刨根问底KVO原理

介绍

KVO( NSKeyValueObserving )是一种监测对象属性值变化的观察者模式机制。其特点是无需事先修改被观察者代码，利用 runtime 实现运行中修改某一实例达到目的，保证了未侵入性。

A对象指定观察B对象的属性后，当属性发生变更，A对象会收到通知，获取变更前以及变更的状态，从而做进一步处理。

在实际生产环境中，多用于应用层观察模型层数据变动，接收到通知后更新，从而达成比较好的设计模式。

另一种常用的用法是 Debug，通过观察问题属性的变化，追踪问题出现的堆栈，更有效率的解决问题。

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应用

观察回调

- (void)observeValueForKeyPath:(nullable NSString *)keyPath 
                      ofObject:(nullable id)object 
                        change:(nullable NSDictionary<NSKeyValueChangeKey, id> *)change 
                       context:(nullable void *)context;

观察者需要实现这个方法来接受回调，其中keyPath 是 KVC 路径， object 是观察者，context 区分不同观察的标识。

改变字典

最关键的是改变字典，其中包含了 NSKeyValueChangeKey，通过预定义的字符串来获取特定的数值。

typedef NSString * NSKeyValueChangeKey NS_STRING_ENUM;

FOUNDATION_EXPORT NSKeyValueChangeKey const NSKeyValueChangeKindKey;
FOUNDATION_EXPORT NSKeyValueChangeKey const NSKeyValueChangeNewKey;
FOUNDATION_EXPORT NSKeyValueChangeKey const NSKeyValueChangeOldKey;
FOUNDATION_EXPORT NSKeyValueChangeKey const NSKeyValueChangeIndexesKey;
FOUNDATION_EXPORT NSKeyValueChangeKey const NSKeyValueChangeNotificationIsPriorKey

NSKeyValueChangeKindKey 中定义的是改变的类型，如果调用的是Setter方法，那就是NSKeyValueChangeSetting。

剩余的三种分别是插入、删除、替换，当观察的属性属于集合类（这点会在之后讲），变动时就会通知这些类型。

typedef NS_ENUM(NSUInteger, NSKeyValueChange) {
    NSKeyValueChangeSetting = 1,
    NSKeyValueChangeInsertion = 2,
    NSKeyValueChangeRemoval = 3,
    NSKeyValueChangeReplacement = 4,
};

NSKeyValueChangeNewKey 获取变更的最新值，NSKeyValueChangeOldKey 获取原始数值。

NSKeyValueChangeIndexesKey 如果观察的是集合，那这个键值返回索引集合。

NSKeyValueChangeNotificationIsPriorKey 如果设置了接受提前通知，那么修改之前会先发送通知，修改后再发一次。为了区分这两次，第一次会带上这个键值对，其内容为 @1。

字符串枚举

在注册类型时，苹果使用了NS_STRING_ENUM宏。

虽然这个宏在ObjC下毫无作用，但是对于Swift有优化
，上面的定义会变成这样。

enum NSKeyValueChangeKey: String { 
    case kind
    case new
    case old
    case indexes 
    case notificationIsPrior
}
let dict: [NSKeyValueChangeKey : Any] = [......]
let kind = dict[.kind] as! Number

字符串枚举对于使用来说是非常直观和安全的。

添加与删除

对于普通对象，使用这两个方法就能注册与注销观察。

- (void)addObserver:(NSObject *)observer 
         forKeyPath:(NSString *)keyPath 
            options:(NSKeyValueObservingOptions)options 
            context:(nullable void *)context;

- (void)removeObserver:(NSObject *)observer 
            forKeyPath:(NSString *)keyPath 
               context:(nullable void *)context;

可以设置多种观察模式来匹配需求。

typedef NS_OPTIONS(NSUInteger, NSKeyValueObservingOptions) {
    //可以收到新改变的数值
    NSKeyValueObservingOptionNew = 0x01,
    //可以收到改变前的数值
    NSKeyValueObservingOptionOld = 0x02,
    //addObserver后立刻触发通知，只有new，没有old
    NSKeyValueObservingOptionInitial = 0x04,
    //会在改变前与改变后发送两次通知
    //改变前的通知带有notificationIsPrior=@1，old
    NSKeyValueObservingOptionPrior = 0x08
};

