RunLoop解析

什么是RunLoop?

顧名思義:
運行循環(huán)
在程序運行過程中循環(huán)做一些事情


應用范疇:
定時器（Timer）、PerformSelector
GCD Async Main Queue
事件響應、手勢識別、界面刷新
網(wǎng)絡請求
AutoreleasePool

如果沒有RunLoop

int main(int argc, char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
    }
    return 0;
}

UIApplicationMain 函數(shù)執(zhí)行完畢之后將直接返回，就是說程序一啟動然后就結(jié)束

如果有了RunLoop


int main(int argc, char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
    }
}
*****************************
偽代碼
*****************************
int main(int argc, char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        int retVal = 0;
        do {
            //睡眠中等待消息
            int message = sleep_and_wait();
            //處理消息
            retVal = process_message(message);
        }while (0 == retVal);
        return  0;
    }
}
  • 程序并不會馬上退出，而是保持運行狀態(tài)
  • RunLoop的基本作用
    保持程序的持續(xù)運行
    處理App中的各種事件（比如觸摸事件、定時器事件等）
    節(jié)省CPU資源，提高程序性能：該做事時做事，該休息時休息
    ......

RunLoop對象

蘋果官方文檔
https://developer.apple.com/library/mac/documentation/Cocoa/Conceptual/Multithreading/RunLoopManagement/RunLoopManagement.html

  • iOS中有2套API來訪問和使用RunLoop
    Foundation：NSRunLoop
    Core Foundation：CFRunLoopRef

  • NSRunLoop和CFRunLoopRef都代表著RunLoop對象
    NSRunLoop是基于CFRunLoopRef的一層OC包裝
    CFRunLoopRef是開源的
    https://opensource.apple.com/tarballs/CF/

RunLoop與線程的關系

static CFMutableDictionaryRef __CFRunLoops = NULL;

CF_EXPORT CFRunLoopRef _CFRunLoopGet0(pthread_t t) {
  ....
 if (!__CFRunLoops) {
****************************
主線程的RunLoop
****************************
    CFMutableDictionaryRef dict = CFDictionaryCreateMutable(kCFAllocatorSystemDefault, 0, NULL, &kCFTypeDictionaryValueCallBacks);
    CFRunLoopRef mainLoop = __CFRunLoopCreate(pthread_main_thread_np());
    CFDictionarySetValue(dict, pthreadPointer(pthread_main_thread_np()), mainLoop);
    }
...
****************************
根據(jù)線程key獲取loop對象
****************************
    CFRunLoopRef loop = (CFRunLoopRef)CFDictionaryGetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t));
    __CFUnlock(&loopsLock);
    if (!loop) {
****************************
沒有找到loop對象就創(chuàng)建新的newLoop
****************************
    CFRunLoopRef newLoop = __CFRunLoopCreate(t);
        __CFLock(&loopsLock);
    loop = (CFRunLoopRef)CFDictionaryGetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t));
    if (!loop) {
****************************
保存newLoop到__CFRunLoops的全局字典中
****************************
        CFDictionarySetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t), newLoop);
        loop = newLoop;
    }
     ...
    }
   ....
    return loop;
}

1.每條線程都有唯一的一個與之對應的RunLoop對象。
2.RunLoop保存在一個全局的Dictionary里，線程作為key，RunLoop作為value
3.RunLoop在第一次獲取時創(chuàng)建，在線程結(jié)束時銷毀。
4.主線程的RunLoop已經(jīng)自動獲?。▌?chuàng)建），子線程默認沒有開啟RunLoop。

獲取RunLoop對象

  • Foundation
[NSRunLoop currentRunLoop]; // 獲得當前線程的RunLoop對象
[NSRunLoop mainRunLoop]; // 獲得主線程的RunLoop對象
  • Core Foundation
CFRunLoopGetCurrent(); // 獲得當前線程的RunLoop對象
CFRunLoopGetMain(); // 獲得主線程的RunLoop對象

