深度理解Key-Value Observing 键值观察

前言

 

在上一阶段的开发过程中，我们大量使用了 KVO 机制，来确保页面信息的及时同步。也因此碰到了很多问题，促使我们去进一步学习 KVO 的相关机制，再到寻找更好的解决方案。鉴于 KVO 让人欲仙欲死的使用经历，在这里做一个简单分享。此分享的目的，更多的是在于点出 KVO 相关的技术点，供我们大家在学习和使用过程中做一个参考。

对于 KVO 的背后机制感兴趣的同学，可以直接看第三部分，KVC 和 isa-swizzling 。

对于 替代方案感兴趣的同学，请直接跳到末尾的第五部分，有列出了目前 github 上使用广泛的几个开源项目，它们让 KVO 变的更易用，总有一款适合你。如果各位有好的推荐，也请务必在评论里告诉我们，不胜感激。

对集合对象的观察，会在下次更新时做一个更具体的补充。

如果此文中有不当或错误的地方，也请各位批评指正，非常感谢~  没说的，报上工位号，请喝可乐~

一、什么是 KVO

键值观察是 Objective-C 语言的动态语言特性，在运行时通过 KVO，允许一个对象观察另一个对象的属性，当变化发生时，观察者会得到通知。

键值观察实际上是观察者模式在 Objective-C 中的一种运用，理解了观察者模式，也就理解了键值观察。

a）观察者和被观察对象完美分离

b）保持信息同步

二、通过一个示例了解 KVO 的基本用法

使用 KVO 的过程基本上分为三步：注册—通知—取消注册

下面来看一个示例。

某人养了一只宠物狗，这只宠物狗非常的聪明，会做加法题，而且很快。

我们在这里用 Person 来表示某人，Dog 来表示这只宠物狗，Person 有两个属性分别表示加数和被加数。

        @property (nonatomic, assgin) int numberOne;

        @property (nonatomic, assgin) int numberTwo;

1、Dog注册成为观察者，Person 为被观察对象，观察的属性为 numberOne、numberTwo

Dog：

        [person addObserver: self 

                 forKeyPath: @“numberOne”

                    options: NSKeyValueObservingOptionNew 

                    context: nil];     

 

        [person addObserver: self 

                 forKeyPath: @“numberTwo”

                    options: NSKeyValueObservingOptionNew 

                    context: nil];

2、Person 出题，Dog 收到通知后回答题目

Person 出题并发出通知:

        self.numberOne = 2;

        self.numberTwo = 3;

Dog 收到通知，回答题目:

        - (void) observeValueForKeyPath: (NSString *)keyPath 

                               ofObject: (id)object 

                                 change: (NSDictionary *)change 

                                context: (void *)context {

          // 根据 keyPath  判断是加数还是被加数发生变化，从 change 中获取新值，计算结果

        }

3、取消注册

Dog:

        [person removeObserver:self forKeyPath:@(numberOne)];

        [person removeObserver:self forKeyPath:@(numberTwo)];

三、KVO 原理详解

要理解 KVO 的原理，实际上也就是要搞清楚被观察对象在属性发生变化时，是如何做到通知观察者的。

这里面包含有两个点，一个是对属性的读取，一个是通知。

1、属性读取

说到对属性的读取，就不得不提 KVC，key-value coding，键值编码。实际上这也是 KVO 的基础。

KVC 提供了一种通过字符串标识符间接访问对象属性的机制。

1）支持这种机制的基本方法是：

        - (id) valueForKey:(NSString *)key;

        - (void) setValue:(id)value forKey:(NSString *)key;

例如访问 Person 对象的 numberOne 属性，可以通过以下方法实现：

        [person valueForKey:@“numberOne”];

        [person setValue:@(1) forKey:@“numberOne”];

对于实现了访问器方法的类来说，通过访问器方法(点语法)和通过 KVC 访问属性区别不大。但是对于没有实现访问器方法的类来说，点语法不可用，但是我们仍然可以通过 KVC 来访问属性。