由于不符合 KVC 的访问器标准，苹果规定 NSArray NSOrderedSet NSSet 不可以执行 addObserver 方法，不然会抛出异常。针对 NSArray 有特殊的方法，如下

- (void)addObserver:(NSObject *)observer 
 toObjectsAtIndexes:(NSIndexSet *)indexes 
         forKeyPath:(NSString *)keyPath 
            options:(NSKeyValueObservingOptions)options 
            context:(nullable void *)context;

- (void)removeObserver:(NSObject *)observer 
  fromObjectsAtIndexes:(NSIndexSet *)indexes 
            forKeyPath:(NSString *)keyPath 
               context:(nullable void *)context;

主要的区别在于多了一个ObjectsAtIndexes，其实做的事情是一样的，根据索引找到对象，再逐一建立观察关系。

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原理

Runtime

NSKeyValueObserving 与 NSKeyValueCoding 一起定义在 Foundation 库，而这个库是不开源的，我们先从苹果开发者文档中获取信息。

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

看描述猜测苹果应该是通过重新设置被观察者的 Class (isa 中包含 Class 信息)，该类继承了原类并且重载属性的 Setter 方法，添加发通知的操作达到目的。

@interface ConcreteSubject : NSObject
@property (nonatomic, strong) id obj;
@end

ConcreteSubject *sub = [ConcreteSubject new];

NSLog(@"%s", class_getName(object_getClass(sub)));
//改变前 outprint--> ConcreteSubject

[sub addObserver:self forKeyPath:@"obj" options:NSKeyValueObservingOptionNew context:nil];
//执行观察方法

NSLog(@"%s", class_getName(object_getClass(sub)));
//改变后 outprint--> NSKVONotifying_ConcreteSubject
NSLog(@"%s", class_getName(object_getClass(class_getSuperclass(cls))));
//获取超类名 outprint--> ConcreteSubject

NSLog(@"%s", class_getName(sub.class));
//获取类名 outprint--> ConcreteSubject

class_getMethodImplementation(cls, @selector(setObj:));
//imp = (IMP)(Foundation`_NSSetObjectValueAndNotify)

class_getMethodImplementation(cls, @selector(class));
//imp = (IMP)(Foundation`NSKVOClass)

试了一下果然 Class 被替换了，变成加了 NSKVONotifying_ 前缀的新类。

新类继承自原类，但是这个类的 class 方法返回的还是原类，这保证了外部逻辑完整。

反编译源码

通过 Runtime ，我们只能知道 KVO 使用了一个继承了原类的类，并且替换了原方法的实现，setObj: = _NSSetObjectValueAndNotify class = _NSKVOClass。如果我们想进一步了解详情，只能通过反编译 Foundation 来查找汇编代码。

这里我使用了 Hopper 工具，分析的二进制文件路径是/Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/iPhoneOS.platform/Developer/Library/CoreSimulator/Profiles/Runtimes/iOS.simruntime/Contents/Resources/RuntimeRoot/System/Library/Frameworks/Foundation.framework/Foundation

替换的实现

//伪代码，仅供理解
void _NSKVOClass(id self,  SEL _cmd) {
    Class cls = object_getClass(self);
    Class originCls = __NSKVONotifyingOriginalClassForIsa(cls);
    if (cls != originCls) {
        return [originCls class];
    } else {
        Method method = class_getInstanceMethod(cls, _cmd);
        return method_invoke(self, method);
    }
}

先看原 class 方法，获取了当前类和原类，如果不一致就返回原类，如果一致就执行原 class 实现。

//伪代码，仅供理解
void __NSSetObjectValueAndNotify(id self, SEL _cmd, id value) {
    //获取额外的变量
    void *indexedIvars = object_getIndexedIvars(object_getClass(self));
    //加锁
    pthread_mutex_lock(indexedIvars + 0x20);
    //从SEL获取KeyPath
    NSString *keyPath = [CFDictionaryGetValue(*(indexedIvars) + 0x18), _cmd) copyWithZone:0x0];
    //解锁
    pthread_mutex_unlock(indexedIvars + 0x20);
    