RunLoop相關的類

struct __CFRunLoop {
   ...
    pthread_t _pthread;
    CFMutableSetRef _commonModes;
    CFMutableSetRef _commonModeItems;
    CFRunLoopModeRef _currentMode;
    CFMutableSetRef _modes;
   ....
};

struct __CFRunLoopMode {
...
    CFStringRef _name;
    CFMutableSetRef _sources0;
    CFMutableSetRef _sources1;
    CFMutableArrayRef _observers;
    CFMutableArrayRef _timers;
....
};


CFRunLoopModeRef

  • CFRunLoopModeRef代表RunLoop的運行模式
  • 一個RunLoop包含若干個Mode，每個Mode又包含若干個Source0/Source1/Timer/Observer
  • RunLoop啟動時只能選擇其中一個Mode，作為currentMode
  • 如果需要切換Mode，只能退出當前Loop，再重新選擇一個Mode進入
    不同組的Source0/Source1/Timer/Observer能分隔開來，互不影響
  • 如果Mode里沒有任何Source0/Source1/Timer/Observer，RunLoop會立馬退出

CFRunLoopModeRef
kCFRunLoopDefaultMode：App的默認Mode，通常主線程是在這個Mode下運行
UITrackingRunLoopMode：界面跟蹤 Mode，用于 ScrollView 追蹤觸摸滑動，保證界面滑動時不受其他 Mode 影響
UIInitializationRunLoopMode: 在剛啟動 App 時第進入的第一個 Mode，啟動完成后就不再使用
GSEventReceiveRunLoopMode: 接受系統(tǒng)事件的內(nèi)部 Mode，通常用不到
kCFRunLoopCommonModes: 這是一個占位用的Mode，不是一種真正的Mode

CFRunLoopObserverRef
CFRunLoopObserverRef是觀察者，能夠監(jiān)聽RunLoop的狀態(tài)改變。

/* Run Loop Observer Activities */
typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
    kCFRunLoopEntry = (1UL << 0),                 即將進入loop
    kCFRunLoopBeforeTimers = (1UL << 1),          即將處理Timer
    kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2),         即將處理Source
    kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5),         即將進入休眠
    kCFRunLoopAfterWaiting = (1UL << 6),          剛從休眠中喚醒
    kCFRunLoopExit = (1UL << 7),                  即將退出loop
    kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU
};

示例

@interface ViewController ()
@end

@implementation ViewController
void observeRunLoopActicities(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity, void *info)
{
    switch (activity) {
        case kCFRunLoopEntry:
            NSLog(@"kCFRunLoopEntry");
            break;
        case kCFRunLoopBeforeTimers:
            NSLog(@"kCFRunLoopBeforeTimers");
            break;
        case kCFRunLoopBeforeSources:
            NSLog(@"kCFRunLoopBeforeSources");
            break;
        case kCFRunLoopBeforeWaiting:
            NSLog(@"kCFRunLoopBeforeWaiting");
            break;
        case kCFRunLoopAfterWaiting:
            NSLog(@"kCFRunLoopAfterWaiting");
            break;
        case kCFRunLoopExit:
            NSLog(@"kCFRunLoopExit");
            break;
        default:
            break;
    }
}

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
     //創(chuàng)建Observer
    CFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreate(kCFAllocatorDefault, kCFRunLoopAllActivities, YES, 0, observeRunLoopActicities, NULL);
    // 添加Observer到RunLoop中
    CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetMain(), observer, kCFRunLoopCommonModes);
    // 釋放
    CFRelease(observer);
}

kCFRunLoopCommonModes默認包括kCFRunLoopDefaultMode、UITrackingRunLoopMode

RunLoop的運行邏輯

  • Source0
    觸摸事件處理
    performSelector:onThread:

  • Source1
    基于Port的線程間通信
    系統(tǒng)事件捕捉

  • Timers
    NSTimer
    performSelector:withObject:afterDelay:

  • Observers
    用于監(jiān)聽RunLoop的狀態(tài)
    UI刷新（BeforeWaiting）
    Autorelease pool（BeforeWaiting）

RunLoop源碼分析

如下方法中設置斷點，然后點擊設備屏幕

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event{
}

查看堆棧調(diào)用信息

(lldb) bt
  ...
    frame #10: 0x00000001bb51c958 CoreFoundation`__CFRunLoopDoSource0 + 80
    frame #11: 0x00000001bb51c0f0 CoreFoundation`__CFRunLoopDoSources0 + 180
    frame #12: 0x00000001bb51723c CoreFoundation`__CFRunLoopRun + 1080
    frame #13: 0x00000001bb516adc CoreFoundation`CFRunLoopRunSpecific + 464
    ...
(lldb)

