「iOS」——KVO

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iOS底层学习：KVO 底层原理

KVO

KVO 的全称是 KeyValueObserving，俗称 “键值监听 "，可以用于监听某个对象属性值的改变；KVO 可以通过监听 key，来获得 value 的变化，用来在对象之间监听状态变化。

基本思想：对目标对象的某属性添加观察，当该属性发生变化时，通过触发观察者对象实现的 KVO 接口方法，来自动的通知观察者。

KVO 是苹果提供的一套事件通知机制。KVO 和 NSNotificationCenter 都是 iOS 中观察者模式的一种实现，区别是：NSNotificationCenter 可以是一对多的关系，而 KVO 是一对一的；

注册 KVO 监听

通过[addObserver:forKeyPath:options:context:]方法注册 KVO，这样可以接收到 keyPath 属性的变化事件：

• observer：观察者，监听属性变化的对象。该对象必须实现observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:方法。

• keyPath：要观察的属性名称，需与属性声明的名称一致。

• options：回调方法中收到被观察者的属性的旧值或新值等，对 KVO 机制进行配置，修改 KVO 通知的时机以及通知的内容。

• context：上下文，会传递到观察者的函数中，用于区分消息，应当为不同值。

options所包括的内容:

• NSKeyValueObservingOptionNew：change 字典包括改变后的值。

• NSKeyValueObservingOptionOld：change 字典包括改变前的值。

• NSKeyValueObservingOptionInitial：注册后立刻触发 KVO 通知。

• NSKeyValueObservingOptionPrior：值改变前是否也要通知（决定是否在改变前、改变后通知两次）。

实现 KVO 监听

通过方法[observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:]实现 KVO 的监听：

- (void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath  ofObject:(id)object  change:(NSDictionary *)change  context:(void *)context  

• keyPath：被观察对象的属性。

• object：被观察的对象。

• change：字典，存放相关的值，根据options传入的枚举返回新值、旧值。

• context：注册观察者时传递的context值。

移除 KVO 监听

通过方法[removeObserver:forKeyPath:]移除监听；

处理变更通知

每当监听的 keyPath 发生变化时，会在observeValueForKeyPath函数中回调

- (void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPathofObject:(id)objectchange:(NSDictionary *)changecontext:(void *)context

change字典保存了变更信息，具体内容取决于注册时的NSKeyValueObservingOptions。

手动KVO(禁用KVO)

KVO 的实现是在注册的 keyPath 的 setter 方法中，自动插入并调用了两个函数：

- (void)willChangeValueForKey:(NSString *)key
- (void)didChangeValueForKey:(NSString *)key

手动实现 KVO 需先关闭自动生成 KVO 通知，再手动调用通知方法，可灵活添加判断条件。

关闭自动通知

 + (BOOL)automaticallyNotifiesObserversForKey:(NSString *)key {  if ([key isEqualToString:@"age"]) {  return NO;  } else {  return [super automaticallyNotifiesObserversForKey:key];  }  
}  

手动实现 setter 方法

接着手动实现属性的 setter 方法，在setter方法中先调用willChangeValueForKey:接着进行赋值操作，然后调用didChangeValueForKey:

- (void)setAge:(int)theAge {  [self willChangeValueForKey:@"age"];  age = theAge;  [self didChangeValueForKey:@"age"];  
}  

KVO 和线程

• KVO 行为是同步的，在所观察的值发生变化的同一线程上触发，无队列或 Runloop 处理。

• 手动或自动调用didChangeValueForKey:会触发 KVO 通知。

• 单线程保证（如主队列）：

1. 确保所有监听某一属性的观察者在 setter 方法返回前被通知到。

2. 若键观察时附上NSKeyValueObservingOptionPrior选项，直到observeValueForKeyPath被调用前，监听的属性返回值不变。

   1. 该键对应的值是一个 NSNumber（BOOL 类型），用于判断当前 KVO 通知是在属性值 变更前（前置通知，值为 YES）还是 变更后（后置通知，值为 NO）发送。

上述两个特点可以有效解决复杂场景下的数据一致性和时序问题

我们看以下代码：

// User.h
@interface User : NSObject
@property (nonatomic, assign) NSInteger age;
@end// ViewController.m
- (void)viewDidLoad {[super viewDidLoad];// 注册 KVO 监听[self.user addObserver:self forKeyPath:@"age" options:NSKeyValueObservingOptionNew context:nil];// 主线程修改 agedispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{self.user.age = 20;NSLog(@"主线程修改 age 为 20");});// 子线程同时修改 agedispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{self.user.age = 30;NSLog(@"子线程修改 age 为 30");});
}// KVO 回调
- (void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath ofObject:(id)object change:(NSDictionary *)change context:(void *)context {if ([keyPath isEqualToString:@"age"]) {NSNumber *newAge = change[NSKeyValueChangeNewKey];NSLog(@"KVO 接收到 age 变化: %@", newAge);}
}

如果 KVO 是多线程的

• 可能出现通知丢失：主线程和子线程同时修改 age，观察者可能只收到最后一次通知（如只收到 30，丢失 20）。
• 可能出现通知顺序错乱：观察者先收到 30 的通知，再收到 20 的通知，导致逻辑混乱。

单线程的保证

• 原子性：KVO 会在 setter 方法返回前同步且顺序地通知所有观察者，确保：
  1. 所有观察者都能收到每一次变化。
  2. 通知顺序与 setter 调用顺序一致（先收到 20，再收到 30）。

