KVO实现原理分析

在开发过程中，很多时候会用到KVO键值观察，它能够很轻松地去监听某对象属性的变化，监听一些带状态的控件的状态变化，字符串的改变等等，今天就来探讨一下KVO的使用及实现原理。

先来引用一下苹果官方文档对KVO的定义：Key-value observing is a mechanism that allows objects to be notified of changes to specified properties of other objects.

KVO即key-value observing 键值观察，是一种允许将对象的指定属性的更改通知给对象的机制，通过对被观察对象的某一属性进行键值观察，当这个属性发生改变时，被观察对象会接收到通知事件，从而获知属性的改变。

要使用KVO，首先必须确保观察到的对象符合KVO。通常如果某对象继承于NSObject并以通常的方式创建属性，则对象及其属性将自动符合KVO标准。KVO的使用方式很简单：

首先使用addObserver:forKeyPath:options:context: 方法将观察者注册到被观察对象。

其次在观察者内部实现该方法observeValueForKeyPath:ofObject:change:context: 以接收被观察的keyPath属性变化后的通知消息。

最后当观察者不再需要接收通知消息时，使用该方法removeObserver:forKeyPath:注销观察者。

举例：

很多情况下我们会借助KVO，实现对某一对象属性的观察。我们不禁感叹，只有这简简单单的几行代码，就能对被观察对象的属性变化获得实时通知，这么强大的功能，底层的实现原理是什么呢？

从苹果官方文档引用了一段话：

Key-Value Observing Implementation Details

Automatic key-value observing is implemented using a technique called isa-swizzling.

The isa pointer, as the name suggests, points to the object's class which maintains a dispatch table. This dispatch table essentially contains pointers to the methods the class implements, among other data.

When an observer is registered for an attribute of an object the isa pointer of the observed object is modified, pointing to an intermediate class rather than at the true class. As a result the value of the isa pointer does not necessarily reflect the actual class of the instance.

You should never rely on the isa pointer to determine class membership. Instead, you should use the class method to determine the class of an object instance.

自动键值观察是使用称为isa-swizzling的技术实现的。该isa指针指向对象的类，实质上是指向该类实现的方法。在为对象的属性注册观察者时，将修改观察对象的isa指针，指向中间类而不是真实类。所以，isa指针的值不一定反映实例的实际类。不要依靠isa指针来确定类成员。相反，应该使用class方法来确定对象实例的类。

这段话并没有完全指出键值观察的具体实现细节，但也不难看出KVO是基于runtime机制实现的，我们可以通过当调用addObserver:forKeyPath:options:context:给类的对象第一次添加观察时，系统会在运行时动态地创建这个类的一个派生类，在派生类中重写被观察属性的setter方法，在该重写方法内部实现通知机制。

我们通过代码来进行解释：我们知道每个类对象中都有一个isa指针指向当前类，通过打断点，在给对象fe添加键值观察之前，看到对象的isa指针指向FeClass类。

当断点继续往下走，isa指针了NSKVONotifying_FeClass类。

当我们调用苹果提供的KVO方法的这一刻，底层通过runtime动态地创建了FeClass的一个派生类叫做NSKVONotifying_FeClass，并把fe对象的isa指针指向了NSKVONotifying_FeClass类，导致fe对象的真实类型有所改变，在这个类里重写了number属性的setter方法。当我们改变这个属性的值的时候，其实改变的是它的派生类这个属性的值，一旦属性值发生改变，我们就能通过observeValueForKeyPath:ofObject:change:context: 方法来接收通知。

那么，在类NSKVONotifying_FeClass里重写了number属性的setter方法，具体做了哪些工作呢？下面通过伪代码举例：

重写number属性的setter方法内部，在fe对象的number属性改变之前会调用willChangeValueForKey: 来记录旧值；改变之后会调用didChangeValueForKey: 记录新值，在重写的setter方法实现了最重要的通知机制，会把旧值和新值通知到外界， 进而observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:方法也会被调用。

我们也可以按照这种思路，自己实现一套KVO：

首先可以通过给NSObject添加一个分类，使得每一个对象都有自定义KVO的特性，然后在分类中仿照给对象添加观察者的方法，在方法内部动态地添加一个类，并给对象添加观察者。

我们在通过objc_registerClassPair( ) 注册完该类后，这个类就可以使用了，即可通过构造方法方法去创建对象了。

本次尝试对FeClass类的属性feString，进行键值观察。通过上述原理分析，我们说在调用KVO方法后，系统改变了原来类对象的指针指向，所以我们可以尝试通过runtime去改变这个指针指向，让它去指向我们新注册的这个类，方法很简单object_setClass( )，通过断点可以清晰地看到，isa指针指向的类变成了CCNoti_FeClass。

要想在该类里重写被观察属性的setter方法，且在setter方法做一些与原来类不同的实现，就需要在该类里添加这个方法，通过class_addMethod(TheClass, @selector(setFeString:), (IMP)setFeString, "v@:@")就可以完成，即给TheClass类添加一个添加一个setFeString: 方法。添加方法后，通过objc_setAssociatedObject( )将观察者observer绑定到对象上。

接下来，重写被观察属性的setter方法，在该重写方法内部实现通知机制。

重写子类的setter方法实现里，获取父类对象后调用setter方法，通过objc_msgSendSuper( )来修改对象的属性。之后通过@"observerKey"获取到观察者，调用观察者的observeValueForKeyPath:ofObject:change:context: 方法，通过参数把属性改变后的值传递出去。

今天我们对KVO的实现原理进行了分析，它是设计模式中观察者模式的一种体现，有些情况下需要关注对象某个属性值的变化时，就可通过KVO进行键值观察。

参考[深入浅出Cocoa]详解键值观察（KVO）及其实现机理