博客地址

這篇博客主要結(jié)合Apple開發(fā)者文檔和個(gè)人的理解，寫的一篇關(guān)于Cocoa RunLoop基本知識點(diǎn)的文章。在文檔的基礎(chǔ)上，概況和梳理了RunLoop相關(guān)的知識點(diǎn)。

一、Event Loop & Cocoa RunLoop

宏觀上：Event Loop

1. RunLoop是一個(gè)用于循環(huán)監(jiān)聽和處理事件或者消息的模型，接收請求，然后派發(fā)給相關(guān)的處理模塊，wikipedia上有更為全面的介紹：Event_loop
2. Cocoa RunLoop屬于Event Loop模型在Mac平臺的具體實(shí)現(xiàn)
3. 其他平臺的類似實(shí)現(xiàn)：X Window程序，Windows程序 ，Glib庫等

微觀上: Cocoa RunLoop

1. Cocoa RunLoop本質(zhì)上就是一個(gè)對象，提供一個(gè)入口函數(shù)啟動(dòng)事件循環(huán)，在滿足特點(diǎn)條件后才會退出。
2. Cocoa RunLoop與普通while/for循環(huán)不同的是它能監(jiān)聽處理事件和消息，能智能休眠和被喚醒，這些功能的其實(shí)現(xiàn)依賴于Mac Port。

二、 Cocoa RunLoop的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

但凡說到Cocoa RunLoop內(nèi)部結(jié)構(gòu)，都離不開下面這張圖，來源于Apple開發(fā)者文檔

圖1-1 RunLoop結(jié)構(gòu)圖

結(jié)合上圖，可將RunLoop架構(gòu)劃分為四個(gè)部分：

1. 事件源
2. 運(yùn)行模式
3. 循環(huán)機(jī)制
4. 執(zhí)行反饋

1. 事件源

Cocoa RunLoop接受的事件源分為兩種類型：Input Sources 和 Timer Sources

1.1. Input Sources

Input Sources通過異步派發(fā)的方式將事件轉(zhuǎn)送到目標(biāo)線程，事件類別分為兩大塊：

• Port-Based Sources ：

  基于Mach端口的事件源，Cocoa和Core Foundation這兩個(gè)框架已經(jīng)提供了內(nèi)部支持，只需要調(diào)用端口相關(guān)的對象或者函數(shù)就能提供端口進(jìn)行通信。比如：將NSPort對象部署到RunLoop中，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)線程的循環(huán)通信。

• Custom Input Sources ：

  • 用戶自定義的輸入源：使用Core Foundation框架中CFRunLoopSourceRef對象的相關(guān)函數(shù)實(shí)現(xiàn)。具體實(shí)現(xiàn)可以查看另外一篇博客：Cocoa RunLoop 系列之Configure Custom InputSource

  • Cocoa Perform Selector Sources：Cocoa框架內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的自定義輸入源，可以跨線程調(diào)用，實(shí)現(xiàn)線程見通信，有點(diǎn)類似于Port-Based事件源，不同的是這種事件源只在RunLoop上部署一次，執(zhí)行結(jié)束后便會自動(dòng)移除。如果目標(biāo)線程中沒有啟動(dòng)RunLoop也就意味著無法部署這類事件源，因此不會得到預(yù)期的結(jié)果。

    使用Cocoa自定義事件源的函數(shù)接口，如下：

   //部署在主線程
   //參數(shù)列表：Selector:事件源處理函數(shù),Selector參數(shù),是否阻塞當(dāng)前線程,指定RunLoop模式
   performSelectorOnMainThread:withObject:waitUntilDone:
   performSelectorOnMainThread:withObject:waitUntilDone:modes:
   
   //部署在指定線程
   //參數(shù)列表：Selector:事件源處理函數(shù),指定線程,Selector參數(shù),是否阻塞當(dāng)前線程,指定RunLoop模式
   permSelector:onThread:withObject:waitUntilDone:
   performSelector:onThread:withObject:waitUntilDone:modes:
   
   //部署在當(dāng)前線程
   //參數(shù)列表：Selector:事件源處理函數(shù),Selector參數(shù),延時(shí)執(zhí)行時(shí)間,指定RunLoop模式
   performSelector:withObject:afterDelay:
   performSelector:withObject:afterDelay:inModes:
    
