iOS–KVO的实现原理与具体应用

本文分为2个部分:概念应用概念部分旨在剖析KVO这一设计模式的实现原理;应用部分通过创建的项目,以说明KVO技术在iOS开发中所带来的作用;

如果是作为刚接触KVO的初学者,可以在了解第一部分的基本原理后粗略看几遍底层实现原理,再认真阅读第二部分的应用内容“学会怎么去使用KVO,往后再慢慢深入了解KVO这一“黑魔法”技术的实现原理。

本文Demo下载链接:KVO演示Demo

[概念部分]

一、KVO是什么?

KVO 是 Objective-C 对观察者设计模式的一种实现。【另外一种是:通知机制(notification),详情参考:iOS 趣谈设计模式——通知】;

KVO提供一种机制,指定一个被观察对象(例如A类),当对象某个属性(例如A中的字符串name)发生更改时,对象会获得通知,并作出相应处理;【且不需要给被观察的对象添加任何额外代码,就能使用KVO机制】

在MVC设计架构下的项目,KVO机制很适合实现mode模型和view视图之间的通讯。

例如:代码中,在模型类A创建属性数据,在控制器中创建观察者,一旦属性数据发生改变就收到观察者收到通知,通过KVO再在控制器使用回调方法处理实现视图B的更新;(本文中的应用就是这样的例子.)

二、实现原理?

KVO在Apple中的API文档如下:

KVO 的实现依赖于 Objective-C 强大的 Runtime ,从以上Apple 的文档可以看出苹果对于KVO机制的实现是一笔带过,而具体的细节没有过多的描述,但是我们可以通过Runtime的所提供的方法去探索,关于KVO机制的底层实现原理。为此啊左从网上的一些关于KVO的资料总结了有关的内容:

基本的原理

当观察某对象A时,KVO机制动态创建一个对象A当前类的子类,并为这个新的子类重写了被观察属性keyPath的setter 方法。setter 方法随后负责通知观察对象属性的改变状况。

深入剖析

Apple 使用了 isa 混写(isa-swizzling)来实现 KVO 。当观察对象A时,KVO机制动态创建一个新的名为: NSKVONotifying_A的新类,该类继承自对象A的本类,且KVO为NSKVONotifying_A重写观察属性的setter 方法,setter 方法会负责在调用原 setter 方法之前和之后,通知所有观察对象属性值的更改情况。
(备注: isa 混写(isa-swizzling)isa:is a kind of ; swizzling:混合,搅合;)

①NSKVONotifying_A类剖析:在这个过程,被观察对象的 isa 指针从指向原来的A类,被KVO机制修改为指向系统新创建的子类 NSKVONotifying_A类,来实现当前类属性值改变的监听

所以当我们从应用层面上看来,完全没有意识到有新的类出现,这是系统“隐瞒”了对KVO的底层实现过程,让我们误以为还是原来的类。但是此时如果我们创建一个新的名为“NSKVONotifying_A”的类(),就会发现系统运行到注册KVO的那段代码时程序就崩溃,因为系统在注册监听的时候动态创建了名为NSKVONotifying_A的中间类,并指向这个中间类了。

isa 指针的作用:每个对象都有isa 指针,指向该对象的类,它告诉 Runtime 系统这个对象的类是什么。所以对象注册为观察者时,isa指针指向新子类,那么这个被观察的对象就神奇地变成新子类的对象(或实例)了。) 因而在该对象上对 setter 的调用就会调用已重写的 setter,从而激活键值通知机制。

—>我猜,这也是KVO回调机制,为什么都俗称KVO技术为黑魔法的原因之一吧:内部神秘、外观简洁。

②子类setter方法剖析:KVO的键值观察通知依赖于 NSObject 的两个方法:willChangeValueForKey:和 didChangevlueForKey:,在存取数值的前后分别调用2个方法:

被观察属性发生改变之前,willChangeValueForKey:被调用,通知系统该 keyPath 的属性值即将变更;当改变发生后

didChangeValueForKey: 被调用,通知系统该 keyPath 的属性值已经变更;之后, observeValueForKey:ofObject:change:context: 也会被调用。且重写观察属性的setter 方法这种继承方式的注入是在运行时而不是编译时实现的。

KVO为子类的观察者属性重写调用存取方法的工作原理在代码中相当于:

三、特点:

观察者观察的是属性,只有遵循 KVO 变更属性值的方式才会执行KVO的回调方法,例如是否执行了setter方法、或者是否使用了KVC赋值。

如果赋值没有通过setter方法或者KVC,而是直接修改属性对应的成员变量,例如:仅调用_name = @”newName”,这时是不会触发kvo机制,更加不会调用回调方法的。

所以使用KVO机制的前提是遵循 KVO 的属性设置方式来变更属性值。

四、步骤

  • 1.注册观察者,实施监听;
  • 2.在回调方法中处理属性发生的变化;
  • 3.移除观察者

[应用部分]

五.实现方法(苹果API文档中的方法):

A.注册观察者:

B. 属性(keyPath)的值发送变化时,收到通知,调用以下方法:

六、上代码~:

1.新建项目

UI界面设计如下:
第一个是便签,用于显示num数值,关联ViewController并命名为:label
第二个是按钮,用于改变num的数值,关联ViewController并命名为:changeNum

2.模型创建

【新建一个File,选择Cocoa Touch Class,命名为“myKVO”,记得选择Subclass of “NSObject”.】代码如下:

(myKVO.h):

(myKVO.m):

3.在ViewController中监听并响应属性改变。

(ViewController.h):

(ViewController.m):

调试:便签label初始化没有数值,当每次点击按钮后,label记录的num随之增加,表明按钮使属性num增加的同时,KVO机制发送通知,并调用observeValueForKeyPath:方法使UI更新。(本文Demo下载链接:KVO演示Demo

七、拓展–>

1.KVC与KVO的不同?

KVC(键值编码),即Key-Value Coding,一个非正式的Protocol,使用字符串(键)访问一个对象实例变量的机制。而不是通过调用Setter、Getter方法等显式的存取方式去访问。
KVO(键值监听),即Key-Value Observing,它提供一种机制,当指定的对象的属性被修改后,对象就会接受到通知,前提是执行了setter方法、或者使用了KVC赋值。

2.和notification(通知)的区别?

notification比KVO多了发送通知的一步。
两者都是一对多,但是对象之间直接的交互,notification明显得多,需要notificationCenter来做为中间交互。而KVO如我们介绍的,设置观察者->处理属性变化,至于中间通知这一环,则隐秘多了,只留一句“交由系统通知”,具体的可参照以上实现过程的剖析。

notification的优点是监听不局限于属性的变化,还可以对多种多样的状态变化进行监听,监听范围广,例如键盘、前后台等系统通知的使用也更显灵活方便。
(参照通知机制第五节系统通知名称内容)

3.与delegate的不同?

和delegate一样,KVO和NSNotification的作用都是类与类之间的通信。但是与delegate不同的是:
这两个都是负责发送接收通知,剩下的事情由系统处理,所以不用返回值;而delegate 则需要通信的对象通过变量(代理)联系;
delegate一般是一对一,而这两个可以一对多。

4.涉及技术:

KVC/KVO实现的根本是Objective-C的动态性和runtime,以及访问器方法的实现;

总结:

对比其他的回调方式,KVO机制的运用的实现,更多的由系统支持,相比notification、delegate等更简洁些,并且能够提供观察属性的最新值以及原始值;但是相应的在创建子类、重写方法等等方面的内存消耗是很巨大的。所以对于两个类之间的通信,我们可以根据实际开发的环境采用不同的方法,使得开发的项目更加简洁实用。

另外需要注意的是,由于这种继承方式的注入是在运行时而不是编译时实现的,如果给定的实例没有观察者,那么KVO不会有任何开销,因为此时根本就没有KVO代码存在。但是即使没有观察者,委托和NSNotification还是得工作,这也是KVO此处零开销观察的优势。

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