iOS之Runloop的原理探究及應用

最近研究其他知識的時候，發(fā)現(xiàn)有用到Runloop，所以特地研究下。

什么是RunLoop

RunLoop用咱們的大白話就是跑圈，官方一點叫運行循環(huán)。

作用

  1. 保持程序一直在運行著。
  2. 處理咱們App的各種事件（如觸摸事件，定時器，Selector事件）
  3. 節(jié)省CPU的資源，提高程序的性能，該干活干活，該休息休息。

講個容易理解的??。

假如我開著個寵物店，好多人都把寵物寄養(yǎng)到我的店里，所以我的店里好多的寵物，我得照顧啊，一會這個餓了，一會這個渴了。一會這個要拉，一會這個要撒。假如我是個鐵人啊，我不吃不喝就照顧他們，如果沒事了，我就休息會，如果哪個狗狗要吃飯，我就去喂它。RunLoop就像我一樣，一直的看著是不是有事件過來，過來了處理了下。沒事了休息。

如果沒有RunLoop

如果沒有RunLoop，return 0 之后程序就結(jié)束了。iOS其實在UIApplicationMain里開啟了一個RunLoop保證程序不死。

int main(int argc, char * argv[]) {
//    @autoreleasepool {
//        return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
//    }
    
    NSLog(@"我在執(zhí)行");
    return 0;
    
}

如果有了RunLoop

do-while循環(huán)一直的運行，所以不會走到return。runLoop就是這樣做的。

int main(int argc, char * argv[]) {
//    @autoreleasepool {
//        return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
//    }
    
    BOOL run = YES;
    do {
        //執(zhí)行各種任務，處理各種事件
        
    } while (run);
    
    return 0;
    
}

main函數(shù)中的RunLoop

UIApplicationMain函數(shù)內(nèi)部會啟動一個RunLoop，所以一直沒有return。保持了程序持續(xù)的運行。

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

RunLoop對象

iOS中有2套API來訪問和使用RunLoop
一套是Fundation(純OC的)框架中的NSRunLoop
一套是Core Fundation(純C語言的)框架中的CFRunLoopRef, http://opensource.apple.com/tarballs/CF/

NSRunLoop是基于CFRunLoopRef的一層OC包裝，所以要了解RunLoop內(nèi)部結(jié)構(gòu)，需要多研究CFRunLoopRef層面的API（Core Foundation層面）

RunLoop與線程

  • 每條線程都有唯一的一個與之對應的RunLoop對象

  • 主線程的Runloop系統(tǒng)已經(jīng)自動創(chuàng)建好了,子線程的RunLoop需要手動創(chuàng)建

  • RunLoop在第一次獲取時創(chuàng)建，在線程結(jié)束時銷毀

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()。 這兩個函數(shù)內(nèi)部的邏輯大概是下面這樣:

/// 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 對應的 RunLoop。
CFRunLoopRef _CFRunLoopGet(pthread_t thread) {
    OSSpinLockLock(&loopsLock);
    
    if (!loopsDic) {
        // 第一次進入時，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)，當線程銷毀時，順便也銷毀其對應的 RunLoop。
        _CFSetTSD(..., thread, loop, __CFFinalizeRunLoop);
    }
    
    OSSpinLockUnLock(&loopsLock);
    return loop;
}
 
CFRunLoopRef CFRunLoopGetMain() {
    return _CFRunLoopGet(pthread_main_thread_np());
}
 
CFRunLoopRef CFRunLoopGetCurrent() {
    return _CFRunLoopGet(pthread_self());
}

從上面的代碼可以看出，線程和 RunLoop 之間是一一對應的，其關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）

獲得RunLoop對象

RunLoop對象是不讓創(chuàng)建的，如 alloc，只能通過類方法獲取，內(nèi)部實現(xiàn)是一個懶加載，如果對象為nil，就創(chuàng)建，如果不是nil就返回當前對象。

//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相關類

Core Fundation中關于RunLoop的5個類

  • CFRunLoopRef: RunLoop對象

  • CFRunLoopModeRef: RunLoop運行模式.

  • CFRunLoopSoruceRef: 事件源(輸入源)

  • CFRunLoopTimerRef:基于時間的觸發(fā)器.