   //撤銷某個(gè)對象通過函數(shù)performSelector:withObject:afterDelay:部署在當(dāng)前線程的全部或者指定事件源
   cancelPreviousPerformRequestsWithTarget:
   cancelPreviousPerformRequestsWithTarget:selector:object:

綜上，Input Sources包括基于Mach端口的事件源和自定義的事件源，二者的唯一區(qū)別在于被觸發(fā)的方式：前者是由內(nèi)核自動(dòng)觸發(fā)，后者則需要在其他線程中手動(dòng)觸發(fā)。

1.2. Timer Sources

不同于Input Sources的異步派發(fā)，Timer Source是通過同步派發(fā)的方式，在預(yù)設(shè)時(shí)間到達(dá)時(shí)將事件轉(zhuǎn)送到目標(biāo)線程。這種事件源可用于線程的自我提醒功能，實(shí)現(xiàn)周期性的任務(wù)。

• 如果RunLoop當(dāng)前運(yùn)行模式?jīng)]有添加Time Sources，則在RunLoop中部署的定時(shí)器不會被執(zhí)行。
• 設(shè)定的間隔時(shí)間與真實(shí)的觸發(fā)時(shí)間之間沒有必然聯(lián)系，定時(shí)器會根據(jù)設(shè)定的間隔時(shí)間周期性的派發(fā)消息到RunLoop，但是真實(shí)的觸發(fā)時(shí)間由RunLoop決定，假設(shè)RunLoop當(dāng)前正在處理其一個(gè)長時(shí)間的任務(wù)，則觸發(fā)時(shí)間會被延遲，如果在最終觸發(fā)之前Timer已經(jīng)派發(fā)了N個(gè)消息，RunLoop也只會當(dāng)做一次派發(fā)對待，觸發(fā)一次對應(yīng)的處理函數(shù)。

2. 運(yùn)行模式

運(yùn)行模式類似于一個(gè)過濾器，用于屏蔽那些不關(guān)心的事件源，讓RunLoop專注于監(jiān)聽和處理指定的事件源和RunLoop Observer。

CFRunLoopMode 和 CFRunLoop 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)大致如下：

    struct __CFRunLoop {
        CFMutableSetRef _commonModes;     // Set
        CFMutableSetRef _commonModeItems; // Set<Source/Observer/Timer>
        CFRunLoopModeRef _currentMode;    // Current Runloop Mode
        CFMutableSetRef _modes;           // Set
        ...
    };
    
    struct __CFRunLoopMode {
        CFStringRef _name;            // Mode Name, 例如 @"kCFRunLoopDefaultMode"
        CFMutableSetRef _sources0;    // Set
        CFMutableSetRef _sources1;    // Set
        CFMutableArrayRef _observers; // Array
        CFMutableArrayRef _timers;    // Array
        ...
    };

結(jié)合以上源碼，總結(jié)以下幾點(diǎn)：

• 每種模式通過name屬性作為標(biāo)識。
• 一種運(yùn)行模式（Run Loop Mode）就是一個(gè)集合，包含需要監(jiān)聽的事件源Input Sources和Timer Soueces以及需要觸發(fā)的RunLoop observers。
• Cocoa RunLoop包含若干個(gè)Mode，調(diào)用RunLoop是指定的Mode稱之為CurrentMode。RunLoop可以在不同的Mode下切換，切換時(shí)退出CurrentMode,并保存相關(guān)上下文，再進(jìn)入新的Mode。
• 在啟動(dòng)Cocoa RunLoop是必須指定一種的運(yùn)行模式，且如果指定的運(yùn)行模式?jīng)]有包含事件源或者observers，RunLoop會立刻退出。
• CFRunLoop結(jié)構(gòu)中的commonModes是Mode集合,將某個(gè)Mode的name添加到commonModes集合中，表示這個(gè)Mode具有“common”屬性。
• CFRunLoop結(jié)構(gòu)中的commonModeItems則是共用源的集合，包括事件源和執(zhí)行反饋。這些共用源會被自動(dòng)添加到具有“common”屬性的Mode中。

** Note ** : 不同的運(yùn)行模式區(qū)別在于事件源的不同，比如來源于不同端口的事件和端口事件與Timer事件。不能用于區(qū)分不同的事件類型，比如鼠標(biāo)消息事件和鍵盤消息事件，因?yàn)檫@兩種事件都屬于基于端口的事件源。