再来学习NSKeyValueObservingOptionPrior。该属性主要应用在复杂数据更新与 UI 动画同步

// 注册 KVO，带上 prior 选项
[self.dataSource addObserver:self forKeyPath:@"items" options:(NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionPrior) context:nil];// KVO 回调
- (void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath ofObject:(id)object change:(NSDictionary *)change context:(void *)context {if ([keyPath isEqualToString:@"items"]) {// 1. 先收到 prior 通知（change[NSKeyValueChangeNotificationIsPriorKey] = @YES）if ([change[NSKeyValueChangeNotificationIsPriorKey] boolValue]) {// 准备动画（此时 items 还是旧值）[self.tableView beginUpdates];} // 2. 再收到实际变化通知else {// 执行动画（此时 items 已是新值）[self.tableView endUpdates]; // 自动触发 insert/delete 动画}}
}

如果没有 prior 选项

• 直接在 endUpdates 时才知道数据变化，无法提前准备动画。
• 可能导致 UI 闪烁或动画不连贯。

prior 选项的作用

• 分阶段通知：
  1. 第一次通知：在属性值实际变更前触发（NSKeyValueChangeNotificationIsPriorKey = @YES），此时属性值仍为旧值。
  2. 第二次通知：在属性值变更后触发（默认行为），此时属性值已更新。
• 实际应用：
  • 在第一次通知时，计算新旧数据的差异（如哪些行需要插入 / 删除）。
  • 在第二次通知时，执行 beginUpdates/endUpdates，让表格视图平滑过渡。

KVO 实现原理

KVO 通过isa-swizzling实现，基本流程如下：

isa-swizzling 的本质：

修改对象的类型：通过修改对象的 isa 指针，使其指向另一个类，从而改变对象的行为。

1. 创建派生类：编译器自动为被观察对象创建派生类（如NSKVONotifying_XXX），将被观察实例的isa指向该派生类，派生类的superclass指向原类。

2. 重写方法：若注册了某属性的观察，派生类会重写该属性的 setter 方法，并添加通知代码。

3. 消息传递：Objective-C 通过isa指针找到对象所属类，调用派生类重写后的方法，触发通知。

派生类重写的方法

• setter 方法：插入willChangeValueForKey:和didChangeValueForKey:调用，触发通知。

- (void)willChangeValueForKey:(NSString *)key;
- (void)didChangeValueForKey:(NSString *)key;

然后在 didChangeValueForKey: 中，去调用：

- (void)observeValueForKeyPath:(nullable NSString *)keyPathofObject:(nullable id)objectchange:(nullable NSDictionary<NSKeyValueChangeKey, id> *)changecontext:(nullable void *)context;

• class 方法：返回原类，隐藏子类存在，避免isKindOfClass判断异常。

- (Class)class {  return class_getSuperclass(object_getClass(self));  
}  

• dealloc 方法：释放 KVO 相关资源。

• _isKVOA 方法：返回YES，标识该类为 KVO 生成的子类。

验证 isa 指向示例

#import <Foundation/Foundation.h>  
#import <objc/runtime.h>  @interface ObjectA: NSObject  
@property (nonatomic) NSInteger age;  
@end  @implementation ObjectA  
@end  @interface ObjectB: NSObject  
@end  @implementation ObjectB  
- (void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath ofObject:(id)object change:(NSDictionary<NSKeyValueChangeKey,id> *)change context:(void *)context {  NSLog(@"%@", change);  
}  
@end  int main(int argc, const char * argv[]) {  @autoreleasepool {  ObjectA *objA = [[ObjectA alloc] init];  ObjectB *objB = [[ObjectB alloc] init];  [objA addObserver:objB forKeyPath:@"age" options:NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld context:nil];  NSLog(@"%@", [objA class]); // 输出：ObjectA（表面类型）  NSLog(@"%@", object_getClass(objA)); // 输出：NSKVONotifying_ObjectA（实际类型）  }  return 0;  
}  

• class方法返回对象所属的类（原类）。

• object_getClass返回对象的isa指向的实际类（派生类）。

KVO 注意事项

1. 内存管理：

• addObserver与removeObserver需成对调用，避免观察者释放后仍接收通知导致 Crash。

• KVO 不对观察者强引用，需注意观察者生命周期。否则会导致观察者被释放带来的Crash。

1. 方法实现：观察者必须实现observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:方法，否则崩溃。

2. KeyPath 安全：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。

3. 数组监听：默认仅监听数组对象本身变化，需通过mutableArrayValueForKey操作数组或手动触发通知来监听元素变化。

问题总结

1. **直接修改成员变量是否触发 KVO？**不会。KVO 本质是替换 setter 方法，仅通过 setter 或 KVC 修改属性值时触发。

2. **KVC 修改属性会触发 KVO 吗？**会。setValue:forKey:会调用willChangeValueForKey和didChangeValueForKey，触发监听器回调。

3. 如何监听数组元素变化？

• 使用NSMutableArray并通过mutableArrayValueForKey获取数组，其操作会自动触发通知。

• 手动调用willChangeValueForKey和didChangeValueForKey触发通知。

当数组中的元素发生变化时，手动触发KVO通知即可实现监听。具体实现方式如下：

使用NSKeyValueObservingOptionNew和NSKeyValueObservingOptionOld选项来监听可变数组中的元素变化。这两个选项会在KVO通知中包含新旧值的信息，因此可以在观察者中获取到数组中元素的变化。
代码如下：

[observedObject addObserver:self forKeyPath:@"myArray" options:NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld context:nil];

//观察者中实现.
- (void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath ofObject:(id)object change:(NSDictionary *)change context:(void *)context {if ([keyPath isEqualToString:@"myArray"]) {NSArray *oldArray = change[NSKeyValueChangeOldKey];NSArray *newArray = change[NSKeyValueChangeNewKey];// 处理数组元素的变化}
}