  • CFRunLoopObserverRef: 觀察者,能夠監(jiān)聽RunLoop的狀態(tài)改變

CFRunLoopModeRef

1835430-1a9ffd190ef7c73b.png

  • 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Source/Timer/Observer

  • 每次RunLoop啟動時，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的類型

系統(tǒng)默認注冊了5個Mode:我們一般就使用kCFRunLoopDefaultMode，UITrackingRunLoopMode，kCFRunLoopCommonModes其他的基本用不到。

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

CFRunLoopSourceRef

Source0：非基于Prot(端口)的,是用戶主動觸發(fā)的事件,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。
Source1：基于Prot(端口)的,通過內(nèi)核和其他線程相互發(fā)送消息

CFRunLoopTimerRef

是基于時間的觸發(fā)器，基本上說的就是NSTimer 。其包含一個時間長度和一個回調(diào)（函數(shù)指針）。當其加入到 RunLoop 時，RunLoop會注冊對應的時間點，當時間點到時，RunLoop會被喚醒以執(zhí)行那個回調(diào)

CFRunLoopObserverRef

CFRunLoopObserverRef 是觀察者，每個 Observer 都包含了一個回調(diào)（函數(shù)指針），當 RunLoop 的狀態(tài)發(fā)生變化時，觀察者就能通過回調(diào)接受到這個變化。可以觀測的時間點有以下幾個：

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
};

上面的 Source/Timer/Observer 被統(tǒng)稱為 mode item，一個 item 可以被同時加入多個 mode。但一個 item 被重復加入同一個 mode 時是不會有效果的。如果一個 mode 中一個 item 都沒有，則 RunLoop 會直接退出，不進入循環(huán)。

RunLoop處理邏輯

RunLoop_1.png
圖片 1.png
/// 用DefaultMode啟動
void CFRunLoopRun(void) {
    CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopGetCurrent(), kCFRunLoopDefaultMode, 1.0e10, false);
}
 
/// 用指定的Mode啟動，允許設置RunLoop超時時間
int CFRunLoopRunInMode(CFStringRef modeName, CFTimeInterval seconds, Boolean stopAfterHandle) {
    return CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopGetCurrent(), modeName, seconds, returnAfterSourceHandled);
}
 
/// RunLoop的實現(xiàn)
int CFRunLoopRunSpecific(runloop, modeName, seconds, stopAfterHandle) {
    
    /// 首先根據(jù)modeName找到對應mode
    CFRunLoopModeRef currentMode = __CFRunLoopFindMode(runloop, modeName, false);
    /// 如果mode里沒有source/timer/observer, 直接返回。
    if (__CFRunLoopModeIsEmpty(currentMode)) return;
    
    /// 1. 通知 Observers: RunLoop 即將進入 loop。
    __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopEntry);
    
    /// 內(nèi)部函數(shù)，進入loop
    __CFRunLoopRun(runloop, currentMode, seconds, returnAfterSourceHandled) {
        
        Boolean sourceHandledThisLoop = NO;
        int retVal = 0;
        do {
 
            /// 2. 通知 Observers: RunLoop 即將觸發(fā) Timer 回調(diào)。
            __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeTimers);
            /// 3. 通知 Observers: RunLoop 即將觸發(fā) Source0 (非port) 回調(diào)。
            __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeSources);
            /// 執(zhí)行被加入的block
            __CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode);
            
            /// 4. RunLoop 觸發(fā) Source0 (非port) 回調(diào)。
            sourceHandledThisLoop = __CFRunLoopDoSources0(runloop, currentMode, stopAfterHandle);
            /// 執(zhí)行被加入的block
            __CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode);
 
            /// 5. 如果有 Source1 (基于port) 處于 ready 狀態(tài)，直接處理這個 Source1 然后跳轉(zhuǎn)去處理消息。
            if (__Source0DidDispatchPortLastTime) {
                Boolean hasMsg = __CFRunLoopServiceMachPort(dispatchPort, &msg)
                if (hasMsg) goto handle_msg;
            }
            
            /// 通知 Observers: RunLoop 的線程即將進入休眠(sleep)。
            if (!sourceHandledThisLoop) {
                __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeWaiting);
            }
            
            /// 7. 調(diào)用 mach_msg 等待接受 mach_port 的消息。線程將進入休眠, 直到被下面某一個事件喚醒。
            /// ? 一個基于 port 的Source 的事件。
            /// ? 一個 Timer 到時間了
            /// ? RunLoop 自身的超時時間到了
            /// ? 被其他什么調(diào)用者手動喚醒
            __CFRunLoopServiceMachPort(waitSet, &msg, sizeof(msg_buffer), &livePort) {
                mach_msg(msg, MACH_RCV_MSG, port); // thread wait for receive msg
            }
 
            /// 8. 通知 Observers: RunLoop 的線程剛剛被喚醒了。
            __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopAfterWaiting);
            
            /// 收到消息，處理消息。
            handle_msg:
 
            /// 9.1 如果一個 Timer 到時間了，觸發(fā)這個Timer的回調(diào)。
            if (msg_is_timer) {
                __CFRunLoopDoTimers(runloop, currentMode, mach_absolute_time())
            } 
 
            /// 9.2 如果有dispatch到main_queue的block，執(zhí)行block。
            else if (msg_is_dispatch) {
                __CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__(msg);
            } 
 