    //改变前发通知
    [self willChangeValueForKey:keyPath];
    //实现Setter方法
    IMP imp = class_getMethodImplementation(*indexedIvars, _cmd);
    (imp)(self, _cmd, value);
    //改变后发通知
    [self didChangeValueForKey:keyPath];
}

再看改变后的 Setter 方法，其中 indexedIvars 是原类之外的成员变量，第一个指针是改变后的类，0x20 的偏移量是线程锁，0x18 地址储存了改变过的方法字典。

在执行原方法实现前调用了 willChangeValueForKey 发起通知，同样在之后调用 didChangeValueForKey。

添加观察方法

那么是在哪个方法中替换的实现呢？先看 [NSObject addObserver:forKeyPath:options:context:] 方法。

//伪代码，仅供理解
void -[NSObject addObserver:forKeyPath:options:context:]
(void * self, void * _cmd, void * arg2, void * arg3, unsigned long long arg4, void * arg5) {
    pthread_mutex_lock(__NSKeyValueObserverRegistrationLock);
    *__NSKeyValueObserverRegistrationLockOwner = pthread_self();
    rax = object_getClass(self);
    rax = _NSKeyValuePropertyForIsaAndKeyPath(rax, arg3);
    [self _addObserver:arg2 forProperty:rax options:arg4 context:arg5];
    *__NSKeyValueObserverRegistrationLockOwner = 0x0;
    pthread_mutex_unlock(__NSKeyValueObserverRegistrationLock);
    
    return;
}

方法很简单，根据 KeyPath 获取具体属性后进一步调用方法。由于这个方法比较长，我特地整理成 ObjC 代码，方便大家理解。

//伪代码，仅供理解
- (void *)_addObserver:(id)observer 
           forProperty:(NSKeyValueProperty *)property 
               options:(NSKeyValueObservingOptions)option 
               context:(void *)context {
    //需要注册通知
    if (option & NSKeyValueObservingOptionInitial) {
        //获取属性名路径
        NSString *keyPath = [property keyPath];
        //解锁
        pthread_mutex_unlock(__NSKeyValueObserverRegistrationLock);
        //如果注册了获得新值，就获取数值
        id value = nil;
        if (option & NSKeyValueObservingOptionNew) {
            value = [self valueForKeyPath:keyPath];
            if (value == nil) {
                value = [NSNull null];
            }
        }
        //发送注册通知
        _NSKeyValueNotifyObserver(observer, keyPath, self, context, value, 
        0 /*originalObservable*/, 1 /*NSKeyValueChangeSetting*/);
        //加锁
        pthread_mutex_lock(__NSKeyValueObserverRegistrationLock);
    } 
    //获取属性的观察信息
    Info *info = __NSKeyValueRetainedObservationInfoForObject(self, property->_containerClass);
    //判断是否需要获取新的数值
    id _additionOriginalObservable = nil;
    if (option & NSKeyValueObservingOptionNew) {
        //0x15没有找到定义，猜测为保存是否可观察的数组

        id tsd = _CFGetTSD(0x15);
        if (tsd != nil) {
            _additionOriginalObservable = *(tsd + 0x10);
        }
    }
    //在原有信息上生成新的信息
    Info *newInfo = __NSKeyValueObservationInfoCreateByAdding
    (info, observer, property, option, context, _additionOriginalObservable, 0, 1);
    //替换属性的观察信息
    __NSKeyValueReplaceObservationInfoForObject(self, property->_containerClass, info, newInfo);
    //属性添加后递归添加关联属性
    [property object:self didAddObservance:newInfo recurse:true];
    //获取新的isa
    Class cls = [property isaForAutonotifying];
    if ((cls != NULL) && (object_getClass(self) != cls)) {
        //如果是第一次就替换isa
        object_setClass(self, cls);
    }
    //释放观察信息
    [newInfo release];
    if (info != nil) {
        [info release];
    }
    return;
}