可以看到RunLoop是從CFRunLoopRunSpecific函數(shù)開始的

SInt32 CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopRef rl, CFStringRef modeName, CFTimeInterval seconds, Boolean returnAfterSourceHandled) {     /* DOES CALLOUT */
...
****************************
通知Observers ： 進入RunLoop
****************************
   __CFRunLoopDoObservers(rl, currentMode, kCFRunLoopEntry);
****************************
具體要做的事情
****************************
result = __CFRunLoopRun(rl, currentMode, seconds, returnAfterSourceHandled, previousMode);
****************************
通知Observers ： 退出RunLoop
****************************
__CFRunLoopDoObservers(rl, currentMode, kCFRunLoopExit);
...
    return result;
}

由于源碼過于復雜，就不貼出來了，大家可以自己下載源碼去看

RunLoop休眠的實現(xiàn)原理

static int32_t __CFRunLoopRun(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopModeRef rlm, CFTimeInterval seconds, Boolean stopAfterHandle, CFRunLoopModeRef previousMode) {
  if (NULL != reply) {
            (void)mach_msg(reply, MACH_SEND_MSG, reply->msgh_size, 0, MACH_PORT_NULL, 0, MACH_PORT_NULL);
            CFAllocatorDeallocate(kCFAllocatorSystemDefault, reply);
        }
}

RunLoop在實際開中的應用

  • 控制線程生命周期（線程?；睿?/strong>
    示例：
@interface NJFThread : NSThread
@end

@implementation NJFThread

- (void)dealloc
{
    NSLog(@"%s", __func__);
}

@end

@interface ViewController ()
@property (strong, nonatomic) NJFThread *thread;
@property (assign, nonatomic, getter=isStoped) BOOL stopped;
@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    __weak typeof(self) weakSelf = self;
    self.stopped = NO;
    self.thread = [[NJFThread alloc] initWithBlock:^{
        NSLog(@"%@----begin----", [NSThread currentThread]);
        ***************************************
         往RunLoop里面添加Source\Timer\Observer
        ***************************************
        [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:[[NSPort alloc] init] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
        while (weakSelf && !weakSelf.isStoped) {
            [[NSRunLoop currentRunLoop] runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate:[NSDate distantFuture]];
        }
        NSLog(@"%@----end----", [NSThread currentThread]);
    }];
    [self.thread start];
}

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event
{
    if (!self.thread) return;
    [self performSelector:@selector(test) onThread:self.thread withObject:nil waitUntilDone:NO];
}

// 子線程需要執(zhí)行的任務
- (void)test
{
    NSLog(@"%s %@", __func__, [NSThread currentThread]);
}

- (IBAction)stop {
    if (!self.thread) return;
    ***************************************
    在子線程調(diào)用stop（waitUntilDone設置為YES，代表子線程的代碼執(zhí)行完畢后，這個方法才會往下走）
    ***************************************
    [self performSelector:@selector(stopThread) onThread:self.thread withObject:nil waitUntilDone:YES];
}

// 用于停止子線程的RunLoop
- (void)stopThread
{
    // 設置標記為YES
    self.stopped = YES;
    // 停止RunLoop
    CFRunLoopStop(CFRunLoopGetCurrent());
    NSLog(@"%s %@", __func__, [NSThread currentThread]);
    // 清空線程
    self.thread = nil;
}

- (void)dealloc
{
    NSLog(@"%s", __func__);
    [self stop];
}

@end

OC封裝

typedef void (^NJFPermenantThreadTask)(void);

@interface NJFPermenantThread : NSObject

/**
 開啟線程
 */
//- (void)run;

/**
 在當前子線程執(zhí)行一個任務
 */
- (void)executeTask:(NJFPermenantThreadTask)task;

/**
 結(jié)束線程
 */
- (void)stop;