            /// 9.3 如果一個 Source1 (基于port) 發(fā)出事件了，處理這個事件
            else {
                CFRunLoopSourceRef source1 = __CFRunLoopModeFindSourceForMachPort(runloop, currentMode, livePort);
                sourceHandledThisLoop = __CFRunLoopDoSource1(runloop, currentMode, source1, msg);
                if (sourceHandledThisLoop) {
                    mach_msg(reply, MACH_SEND_MSG, reply);
                }
            }
            
            /// 執(zhí)行加入到Loop的block
            __CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode);
            
 
            if (sourceHandledThisLoop && stopAfterHandle) {
                /// 進入loop時參數(shù)說處理完事件就返回。
                retVal = kCFRunLoopRunHandledSource;
            } else if (timeout) {
                /// 超出傳入?yún)?shù)標記的超時時間了
                retVal = kCFRunLoopRunTimedOut;
            } else if (__CFRunLoopIsStopped(runloop)) {
                /// 被外部調(diào)用者強制停止了
                retVal = kCFRunLoopRunStopped;
            } else if (__CFRunLoopModeIsEmpty(runloop, currentMode)) {
                /// source/timer/observer一個都沒有了
                retVal = kCFRunLoopRunFinished;
            }
            
            /// 如果沒超時，mode里沒空，loop也沒被停止，那繼續(xù)loop。
        } while (retVal == 0);
    }
    
    /// 10. 通知 Observers: RunLoop 即將退出。
    __CFRunLoopDoObservers(rl, currentMode, kCFRunLoopExit);
}

可以看到，實際上 RunLoop 就是這樣一個函數(shù)，其內(nèi)部是一個 do-while 循環(huán)。當你調(diào)用 CFRunLoopRun() 時，線程就會一直停留在這個循環(huán)里；直到超時或被手動停止，該函數(shù)才會返回。證明了咱們一開始的結(jié)果。

RunLoop應用

NSTimer

看我寫的這篇文章 http://www.itdecent.cn/p/19aab8570ce3

ImageView顯示

為了解決由于滑動tableview的時候給imageView賦值造成的卡頓問題，可以這樣

// 只在NSDefaultRunLoopMode模式下顯示圖片
    [self.imageView performSelector:@selector(setImage:) withObject:[UIImage imageNamed:@"placeholder"] afterDelay:3.0 inModes:@[NSDefaultRunLoopMode]];

PerformSelector

如果要用PerformSelector做延時調(diào)用，就會用到runloop，PerformSelector里面封裝的是NSTimer。

[self performSelector:@selector(run) withObject:nil afterDelay:3.0];

常駐線程

AFNetworking希望能在后臺線程接收 Delegate 回調(diào)。為此 AFNetworking 單獨創(chuàng)建了一個線程，并在這個線程中啟動了一個 RunLoop：

+ (void)networkRequestThreadEntryPoint:(id)__unused object {
    @autoreleasepool {
        [[NSThread currentThread] setName:@"AFNetworking"];
        NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];
        [runLoop addPort:[NSMachPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
        [runLoop run];
    }
}
 
+ (NSThread *)networkRequestThread {
    static NSThread *_networkRequestThread = nil;
    static dispatch_once_t oncePredicate;
    dispatch_once(&oncePredicate, ^{
        _networkRequestThread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(networkRequestThreadEntryPoint:) object:nil];
        [_networkRequestThread start];
    });
    return _networkRequestThread;
}

RunLoop 啟動前內(nèi)部必須要有至少一個 Timer/Observer/Source，所以 AFNetworking 在 [runLoop run] 之前先創(chuàng)建了一個新的 NSMachPort 添加進去了。通常情況下，調(diào)用者需要持有這個 NSMachPort (mach_port) 并在外部線程通過這個 port 發(fā)送消息到 loop 內(nèi)；但此處添加 port 只是為了讓 RunLoop 不至于退出，并沒有用于實際的發(fā)送消息。

- (void)start {
    [self.lock lock];
    if ([self isCancelled]) {
        [self performSelector:@selector(cancelConnection) onThread:[[self class] networkRequestThread] withObject:nil waitUntilDone:NO modes:[self.runLoopModes allObjects]];
    } else if ([self isReady]) {
        self.state = AFOperationExecutingState;
        [self performSelector:@selector(operationDidStart) onThread:[[self class] networkRequestThread] withObject:nil waitUntilDone:NO modes:[self.runLoopModes allObjects]];
    }
    [self.lock unlock];
}

當需要這個后臺線程執(zhí)行任務時，AFNetworking 通過調(diào)用 [NSObject performSelector:onThread:..] 將這個任務扔到了后臺線程的 RunLoop 中。

自動釋放池

1807646-dfc4e45b52f45324.png

我寫的這篇文章的自動釋放池部分，自動釋放池跟Runloop 的關系很大，http://www.itdecent.cn/p/13cbddbefa20

參考文章

YY大神的博客 http://blog.ibireme.com/2015/05/18/runloop/
孫源視頻 https://pan.baidu.com/s/1dFIfLAD

最后編輯于 ：
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