其中有可能替换方法实现的步骤是获取 isa 的时候，猜测当第一次创建新类的时候，会注册新的方法，接着追踪 isaForAutonotifying 方法。

获取观察类

void * -[NSKeyValueUnnestedProperty _isaForAutonotifying]
    (void * self, void * _cmd) {
    rbx = self;
    r14 = *_OBJC_IVAR_$_NSKeyValueProperty._containerClass;
    if ([*(rbx + r14)->_originalClass 
        automaticallyNotifiesObserversForKey:rbx->_keyPath] != 0x0) {
            r14 = __NSKeyValueContainerClassGetNotifyingInfo(*(rbx + r14));
            if (r14 != 0x0) {
                    __NSKVONotifyingEnableForInfoAndKey(r14, rbx->_keyPath);
                    rax = *(r14 + 0x8);
            }
            else {
                    rax = 0x0;
            }
    }
    else {
            rax = 0x0;
    }
    return rax;
}

立刻发现了熟悉的方法！

automaticallyNotifiesObserversForKey: 是一个类方法，如果你不希望某个属性被观察，那么就设为 NO，isa 返回是空也就宣告这次添加观察失败。

如果一切顺利的话，将会执行__NSKVONotifyingEnableForInfoAndKey(info, keyPath) 改变 class 的方法，最终返回其 isa。

实质替换方法

由于该方法实在太长，且使用了goto不方便阅读，所以依旧整理成伪代码。

//伪代码，仅供理解
int __NSKVONotifyingEnableForInfoAndKey(void *info, id keyPath) {
    //线程锁加锁
    pthread_mutex_lock(info + 0x20);
    //添加keyPath到数组
    CFSetAddValue(*(info + 0x10), keyPath);
    //解锁
    pthread_mutex_unlock(info + 0x20);
    //判断原类实现能不能替换
    Class originClass = *info;
    MethodClass *methodClass = 
    __NSKeyValueSetterForClassAndKey(originClass, keyPath, originClass);
    if (![methodClass isKindOfClass:[NSKeyValueMethodSetter class]]) {
        swizzleMutableMethod(info, keyPath);
        return;
    }
    //判断Setter方法返回值
    Method method = [methodClass method];
    if (*(int8_t *)method_getTypeEncoding(method) != _C_VOID) {
        _NSLog(@"KVO autonotifying only supports -set<Key>: methods that return void.");
        swizzleMutableMethod(info, keyPath);
        return;
    }
    //获取Setter方法参数
    char *typeEncoding = method_copyArgumentType(method, 0x2);
    char type = sign_extend_64(*(int8_t *)typeEncoding);
    SEL sel;//根据参数类型选择替换的方法
    switch (type) {
        case _C_BOOL: sel = __NSSetBoolValueAndNotify;
        case _C_UCHR: sel = __NSSetUnsignedCharValueAndNotify;
        case _C_UINT: sel = __NSSetUnsignedIntValueAndNotify;
        case _C_ULNG: sel = __NSSetUnsignedLongValueAndNotify;
        case _C_ULNG_LNG: sel = __NSSetUnsignedLongLongValueAndNotify;
        case _C_CHR: sel = __NSSetCharValueAndNotify;
        case _C_DBL: sel = __NSSetDoubleValueAndNotify;
        case _C_FLT: sel = __NSSetFloatValueAndNotify;
        case _C_INT: sel = __NSSetIntValueAndNotify;
        case _C_LNG: sel = __NSSetLongValueAndNotify;
        case _C_LNG_LNG: sel = __NSSetLongLongValueAndNotify;
        case _C_SHT: sel = __NSSetShortValueAndNotify;
        case _C_USHT: sel = __NSSetUnsignedShortValueAndNotify;
        case _C_LNG_LNG: sel = __NSSetLongLongValueAndNotify;
        case _C_ID: sel = __NSSetObjectValueAndNotify;
        case "{CGPoint=dd}": sel = __NSSetPointValueAndNotify;
        case "{_NSRange=QQ}": sel = __NSSetRangeValueAndNotify;
        case "{CGRect={CGPoint=dd}{CGSize=dd}}": sel = __NSSetRectValueAndNotify;
        case "{CGSize=dd}": sel = __NSSetSizeValueAndNotify;
        case *_NSKeyValueOldSizeObjCTypeName: sel = __CF_forwarding_prep_0;
        default;
    }
    //不支持的参数类型打印错误信息
    if (sel == NULL) {
        _NSLog(@"KVO autonotifying only supports -set<Key>: methods that take id,
        NSNumber-supported scalar types, and some NSValue-supported structure types.")
        swizzleMutableMethod(info, keyPath);
        return;
    }
    //替换方法实现
    SEL methodSel = method_getName(method);
    _NSKVONotifyingSetMethodImplementation(info, methodSel, sel, keyPath);
    if (sel == __CF_forwarding_prep_0) {
        _NSKVONotifyingSetMethodImplementation(info, @selector(forwardInvocation:), 
         _NSKVOForwardInvocation, false);
        Class cls = *(info + 0x8);
        SEL newSel = sel_registerName("_original_" + sel_getName(methodSel));
        Imp imp = method_getImplementation(method);
        TypeEncoding type = method_getTypeEncoding(method);
        class_addMethod(cls, newSel, imp, type);
    }
    swizzleMutableMethod(info, keyPath);
}