@end

@interface NJFThread : NSThread
@end
@implementation NJFThread
- (void)dealloc
{
    NSLog(@"%s", __func__);
}
@end

/** NJFPermenantThread **/
@interface NJFPermenantThread()
@property (strong, nonatomic) NJFThread *innerThread;
@property (assign, nonatomic, getter=isStopped) BOOL stopped;
@end

@implementation NJFPermenantThread
#pragma mark - public methods
- (instancetype)init
{
    if (self = [super init]) {
        self.stopped = NO;
        
        __weak typeof(self) weakSelf = self;
        
        self.innerThread = [[NJFThread alloc] initWithBlock:^{
             NSLog(@"%@----begin----", [NSThread currentThread]);
            [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:[[NSPort alloc] init] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
            
            while (weakSelf && !weakSelf.isStopped) {
                [[NSRunLoop currentRunLoop] runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate:[NSDate distantFuture]];
            }
            NSLog(@"%@----end----", [NSThread currentThread]);
            
        }];
        
        [self.innerThread start];
    }
    return self;
}

//- (void)run
//{
//    if (!self.innerThread) return;
//
//    [self.innerThread start];
//}

- (void)executeTask:(NJFPermenantThreadTask)task
{
    if (!self.innerThread || !task) return;
    
    [self performSelector:@selector(__executeTask:) onThread:self.innerThread withObject:task waitUntilDone:NO];
}

- (void)stop
{
    if (!self.innerThread) return;
    
    [self performSelector:@selector(__stop) onThread:self.innerThread withObject:nil waitUntilDone:YES];
}

- (void)dealloc
{
    NSLog(@"%s", __func__);
    
    [self stop];
}

#pragma mark - private methods
- (void)__stop
{
    self.stopped = YES;
    CFRunLoopStop(CFRunLoopGetCurrent());
    self.innerThread = nil;
}

- (void)__executeTask:(NJFPermenantThreadTask)task
{
    task();
}

@end

C的封裝

#import "NJFPermenantThread.h"

/** NJFThread **/
@interface NJFThread : NSThread
@end
@implementation NJFThread
- (void)dealloc
{
    NSLog(@"%s", __func__);
}
@end

/** NJFPermenantThread **/
@interface NJFPermenantThread()
@property (strong, nonatomic) NJFThread *innerThread;
@end

@implementation NJFPermenantThread
#pragma mark - public methods
- (instancetype)init
{
    if (self = [super init]) {
        self.innerThread = [[NJFThread alloc] initWithBlock:^{
            NSLog(@"begin----");
            // 創(chuàng)建上下文（要初始化一下結(jié)構(gòu)體）
            CFRunLoopSourceContext context = {0};
            // 創(chuàng)建source
            CFRunLoopSourceRef source = CFRunLoopSourceCreate(kCFAllocatorDefault, 0, &context);
            // 往Runloop中添加source
            CFRunLoopAddSource(CFRunLoopGetCurrent(), source, kCFRunLoopDefaultMode);
            // 銷毀source
            CFRelease(source);
            // 啟動
            CFRunLoopRunInMode(kCFRunLoopDefaultMode, 1.0e10, false);
            NSLog(@"end----");
        }];
        
        [self.innerThread start];
    }
    return self;
}

//- (void)run
//{
//    if (!self.innerThread) return;
//
//    [self.innerThread start];
//}

- (void)executeTask:(NJFPermenantThreadTask)task
{
    if (!self.innerThread || !task) return;
    
    [self performSelector:@selector(__executeTask:) onThread:self.innerThread withObject:task waitUntilDone:NO];
}

- (void)stop
{
    if (!self.innerThread) return;
    [self performSelector:@selector(__stop) onThread:self.innerThread withObject:nil waitUntilDone:YES];
}

- (void)dealloc
{
    NSLog(@"%s", __func__);
    [self stop];
}

#pragma mark - private methods
- (void)__stop
{
    CFRunLoopStop(CFRunLoopGetCurrent());
    self.innerThread = nil;
}

- (void)__executeTask:(NJFPermenantThreadTask)task
{
    task();
}

@end

  • 解決NSTimer在滑動時停止工作的問題

  • 監(jiān)控應用卡頓

  • 性能優(yōu)化

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