下面来具体看下 KVC 访问属性时发生了什么。

KVC为了能设置和返回对象属性，会按照如下顺序进行尝试：

a）检查是否存在 - <key>，- is<Key> （只对布尔型有效），- get<Key> 的访问器方法，如果存在，则使用这些方法返回属性值。

检查是否存在 - set<Key> 的访问器方法，如果存在，则使用这些方法设置属性值。

b）如果上述方法不可用，则检查  - _<key>，- _is<Key> （只对布尔型有效），- _get<Key>，- _set<Key> 方法是否可用。

c）如果没有找到上述方法，会尝试直接访问实例变量，实例变量名可以是 <key> 或 _<key>

d）如果仍未找到，则调用 - valueForUndefinedKey: 和 - setValue:forUndefinedKey: 方法。这些方法的默认实现是抛出异常，我们可以根据需要进行重写。

由此我们也可以看出，当属性读取方法的定义符合命名规范的时候，KVC 能够定位到 键 key 对应的属性读取方法。

        // 属性访问器命名规范：     

        - (type) name;

        - (void) setName:(type)newName;

         

        // 特殊的：

        - (BOOL) isHidden;

        - (void) setHidden:(BOOL)newHidden;

2）除了基本方法之外，KVC 还提供了如下方法来支持通过键路径访问嵌套对象的属性

        - (id) valueForKeyPath:(NSString *)keyPath;

        - (void) setValue:(id)value forKeyPath:(NSString *)keyPath;

以及其它的一些方法，来支持对多关系的属性的读取。

* 对多关系的属性的读取，请参考 KVC 的相关文档

2、在属性读取方法里面，通知被观察者

这一步的实现，是基于 isa-swizzling (指针变化) 技术。

1）isa 是对象的一个特定指针，它指向对象的类， 该类中包含一张调度表，反映出选择器和最终实现之间的映射关系。当某个对象被第一次观察时，系统会在运行期动态创建一个派生类，isa 会指向这个新诞生的派生类。

例如我们之前的例子中，Person 对象的 isa 指针 在观察之前会指向 Person，在观察之后会指向 NSKVONotifying_Person

* 关于指针变换技术，大家可以参考 method swizzling http://www.cocoachina.com/applenews/devnews/2014/0225/7880.html

* 这个映射关系是可以更改的，涉及到 objective-c 的运行时技术，objc/runtime.h

* isa 指针的变化大家可以在代码中设置断点观察到

2）派生类会重写基类中任何被观察属性的 setter 方法， 真正的通知机制，正是在这个被重写的 setter 方法里面实现的。

例如：

        // 之前

      

        - (void) setNumberOne:(int)numberOne {

            _numberOne = numberOne;

        }

      

         

        //之后

        - (void) setNumberOne:(int)numberOne {

            [self willChangeValueForKey:@“numberOne”];

            _numberOne = numberOne;

            [self didChangeValueForKey:@“numberOne”];

        }

3、使用 KVO 通知观察者方法小结

1）使用 KVC 方法

如果有访问器方法，则运行时会在访问器方法中调用 will/didChangeValueForKey: 方法；

没用访问器方法，运行时会在 setValue:forKey 方法中调用 will/didChangeValueForKey: 方法。

2）使用访问器方法

运行时会重写访问器方法调用 will/didChangeValueForKey: 方法。因此，直接调用访问器方法改变属性值时，KVO也能监听到。

3）在赋值前后，手动调用 will/didChangeValueForKey: 方法。

四、实践

1、特点总结：

1）优点

• 提供了一种简单方法让对象之间保持信息同步。例如模型对象和视图对象

• 能够让我们观察某个对象的状态变化，即便该对象不是由我们创建的，也不能更改状态属性的实现方法

• 观察对象可以了解该属性值新值以及旧值；如果观察的属性为对多的关系（例如数组），它也能够了解是哪个包含的对象发生了改变

• 能够使用键路径 keypath 观察嵌套对象的属性变化

• 彻底的抽象化，一个对象并不需要额外的代码来让自己变成可被观察对象

• 多个 KVO 观察者可以观察同一对象的同一属性

2）缺点

• 必须用字符串来指定要观察的属性，因此如果出错，在编译时是不会有检查和警告的

• 重构对象属性之后，相关的 KVO 代码将不再起作用，由于不会有编译时自动检查，这部分代码甚至会引起崩溃

• KVO 通知会触发一个特定的观察方法，观察必须要实现该方法，当观察者在观察多个属性时，在该方法中要写复杂的 if else 语句进行判断

• 对象在销毁时要移除注册过的观察者

2、实际使用过程中，要特别注意的要点

1）在调用注册方法时传入适当的参数

        - addObserver:forKeyPath:options:context:

options:

值	功　　能
NSKeyValueObservingOptionNew	作为变更信息的一部分发送新值
NSKeyValueObservingOptionOld	作为变更信息的一部分发送旧值
NSKeyValueObservingOptionInitial	在观察者注册时发送一个初始更新
NSKeyValueObservingOptionPrior	在变更前后分别发送变更，而不只在变更后发送一次

属性值的新值和旧值相同时，仍然能够触发 KVO，我们在注册时知道 new 和 old，能够让我们在通知方法中判断新旧值是否相同。

initial 可以确保在注册的同时，就触发一次 KVO 通知。

context:

由于我们无法指定通知方法，当在有通知发生时，如果子类和父类都实现了该方法，那么子类在处理通知时，无法通过 keyPath 和 object 来准确判断父类是否对该通知感兴趣，这个时候就需要子类父类在注册时根据需要传入不同的 context

* 关于 context 的最佳实践可以参考 http://stackoverflow.com/questions/12719864/best-practices-for-context-parameter-in-addobserver-kvo

2）手动触发 KVO

KVO 协议提供一个方法来关闭自动 KVO 通知：

    + (BOOL) automaticallyNotifiesObserversForKey:(NSString *)key

返回值为 NO 时，我们无论是通过 KVC 方法，还是访问器方法，都不会触发 KVO，我们需要自己手动调用will/didChangeValueForKey: 方法

3）使用单个 key 观察多个属性的变化

通过重写以下 方法，可以仅注册单个键的观察多个属性的变化：

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

4）KVO 支持对集合对象（NSArray、NSSet、NSOrderedSet）的观察，来及时获得集合内元素发生的变化，例如集合元素的增加、删除等等，变化的类型和具体内容会包含在通知方法的 change 字典中。

例如我们用 array 作为 tableView 的数据源，使用 kvo 方式观察 array 的变化，来自动触发 tableView 的刷新。

值得注意的是，我们没有办法使用 key path 来观察集合内部某元素的属性变化，要做到这一点，我们需要在往集合内添加和删除元素时，为每个元素单独注册和取消注册 KVO。

5）在通知方法中要注意线程问题

通知方法在哪个线程中被调用，是由被观察对象在哪个线程中触发 kvo 决定的。

6）不正确的取消注册会导致程序崩溃

a）不能重复取消相同的注册

b）如果是类似 @“a.b.c”  键路径，在取消注册时，a b 对象应当是存在的 。

针对原则 a，大家可以自行思考可以用什么方法来避免重复的注册和取消注册；

针对原则 b，需要注意的是我们在取消注册时，键路径中的对象是不是已经被释放了。

基于这两个原则，对于某些 UI 对象，除了考虑在 dealloc 中要取消注册外，还要根据实际情况来判断具体在什么位置注册和取消注册。以下是我在使用过程中遇到的，需要思考是否有必要做 注册和取消注册 的一些方法。

        // 复用的 cell

        - (void) prepareForReuse

         

        // 非复用的 view

        - (void) willMoveToWindow:(UIWindow *)newWindow

        - (void) didMoveToWindow

                

        - (void) didMoveToSuperview

        - (void) willMoveToSuperview:(UIView *)newSuperview

         

        // view controller     

        - (void) willMoveToParentViewController:(UIViewController 

        - (void) didMoveToParentViewController:(UIViewController *)parent*)parent

        - (void) viewDidLoad

五、更易用的 KVO

有一些开源项目，对 KVO 进行了二次封装，让 KVO 变的更易用，更安全，下面列举一些使用较广泛的供大家参考。在项目页面上，已经有了详细的特点说明和使用方法。

1）https://github.com/facebook/KVOController  推荐使用

2）https://github.com/th-in-gs/THObserversAndBinders

3）https://github.com/mikeash/MAKVONotificationCenter

六、参考文档：

Key-Value Observing Programming Guide

Key-Value Coding Programming Guide

http://blog.csdn.net/wzzvictory/article/details/9674431

http://blog.csdn.net/kesalin/article/details/8194240

http://www.cnblogs.com/lwzz/archive/2013/04/25/3029679.html

https://www.mikeash.com/pyblog/key-value-observing-done-right.html