可以表述为根据 Setter 方法输入参数类型，匹配合适的 NSSetValueAndNotify 实现来替换，从而实现效果。

那么 swizzleMutableMethod 是干嘛的呢？

//替换可变数组集合的方法
int swizzleMutableMethod(void *info, id keyPath) {
    //NSKeyValueArray
    CFMutableSetRef getterSet = __NSKeyValueMutableArrayGetterForIsaAndKey(*info, keyPath);
    if ([getterSet respondsToSelector:mutatingMethods]) {
        mutatingMethods methodList = [getterSet mutatingMethods];
        replace methodList->insertObjectAtIndex _NSKVOInsertObjectAtIndexAndNotify
        replace methodList->insertObjectsAtIndexes _NSKVOInsertObjectsAtIndexesAndNotify
        replace methodList->removeObjectAtIndex _NSKVORemoveObjectAtIndexAndNotify
        replace methodList->removeObjectsAtIndexes _NSKVORemoveObjectsAtIndexesAndNotify
        replace methodList->replaceObjectAtIndex _NSKVOReplaceObjectAtIndexAndNotify
        replace methodList->replaceObjectsAtIndexes _NSKVOReplaceObjectsAtIndexesAndNotify
    }
    //NSKeyValueOrderedSet
    getterSet = __NSKeyValueMutableOrderedSetGetterForIsaAndKey(*info, keyPath);
    if ([getterSet respondsToSelector:mutatingMethods]) {
        mutatingMethods methodList = [getterSet mutatingMethods];
        replace methodList->insertObjectAtIndex _NSKVOInsertObjectAtIndexAndNotify
        replace methodList->insertObjectsAtIndexes _NSKVOInsertObjectsAtIndexesAndNotify
        replace methodList->removeObjectAtIndex _NSKVORemoveObjectAtIndexAndNotify
        replace methodList->removeObjectsAtIndexes _NSKVORemoveObjectsAtIndexesAndNotify
        replace methodList->replaceObjectAtIndex _NSKVOReplaceObjectAtIndexAndNotify
        replace methodList->replaceObjectsAtIndexes _NSKVOReplaceObjectsAtIndexesAndNotify
    }
    //NSKeyValueSet
    getterSet = __NSKeyValueMutableSetGetterForClassAndKey(*info, keyPath);
    if ([getterSet respondsToSelector:mutatingMethods]) {
        mutatingMethods methodList = [getterSet mutatingMethods];
        replace methodList->addObject _NSKVOAddObjectAndNotify
        replace methodList->intersectSet _NSKVOIntersectSetAndNotify
        replace methodList->minusSet _NSKVOMinusSetAndNotify
        replace methodList->removeObject _NSKVORemoveObjectAndNotify
        replace methodList->unionSet _NSKVOUnionSetAndNotify
    }
    //改变新类的方法缓存
    __NSKeyValueInvalidateCachedMutatorsForIsaAndKey(*(info + 0x8), keyPath);
    return rax;
}

