"person1添加KVO监听之前 - %@ - %@",
object_getClass(self.person1),
object_getClass(self.person2));

[self.person1 addObserver:self forKeyPath:@"age" options:options context:@"123"];

NSLog(@"person1添加KVO监听之后 - %@ - %@",
object_getClass(self.person1),
object_getClass(self.person2));

//打印结果：
person1添加KVO监听之前 - Person  -  Person
person1添加KVO监听之后 - NSKVONotifying_Person  -  Person

你会发现person1添加监听的，监听后类发生了变化，但这个类并不是我们创建的，可能是系统通过runtime动态创建的.

  1. 进一步确认下它的meta-class是谁？
1
2
3
4
5
6
7
8
9
// 给person1对象添加KVO监听
[self.person1 addObserver:self forKeyPath:@"age" options:options context:@"123"];

NSLog(@"元类对象 - %@ - %@",
object_getClass(object_getClass(self.person1)), // self.person1.isa.isa
object_getClass(object_getClass(self.person2))); // self.person2.isa.isa

//打印结果：
元类对象 - NSKVONotifying_Person  -  Person

我之前的《NSObject本质》文中讲过class的isa指向meta-class，NSKVONotifying_Person的元类还是它自己创建的。

  1. 通过runtime的函数及lldb打印方法的实现：
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
NSLog(@"person1添加KVO监听之前 - %p %p",
[self.person1 methodForSelector:@selector(setAge:)],
[self.person2 methodForSelector:@selector(setAge:)]);

// 给person1对象添加KVO监听
[self.person1 addObserver:self forKeyPath:@"age" options:options context:@"123"];

NSLog(@"person1添加KVO监听之后 - %p %p",
[self.person1 methodForSelector:@selector(setAge:)],
[self.person2 methodForSelector:@selector(setAge:)]);

//这里打个断点

//打印结果：
person1添加KVO监听之前 - 0x10c6535f0 0x10c6535f0
person1添加KVO监听之后 - 0x10c9f8f8e 0x10c6535f0
//通过lldb指使：`p (IMP)对象的IMP的内存地址` 可以打印出其set方法，
(lldb) p (IMP)0x10c6535f0
(IMP) $0 = 0x000000010c6535f0 (Interview01`-[MJPerson setAge:] at MJPerson.m:13)
(lldb) p (IMP)0x10c9f8f8e
(IMP) $1 = 0x000000010c9f8f8e (Foundation`_NSSetIntValueAndNotify)
(lldb)

如上分别打印监听前后的IMP的实现，你会发现监听前的set方法还是原来的set方法，但监听后发生了改变，成了_NSSetIntValueAndNotify，但我们在第一点的时候确认过，不管监听还是不监听set方法都是一样调了的，但肯定还是在set方法的赋值前后做了什么，现在依然没有确确的结论

  1. 我们自己申明一个NSKVONotifying_Person类，重写下set方法看会怎么样：
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
//ViewController中的代码不变，还是我们第一步所展示的代码，
//只是在工程新创建了一个NSKVONotifying_Person类，
//这个类什么都不干，创建好参与编译就可以了

@implementation NSKVONotifying_Person
- (void)setAge:(int)age {
}
@end
//运行后终端直接报错，如下：
[general] KVO failed to allocate class pair for name NSKVONotifying_Person, automatic key-value observing will not work for this class

