iOS RunLoop詳解

一、簡介

CFRunLoopRef源碼

RunLoop是一個對象，這個對象在循環(huán)中用來處理程序運(yùn)行過程中出現(xiàn)的各種事件（比如說觸摸事件、UI刷新事件、定時器事件、Selector事件），從而保持程序的持續(xù)運(yùn)行；而且在沒有事件處理的時候，會進(jìn)入睡眠模式，從而節(jié)省CPU資源，提高程序性能。

RunLoop的代碼邏輯：
詳細(xì)解釋請看這里

// 用DefaultMode啟動
void CFRunLoopRun(void) {    /* DOES CALLOUT */
    int32_t result;
    do {
        result = CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopGetCurrent(), kCFRunLoopDefaultMode, 1.0e10, false);
        CHECK_FOR_FORK();
    } while (kCFRunLoopRunStopped != result && kCFRunLoopRunFinished != result);
}
  1. 這種模型通常被稱作 Event Loop。 Event Loop 在很多系統(tǒng)和框架里都有實現(xiàn)，比如 Node.js 的事件處理，比如 Windows 程序的消息循環(huán)，再比如 OSX/iOS 里的 RunLoop。實現(xiàn)這種模型的關(guān)鍵點(diǎn)在于：如何管理事件/消息，如何讓線程在沒有處理消息時休眠以避免資源占用、在有消息到來時立刻被喚醒。
  1. RunLoop管理了其需要處理的事件和消息，并提供了一個入口函數(shù)來執(zhí)行上面 Event Loop 的邏輯。線程執(zhí)行了這個函數(shù)后，就會一直處于這個函數(shù)內(nèi)部 "接受消息->等待->處理" 的循環(huán)中，直到這個循環(huán)結(jié)束（比如傳入 quit 的消息），函數(shù)返回。

二、RunLoop的深入分析

1. 從程序入口main函數(shù)開始

int main(int argc, char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
    }
}

程序主線程一開始，就會一直跑，那么猜想其內(nèi)部一定是開啟了一個和主線程對應(yīng)的RunLoop
并且可以看出函數(shù)返回的是一個int返回值的 UIApplicationMain()函數(shù)

2. UIApplicationMain函數(shù)

UIKIT_EXTERN int UIApplicationMain
(int argc, 
char *argv[], 
NSString * __nullable principalClassName,
 NSString * __nullable delegateClassName
);

我們發(fā)現(xiàn)它返回的是一個int類型的值，那么我們對main函數(shù)做一些修改：

int main(int argc, char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        NSLog(@"開始");
        int re = UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
        NSLog(@"結(jié)束");
        return re;
    }
}

運(yùn)行程序，我們發(fā)現(xiàn)只會打印開始，并不會打印結(jié)束，這再次說明在UIApplicationMain函數(shù)中，開啟了一個和主線程相關(guān)的RunLoop，導(dǎo)致UIApplicationMain不會返回，一直在運(yùn)行中，也就保證了程序的持續(xù)運(yùn)行。

3. 繼續(xù)學(xué)習(xí)CFRunLoopRef

RunLoop對象包括Fundation中的NSRunLoop對象和CoreFoundation中的CFRunLoopRef對象。因為Fundation框架是基于CoreFoundation的封裝，因此我們學(xué)習(xí)RunLoop還是要研究CFRunLoopRef 源碼。

獲取RunLoop對象

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

1. 主線程獲取CFRunLoopRef源碼

 // 創(chuàng)建字典
CFMutableDictionaryRef dict = CFDictionaryCreateMutable(kCFAllocatorSystemDefault, 0, NULL, &kCFTypeDictionaryValueCallBacks);
// 創(chuàng)建主線程 根據(jù)傳入的主線程創(chuàng)建主線程對應(yīng)的RunLoop
CFRunLoopRef mainLoop = __CFRunLoopCreate(pthread_main_thread_np());
// 保存主線程 將主線程-key和RunLoop-Value保存到字典中
CFDictionarySetValue(dict, pthreadPointer(pthread_main_thread_np()), mainLoop);

2. 創(chuàng)建與子線程相關(guān)聯(lián)的CFRunLoopRe源碼
蘋果不允許直接創(chuàng)建 RunLoop，它只提供了兩個自動獲取的函數(shù)：CFRunLoopGetMain() 和 CFRunLoopGetCurrent()。