前面提到的都是一对一，那如果我想观察一对多的集合类呢？就是通过 KVC 中的 mutableArrayValueForKey: 返回一个代理集合，改变这些代理类的实现做到的。具体的例子之后会介绍。

创建新类

还有一个疑问就是替换的类是怎么创建的？具体方法在 __NSKVONotifyingEnableForInfoAndKey 中实现。

//伪代码，仅供理解
int __NSKVONotifyingCreateInfoWithOriginalClass(Class cls) {
    //拼接新名字
    const char *name = class_getName(cls);
    int length = strlen(r12) + 0x10;//16是NSKVONotifying_的长度
    char *newName = malloc(length);
    __strlcpy_chk(newName, "NSKVONotifying_", length, -1);
    __strlcat_chk(newName, name, length, -1);
    //生成一个继承原类的新类
    Class newCls = objc_allocateClassPair(cls, newName, 0x68);
    free(newName);
    if (newCls != NULL) {
        objc_registerClassPair(newCls);
        //获取额外的实例变量表
        void *indexedIvars = object_getIndexedIvars(newCls);
        *indexedIvars = cls;            //记录原isa
        *(indexedIvars + 0x8) = newCls; //记录新isa
        //新建一个集合，保存观察的keyPath
        *(indexedIvars + 0x10) = CFSetCreateMutable(0x0, 0x0, _kCFCopyStringSetCallBacks);
        //新建一个字典，保存改变过的SEL
        *(indexedIvars + 0x18) = CFDictionaryCreateMutable(0x0, 0x0, 0x0,   
                                _kCFTypeDictionaryValueCallBacks);
        //新建一个线程锁
        pthread_mutexattr_init(var_38);
        pthread_mutexattr_settype(var_38, 0x2);
        pthread_mutex_init(indexedIvars + 0x20, var_38);
        pthread_mutexattr_destroy(var_38);
        //获取NSObject类默认的实现
        if (*__NSKVONotifyingCreateInfoWithOriginalClass.NSObjectIMPLookupOnce == NULL) {
            static dispatch_once_t onceToken;
            dispatch_once(&onceToken, ^{
                *__NSKVONotifyingCreateInfoWithOriginalClass.NSObjectWillChange = 
                class_getMethodImplementation([NSObject class],
                @selector(willChangeValueForKey:));

                *__NSKVONotifyingCreateInfoWithOriginalClass.NSObjectDidChange = 
                class_getMethodImplementation([NSObject class], 
                @selector(didChangeValueForKey:));
            });
        }
        //设置是否替换过ChangeValue方法的flag
        BOOL isChangedImp = YES;
        if (class_getMethodImplementation(cls, @selector(willChangeValueForKey:)) == 
        *__NSKVONotifyingCreateInfoWithOriginalClass.NSObjectWillChange) {
            BOOL isChangedDidImp = 
                class_getMethodImplementation(cls, @selector(didChangeValueForKey:)) 
                != 
                *__NSKVONotifyingCreateInfoWithOriginalClass.NSObjectDidChange;
            isChangedImp = isChangedDidImp ? YES : NO;
        }
        *(int8_t *)(indexedIvars + 0x60) = isChangedImp;
        
        //使用KVO的实现替换原类方法
        _NSKVONotifyingSetMethodImplementation(indexedIvars, @selector(_isKVOA),
         _NSKVOIsAutonotifying, false/*是否需要保存SEL到字典*/);

        _NSKVONotifyingSetMethodImplementation(indexedIvars, @selector(dealloc), 
         _NSKVODeallocate, false);

        _NSKVONotifyingSetMethodImplementation(indexedIvars, @selector(class), 
         _NSKVOClass, false);
    }
    return newCls;
}

建立关系

还有一种情况就是观察的属性依赖于多个关系，比如 color 可能依赖于 r g b a，其中任何一个改变，都需要通知 color 的变化。

建立关系的方法是

+ (NSSet *)keyPathsForValuesAffectingValueForKey:(NSString *)key

或 + (NSSet *)keyPathsForValuesAffecting<key>

返回依赖键值的字符串集合

//伪代码
+ (NSSet *)keyPathsForValuesAffectingValueForKey:(NSString *)key {
    char *str = "keyPathsForValuesAffecting" + key;
    SEL sel = sel_registerName(str);
    Method method = class_getClassMethod(self, sel);
    if (method != NULL) {
        result = method_invoke(self, method);
    } else {
        result = [self _keysForValuesAffectingValueForKey:key];
    }
    return result;
}