以下是蘋果預(yù)定義好的一些運(yùn)行模式：

• NSDefaultRunLoopMode //默認(rèn)的運(yùn)行模式，適用于大部分情況
• NSConnectionReplyMode //Cocoa庫用于監(jiān)聽NSConnection對象響應(yīng)，開發(fā)者很少使用
• NSModalPanelRunLoopMode //模態(tài)窗口相關(guān)事件源
• NSEventTrackingRunLoopMode //鼠標(biāo)拖拽或者屏幕滾動(dòng)時(shí)的事件源
• NSRunLoopCommonModes //用于操作RunLoop結(jié)構(gòu)中commonModes和commonModeItems兩個(gè)屬性

3. 循環(huán)機(jī)制

循環(huán)機(jī)制涉及兩方面：

3.1. RunLoop與線程之間的關(guān)系

Apple文檔中提到:開發(fā)者不需要手動(dòng)創(chuàng)建RunLoop對象，每個(gè)線程包括主線程都關(guān)聯(lián)了一個(gè)RunLoop對象。除了主線程的RunLoop在程序啟動(dòng)時(shí)被開啟，其他線程的RunLoop都需要手動(dòng)開啟。

待解決的疑問：

• 線程中的RunLoop是一直存在還是需要時(shí)再創(chuàng)建？
• 線程與RunLoop的是如何建立聯(lián)系的？
• 線程與RunLoop對象是否是一一對應(yīng)的關(guān)系？

3.2. RunLoop事件處理流程

弄清楚RunLoop內(nèi)部處理邏輯是理解RunLoop的關(guān)鍵，將單獨(dú)寫一篇博客進(jìn)行分析。

待解決的疑問：

• RunLoop如何處理不同事件源？
• RunLoop不同模式切換是如何實(shí)現(xiàn)的？

以上兩方面，將在下一篇博客Cocoa RunLoop 系列之源碼解析中結(jié)合源代碼來找到答案。

4. 執(zhí)行反饋

RunLoop Observers機(jī)制屬于RunLoop一個(gè)反饋機(jī)制，將RunLoop一次循環(huán)劃分成若干個(gè)節(jié)點(diǎn)，當(dāng)執(zhí)行到對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)調(diào)用相應(yīng)的回調(diào)函數(shù)，將RunLoop當(dāng)前的執(zhí)行狀態(tài)反饋給用戶。

• 用戶可以通過Core Foundation框架中的CFRunLoopObserverRef注冊 observers。

• 監(jiān)聽節(jié)點(diǎn)：

  • The entrance to the run loop. //RunLoop啟動(dòng)
  • When the run loop is about to process a timer. //即將處理Timer事件源
  • When the run loop is about to process an input source. //即將處理Input事件源
  • When the run loop is about to go to sleep. //即將進(jìn)入休眠
  • When the run loop has woken up, but before it has processed the event that woke it up. //重新被喚醒，且在處理喚醒事件之前
  • The exit from the run loop. //退出RunLoop

• 監(jiān)聽類別分為兩種：一次性和重復(fù)監(jiān)聽。

三、何時(shí)使用RunLoop

由于主線程的RunLoop在程序啟動(dòng)時(shí)被自動(dòng)創(chuàng)建并執(zhí)行，因此只有在其他線程中才需要手動(dòng)啟動(dòng)RunLoop。很多情況下，對于RunLoop的使用多數(shù)情況是在主線程中，包括進(jìn)行RunLoop模式切換，設(shè)置RunLoop Observer等。

在非主線程中，以下幾種情況適用于RunLoop:

• 使用基于端口或者自定義的事件源與其他線程進(jìn)行通信。
• 需要在當(dāng)前線程中使用Timer，必須部署才RunLoop中才有效。
• 在目標(biāo)線程中調(diào)用performSelector… 函數(shù)，因?yàn)楸举|(zhì)上使用了Cocoa自定義的事件源，依賴于RunLoop才能被觸發(fā)。
• 線程需要進(jìn)行周期性的任務(wù)，需要長時(shí)間存在，而非執(zhí)行一次。

四、總結(jié)

一直以來，RunLoop對我來說都屬于一個(gè)比較模糊的概念，在實(shí)際編程中也有用到RunLoop的一些功能，確實(shí)感覺到很強(qiáng)大，但是僅僅停留在應(yīng)用層面，并不是很理解具體含義。因此，為了更好的使用RunLoop，有必要研究和梳理RunLoop相關(guān)的知識點(diǎn)。