// 全局的Dictionary，key 是 pthread_t， value 是 CFRunLoopRef
static CFMutableDictionaryRef loopsDic;
// 訪問 loopsDic 時的鎖
static CFSpinLock_t loopsLock;
// 獲取一個 pthread 對應(yīng)的 RunLoop。
CFRunLoopRef _CFRunLoopGet(pthread_t thread) {
    OSSpinLockLock(&loopsLock);
    if (!loopsDic) {
        // 第一次進(jìn)入時，初始化全局Dic，并先為主線程創(chuàng)建一個 RunLoop。
        loopsDic = CFDictionaryCreateMutable();
        CFRunLoopRef mainLoop = _CFRunLoopCreate();
        CFDictionarySetValue(loopsDic, pthread_main_thread_np(), mainLoop);
    }
    // 直接從 Dictionary 里獲取。
    CFRunLoopRef loop = CFDictionaryGetValue(loopsDic, thread));
    if (!loop) {
        // 取不到時，創(chuàng)建一個
        loop = _CFRunLoopCreate();
        CFDictionarySetValue(loopsDic, thread, loop);
        // 注冊一個回調(diào)，當(dāng)線程銷毀時，順便也銷毀其對應(yīng)的 RunLoop。
        _CFSetTSD(..., thread, loop, __CFFinalizeRunLoop);
    }
    OSSpinLockUnLock(&loopsLock);
    return loop;
}
CFRunLoopRef CFRunLoopGetMain() {
    return _CFRunLoopGet(pthread_main_thread_np());
}
CFRunLoopRef CFRunLoopGetCurrent() {
    return _CFRunLoopGet(pthread_self());
}

3. CFRunloopRef與線程之間的關(guān)系

  1. 首先，iOS 開發(fā)中能遇到兩個線程對象: pthread_t 和 NSThread。過去蘋果有份文檔標(biāo)明了 NSThread 只是 pthread_t 的封裝，但那份文檔已經(jīng)失效了，現(xiàn)在它們也有可能都是直接包裝自最底層的 mach thread。蘋果并沒有提供這兩個對象相互轉(zhuǎn)換的接口，但不管怎么樣，可以肯定的是 pthread_t 和 NSThread 是一一對應(yīng)的。比如，你可以通過 pthread_main_np() 或 [NSThread mainThread] 來獲取主線程；也可以通過 pthread_self() 或 [NSThread currentThread] 來獲取當(dāng)前線程。CFRunLoop 是基于 pthread 來管理的。
  1. 從CFRunLoopRef源碼可以看出，線程和 RunLoop 之間是一一對應(yīng)的，其關(guān)系是保存在一個全局的 Dictionary 里。線程剛創(chuàng)建時并沒有 RunLoop，如果你不主動獲取，那它一直都不會有。RunLoop 的創(chuàng)建是發(fā)生在第一次獲取時，RunLoop 的銷毀是發(fā)生在線程結(jié)束時。你只能在一個線程的內(nèi)部獲取其 RunLoop（主線程除外）。
    [NSRunLoop currentRunLoop];方法調(diào)用時，會先看一下字典里有沒有存子線程相對用的RunLoop，如果有則直接返回RunLoop，如果沒有則會創(chuàng)建一個，并將與之對應(yīng)的子線程存入字典中。

. 總結(jié)來說. CFRunloopRef與線程之間的關(guān)系

  1. 線程在處理完自己的任務(wù)后一般會退出，為了實現(xiàn)線程不退出能夠隨時處理任務(wù)的機(jī)制被稱為EventLoop，node.js 的事件處理，windows程序的消息循環(huán)，iOS、OSX的RunLoop都是這種機(jī)制。
  1. 線程和RunLoop是一一對應(yīng)的，關(guān)系保存在全局的字典里。
    在主線程中，程序啟動時，系統(tǒng)默認(rèn)添加了有kCFRunLoopDefaultMode 和 UITrackingRunLoopMode兩個預(yù)置Mode的RunLoop，保證程序處于等待狀態(tài)，如果接收到來自觸摸事件等，就會執(zhí)行任務(wù)，否則處于休眠中。
  2. 線程創(chuàng)建時并沒有RunLoop，（主線程除外），RunLoop不能創(chuàng)建，只能主動獲取才會有。RunLoop的創(chuàng)建是在第一次獲取時，RunLoop的銷毀是發(fā)生在線程結(jié)束時。只能在一個線程中獲取自己和主線程的RunLoop。

Core Foundation中關(guān)于RunLoop的5個類

CFRunLoopRef  //獲得當(dāng)前RunLoop和主RunLoop
CFRunLoopModeRef  //運(yùn)行模式，只能選擇一種，在不同模式中做不同的操作
CFRunLoopSourceRef  //事件源，輸入源
CFRunLoopTimerRef //定時器時間
CFRunLoopObserverRef //觀察者

** CFRunLoopModeRef**
詳細(xì)內(nèi)容請點(diǎn)擊這里
1.簡介：

每個CFRunLoopRef 包含若干個 Mode，每個 Mode 又包含若干個 Source/Timer/Observer。每次調(diào)用 RunLoop 的主函數(shù)時，只能指定其中一個 Mode，這個Mode被稱作 CurrentMode。如果需要切換 Mode，只能退出 Loop，再重新指定一個 Mode 進(jìn)入。這樣做主要是為了分隔開不同組的 Source/Timer/Observer，讓其互不影響。

CFRunLoopModeRef 類并沒有對外暴露，只是通過 CFRunLoopRef 的接口進(jìn)行了封裝。他們的關(guān)系如下:

CFRunLoopRef獲取Mode的接口：

CFRunLoopAddCommonMode(CFRunLoopRef runloop, CFStringRef modeName);
CFRunLoopRunInMode(CFStringRef modeName, ...);