还记得之前在 _addObserver 方法中有这段代码吗？

//属性添加后递归添加关联属性
[property object:self didAddObservance:newInfo recurse:true];

其中 NSKeyValueProperty 也是一个类簇，具体分为 NSKeyValueProperty NSKeyValueComputedProperty NSKeyValueUnnestedProperty NSKeyValueNestedProperty，从名字也看出 NSKeyValueNestedProperty 是指嵌套子属性的属性类，那我们观察下他的实现。

//伪代码
- (void)object:(id)obj didAddObservance:(id)info recurse:(BOOL)isRecurse {
    if (self->_isAllowedToResultInForwarding != nil) {
        //获得关系键
        relateObj = [obj valueForKey:self->_relationshipKey];
        //注册所有关系通知
        [relateObj addObserver:info 
                    forKeyPath:self->_keyPathFromRelatedObject 
                       options:info->options 
                       context:nil];
    } 
    //再往下递归
    [self->_relationshipProperty object:obj didAddObservance:info recurse:isRecurse];
}

至此，实现的大致整体轮廓比较了解了，下面会讲一下怎么把原理运用到实际。

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应用原理

手动触发

当 +(BOOL)automaticallyNotifiesObserversForKey:(NSString *)key 返回是 YES，那么注册的这个 Key 就会替换对应的 Setter ，从而在改变的时候调用 -(void)willChangeValueForKey:(NSString *)key 与 -(void)didChangeValueForKey:(NSString *)key 发送通知给观察者。

那么只要把自动通知设为 NO，并代码实现这两个通知方法，就可以达到手动触发的要求。

+ (BOOL)automaticallyNotifiesObserversForKey:(NSString *)key {
    if ([key isEqualToString:@"object"]) {
        return false;
    }
    
    return [super automaticallyNotifiesObserversForKey:key];
}

- (void)setObject:(NSObject *)object {
    if (object != _object) {
        [self willChangeValueForKey:@"object"];
        _object = object;
        [self didChangeValueForKey:@"object"];
    }
}

如果操作的是之前提到的集合对象，那么实现的方法就需要变为

- (void)willChange:(NSKeyValueChange)changeKind 
   valuesAtIndexes:(NSIndexSet *)indexes 
            forKey:(NSString *)key;
- (void)didChange:(NSKeyValueChange)changeKind 
  valuesAtIndexes:(NSIndexSet *)indexes 
           forKey:(NSString *)key;

- (void)willChangeValueForKey:(NSString *)key 
              withSetMutation:(NSKeyValueSetMutationKind)mutationKind 
                 usingObjects:(NSSet *)objects;
- (void)didChangeValueForKey:(NSString *)key 
             withSetMutation:(NSKeyValueSetMutationKind)mutationKind 
                usingObjects:(NSSet *)objects;

依赖键观察

之前也有提过构建依赖关系的方法，具体操作如下

+ (NSSet<NSString *> *)keyPathsForValuesAffectingValueForKey:(NSString *)key {
    if ([key isEqualToString:@"color"]) {
        return [NSSet setWithObjects:@"r",@"g",@"b",@"a",nil];
    }
    
    return [super keyPathsForValuesAffectingValueForKey:key];
}

//建议使用静态指针地址作为上下文区分不同的观察
static void * const kColorContext = (void*)&kColorContext;
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];

    [self addObserver:self forKeyPath:@"color" 
              options:NSKeyValueObservingOptionNew 
              context:kColorContext];
    self.r = 133;
}

- (void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath 
                      ofObject:(id)object 
                        change:(NSDictionary<NSKeyValueChangeKey,id> *)change 
                       context:(void *)context {
    if (context == kColorContext) {
        NSLog(@"%@", keyPath); 
        //outprint --> color
    }
}