我们自己创建这样一个类后，直接监听失败，因为系统在创建这个类的时候，发现已经创建过了，所以无法创建；到目前为此还是无法抓到更重要的信息

  1. 试试能不能通过逆向的一些工具来查看Foundation.frame框架的基本实现：
  • 我这里通过Hopper Disassembler v4工具查看，你也可以通过其实的逆向工具，具体的使用请自行百度，或者查看我的逆向相关文章；
  • 从越狱手机上的目录(如下图1)：device/System/Library/Caches/com.apple.dyld上复制出dyld_shared_cache_arm64库，然后使用电脑的终端通过指令：./dsc_extractor dyld_shared_cache_arm64 test(指令说明：./dsc_extractor固定指令 跟上文件名 然后输出目录)，从中抽取出Foundation.frame框架出来。
  • 最后将其抽出的Foundation.frame可执行文件拖入Hopper Disassembler v4工具上，查找_NSSetIntValueAndNotify()这个函数，你会发现有很多类似的函数(如下图2)，而且逆向后的可执行文件也可看到有调用一个_changedValurForKey:key:key:usingBlock这样的方法，说明它在这个方法里面确实是有调用值改变时的方法；

  • 也可以通过终端命令指令导出符号表，从符号表里面也可能看到：
1
2
//Foundation库下所有的跟ValueAndNotif下相关的函数。
$nm Foundation | grep ValueAndNotify
  1. 通过遍历其类的所有方法列表，把方法打印出来，也可以判定：
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
//通过runtime遍历其方法列表
- (void)printMethodNamesOfClass:(Class)cls {
unsigned int count;
// 获得方法数组
Method *methodList = class_copyMethodList(cls, &count);

// 存储方法名
NSMutableString *methodNames = [NSMutableString string];

// 遍历所有的方法
for (int i = 0; i < count; i++) {
// 获得方法
Method method = methodList[i];
// 获得方法名
NSString *methodName = NSStringFromSelector(method_getName(method));
// 拼接方法名
[methodNames appendString:methodName];
[methodNames appendString:@", "];
}

// 释放
free(methodList);

// 打印方法名
NSLog(@"%@ %@", cls, methodNames);
}

- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];

// self.person1 是初始后添加了kvo监听的
// self.person2 是初始后没有添加监听的

[self printMethodNamesOfClass:object_getClass(self.person1)];
[self printMethodNamesOfClass:object_getClass(self.person2)];
}

//打印结果：
2018-08-08 22:17:51.417379+0800 Interview01[1001:40651] NSKVONotifying_Person setAge:, class, dealloc, _isKVOA,
2018-08-08 22:17:51.417532+0800 Interview01[1001:40651] Person setAge:, age,
  1. 实现结论，及通过上面测试推出的伪代码，如下：
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
#import "NSKVONotifying_Person.h"
//继承自我们创建的 `Person`
@interface NSKVONotifying_Person : Person
@end

@implementation NSKVONotifying_Person

/// 伪代码
- (void)setAge:(int)age {
_NSSetIntValueAndNotify();
}

void _NSSetIntValueAndNotify() {
[self willChangeValueForKey:@"age"];
[super setAge:age];//这个方法内部会触发kvo的代理方法
[self didChangeValueForKey:@"age"];
}

- (void)didChangeValueForKey:(NSString *)key {
// 通知监听器，某某属性值发生了改变
[oberser observeValueForKeyPath:key ofObject:self change:nil context:nil];
}

@end

相关面试题：

  1. iOS用什么方式实现对一个对象的KVO（KVO的本质）：

  • 利用runtime API动态生成一个子类，并且让instance对象的isa指向这个全新的子类；

  • 当修改instance对象的属性的时候，会调用Foundation的_NSSetxxxValueAndNotify函数；

1
2
3
4
willChangeValueForKey:
父类原来的setter
didChangeVlaueForKey:
didChangeVlaueForKey:的内部会触发Oberser的监听方法；
  1. 如何手动触发kvo：
1
2
3
4
//直接手动调用如下方法：
[obj willChangeValueForKey:@"key"];
...
[obj didChangeVlaueForKey:@"key"];
  1. 直接修改成员变量会触发KVO吗？

不会，必须调用对应的set方法，才会触发KVO；

**注意：**通过 KVC 修改属性也会触发 KVO 监听，因为 KVC 中setValue:forKey:会按照setKey、_setKey的顺序查找方法

FEATURED TAGS
NSObject 底层原理
FRIENDS