2.CFRunLoopMode的類型

  1. kCFRunLoopDefaultMode
    App的默認(rèn)Mode，通常主線程是在這個Mode下運(yùn)行
  1. 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
  2. UIInitializationRunLoopMode:
    在剛啟動 App 時第進(jìn)入的第一個 Mode，啟動完成后就不再使用
  3. GSEventReceiveRunLoopMode:
    接受系統(tǒng)事件的內(nèi)部 Mode，通常用不到
  4. kCFRunLoopCommonModes:
    這是一個占位用的Mode，作為標(biāo)記kCFRunLoopDefaultMode和UITrackingRunLoopMode用，并不是一種真正的Mode

3.CFRunLoopMode 和 CFRunLoop 的結(jié)構(gòu)

struct __CFRunLoopMode {
    CFStringRef _name;            // Mode Name, 例如 @"kCFRunLoopDefaultMode"
    CFMutableSetRef _sources0;    // Set 
    CFMutableSetRef _sources1;    // Set 
    CFMutableArrayRef _observers; // Array 
    CFMutableArrayRef _timers;    // Array 
    ...
};

struct __CFRunLoop {
    CFMutableSetRef _commonModes;     // Set 
    CFMutableSetRef _commonModeItems; // Set 
    CFRunLoopModeRef _currentMode;    // Current Runloop Mode
    CFMutableSetRef _modes;           // Set 
    ...
};

CFRunLoopSourceRef

  1. 是事件產(chǎn)生的地方。Source有兩個版本：Source0 和 Source1。
  1. Source0 只包含了一個回調(diào)（函數(shù)指針），它并不能主動觸發(fā)事件。使用時，你需要先調(diào)用 CFRunLoopSourceSignal(source)，將這個 Source 標(biāo)記為待處理，然后手動調(diào)用 CFRunLoopWakeUp(runloop) 來喚醒 RunLoop，讓其處理這個事件。
  2. Source1 包含了一個 mach_port 和一個回調(diào)（函數(shù)指針），被用于通過內(nèi)核和其他線程相互發(fā)送消息。這種 Source 能主動喚醒 RunLoop 的線程.

** CFRunLoopObserverRef**

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

我們直接來看代碼，給RunLoop添加監(jiān)聽者，監(jiān)聽其運(yùn)行狀態(tài)：

 //創(chuàng)建監(jiān)聽者
     /*
     第一個參數(shù) CFAllocatorRef allocator：分配存儲空間 CFAllocatorGetDefault()默認(rèn)分配
     第二個參數(shù) CFOptionFlags activities：要監(jiān)聽的狀態(tài) kCFRunLoopAllActivities 監(jiān)聽所有狀態(tài)
     第三個參數(shù) Boolean repeats：YES:持續(xù)監(jiān)聽 NO:不持續(xù)
     第四個參數(shù) CFIndex order：優(yōu)先級，一般填0即可
     第五個參數(shù) ：回調(diào) 兩個參數(shù)observer:監(jiān)聽者 activity:監(jiān)聽的事件
     */
     /*
     所有事件
     typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
     kCFRunLoopEntry = (1UL << 0),   //   即將進(jìn)入RunLoop
     kCFRunLoopBeforeTimers = (1UL << 1), // 即將處理Timer
     kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2), // 即將處理Source
     kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5), //即將進(jìn)入休眠
     kCFRunLoopAfterWaiting = (1UL << 6),// 剛從休眠中喚醒
     kCFRunLoopExit = (1UL << 7),// 即將退出RunLoop
     kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU
     };
     */
    CFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreateWithHandler(CFAllocatorGetDefault(), kCFRunLoopAllActivities, YES, 0, ^(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity) {
        switch (activity) {
            case kCFRunLoopEntry:
                NSLog(@"RunLoop進(jìn)入");
                break;
            case kCFRunLoopBeforeTimers:
                NSLog(@"RunLoop要處理Timers了");
                break;
            case kCFRunLoopBeforeSources:
                NSLog(@"RunLoop要處理Sources了");
                break;
            case kCFRunLoopBeforeWaiting:
                NSLog(@"RunLoop要休息了");
                break;
            case kCFRunLoopAfterWaiting:
                NSLog(@"RunLoop醒來了");
                break;
            case kCFRunLoopExit:
                NSLog(@"RunLoop退出了");
                break;

            default:
                break;
        }
    });

    // 給RunLoop添加監(jiān)聽者
    /*
     第一個參數(shù) CFRunLoopRef rl：要監(jiān)聽哪個RunLoop,這里監(jiān)聽的是主線程的RunLoop
     第二個參數(shù) CFRunLoopObserverRef observer 監(jiān)聽者
     第三個參數(shù) CFStringRef mode 要監(jiān)聽RunLoop在哪種運(yùn)行模式下的狀態(tài)
     */
    CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetCurrent(), observer, kCFRunLoopDefaultMode);
     /*
     CF的內(nèi)存管理（Core Foundation）
     凡是帶有Create、Copy、Retain等字眼的函數(shù)，創(chuàng)建出來的對象，都需要在最后做一次release
     GCD本來在iOS6.0之前也是需要我們釋放的，6.0之后GCD已經(jīng)納入到了ARC中，所以我們不需要管了
     */
    CFRelease(observer);
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