可变数组与集合

不可变的数组与集合由于内部结构固定，所以只能通过观察容器类内存地址来判断是否变化，也就是 NSKeyValueChangeSetting。

集合和数组的观察都很类似，我们先关注如果要观察可变数组内部插入移除的变化呢？

先了解一下集合代理方法，- (NSMutableArray *)mutableArrayValueForKey:，这是一个 KVC 方法，能够返回一个可供观察的 NSKeyValueArray 对象。

根据苹果注释，其搜索顺序如下

1.搜索是否实现最少一个插入与一个删除方法

-insertObject:in<Key>AtIndex:
-removeObjectFrom<Key>AtIndex:
-insert<Key>:atIndexes:
-remove<Key>AtIndexes:

2.否则搜索是否有 set<Key>: 方法，有的话每次都把修改数组重新赋值回原属性。

3.否则检查 + (BOOL)accessInstanceVariablesDirectly，如果是YES，就查找成员变量_<key> or <key>，此后所有的操作针对代理都转接给成员变量执行。

4.最后进入保护方法valueForUndefinedKey:

第一种方法

- (void)insertObject:(NSObject *)object inDataArrayAtIndex:(NSUInteger)index {
    [_dataArray insertObject:object atIndex:index];
}

- (void)removeObjectFromDataArrayAtIndex:(NSUInteger)index {
    [_dataArray removeObjectAtIndex:index];
}

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    _dataArray = @[].mutableCopy;
    [self addObserver:self forKeyPath:@"dataArray" 
    options:NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld |  
    NSKeyValueObservingOptionPrior context:nil];
    [self insertObject:@1 inDataArrayAtIndex:0];
}

通过实现了insert与remove方法，使得代理数组能够正常运作数组变量，KVO 观察了代理数组的这两个方法，发出了我们需要的通知。

这种方式使用了第一步搜索，比较容易理解，缺点是改动的代码比较多，改动数组必须通过自定义方法。

第二种方法

@property (nonatomic, strong, readonly) NSMutableArray *dataArray;

@synthesize dataArray = _dataArray;

- (NSMutableArray *)dataArray {
    return [self mutableArrayValueForKey:@"dataArray"];
}

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];

    _dataArray = @[].mutableCopy;
    [self addObserver:self forKeyPath:@"dataArray" 
    options:NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld |   
    NSKeyValueObservingOptionPrior context:nil];
    [self.dataArray addObject:@1];
}

这种方式相对来说更简洁，修改数组的方法与平时一致，比较适合使用。

下面说一下原理，首先我们没有实现对应的insert与remove方法，其次readonly属性也没有set<key>:方法，但我们实现了 @synthesize dataArray = _dataArray; 所以根据第三步对代理数组的操作都会实际操作到实例变量中。

然后重载了 dataArray 的 Getter 方法，保证了修改数组时必须调用主体是self.dataArray，也就是代理数组，从而发送通知。

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问答

KVO的底层实现？

KVO 就是通过 Runtime 替换被观察类的 Setter 实现，从而在发生改变时发起通知。

如何取消系统默认的KVO并手动触发（给KVO的触发设定条件：改变的值符合某个条件时再触发KVO）？

通过设置 automaticallyNotifiesObserversForKey 为 False 实现取消自动触发。

符合条件再触发可以这么实现。

- (void)setObject:(NSObject *)object {
    if (object == _object) return;

    BOOL needNotify = [object isKindOfClass:[NSString class]];
    if (needNotify) {
        [self willChangeValueForKey:@"object"];    
    }
    _object = object;
    if (needNotify) {
        [self didChangeValueForKey:@"object"];
    }
}

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总结

由于对汇编语言、反编译工具、objc4开源代码的不熟悉，这篇文章写了一周时间，结构也有点混乱。

所幸还是理顺了整体结构，在整理的过程中学会了很多很多。

由于才疏学浅，其中对汇编和源码的解释难免出错，还望大佬多多指教！

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资料分享

ObjC中国的期刊 KVC和KVO

杨大牛的 Objective-C中的KVC和KVO

iOS开发技巧系列—详解KVC(我告诉你KVC的一切)