一、概念

RunLoop是通過內(nèi)部維護(hù)的事件循環(huán)來對(duì)事件/消息進(jìn)行管理的一個(gè)對(duì)象。

問題1：什么是事件循環(huán)

解釋：

• 沒有消息需要處理時(shí)，休眠以避免資源占用。

  
  
  圖1 線程狀態(tài)切換

• 有消息處理時(shí)，立刻被喚醒。

  
  
  圖2 線程狀態(tài)切換

備注：
內(nèi)核態(tài)：在一個(gè)進(jìn)程中，如果有系統(tǒng)調(diào)用，此時(shí)進(jìn)程處于內(nèi)核態(tài)；系統(tǒng)操作包括：執(zhí)行文件操作，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)發(fā)送等操作，此時(shí)特權(quán)級(jí)別比較高，0級(jí)。

用戶態(tài)：當(dāng)一個(gè)進(jìn)程執(zhí)行用戶自己的代碼時(shí)，處于用戶態(tài)，此時(shí)特權(quán)級(jí)別比較低，3級(jí)。

小結(jié)：
所有用戶程序都是運(yùn)行在用戶態(tài)的, 但是有時(shí)候程序確實(shí)需要做一些內(nèi)核態(tài)的事情, 例如執(zhí)行文件操作，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)發(fā)送等操作。
而唯一可以做這些事情的就是操作系統(tǒng), 所以此時(shí)程序就需要先操作系統(tǒng)請(qǐng)求以程序的名義來執(zhí)行這些操作。

以下是操作系統(tǒng)內(nèi)存空間分布圖：

操作系統(tǒng)分布圖

問題2：為什么main函數(shù)能夠保證不退出

解釋：
1、在main函數(shù)當(dāng)中，調(diào)用了UIApplicationMain函數(shù)。
2、UIApplicationMain函數(shù)會(huì)啟動(dòng)主線程的runloop。
3、runloop是一個(gè)通過事件循環(huán)處理事件/消息的對(duì)象，可以做到“有事做的時(shí)候去做事，沒事做的時(shí)候從用戶態(tài)切換到內(nèi)核態(tài)，避免資源的占用，當(dāng)前線程是處于一個(gè)休眠狀態(tài)”。

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

二、runloop數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相關(guān)

2.1、runloop相關(guān)框架

圖3 runloop所在框架

NSRunLoop是CFRunLoop的封裝，提供了面向?qū)ο蟮腁PI。

2.2、runloop主要結(jié)構(gòu)

runloop相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

• CFRunLoop
• CFRunLoopMode
• Source/Timer/Observer

2.2.1、CFRunLoop

主要包含5個(gè)部分

• pthread
  和線程一一對(duì)應(yīng)(RunLoop和線程關(guān)系)

• currentMode
  CFRunLoopMode類型

• modes
  NSMutableSet<CFRunLoopMode*>
  mode有多個(gè)類型

  • NSDefaultRunLoopMode
    默認(rèn)mode模型、主線程就在這個(gè)模型下
  • UITrackingRunLoopMode
    界面跟蹤mode、滑動(dòng)列表界面
  • NSRunLoopCommonModes
    CommonMode不是實(shí)際存在的一種Mode。
    是同步Source/Timer/Observer到多個(gè)Model中的一種技術(shù)方案。
  • UIInitializationRunLoopMode
    初始化mode(沒用過)
  • GSEventReceiveRunLoopMode
    系統(tǒng)內(nèi)部mode(沒用過)

• commonModes
  NSMutableSet<NSString*>
  被打上“common”標(biāo)記的mode的名稱集合 == NSDefaultRunLoopMode + UITrackingRunLoopMode

• cmomonModelItems
  Source/Timer/Observer
  如果當(dāng)前模式是commonModes，則會(huì)處理cmomonModelItems里面的 Source/Timer/Observer事件。

問題3：RunLoop和線程之間的關(guān)系

解釋：
1、線程和RunLoop之間的關(guān)系是一一對(duì)應(yīng)的。
2、主線程的RunLoop是默認(rèn)開啟的，子線程的RunLoop是默認(rèn)不開啟的。
3、子線程的RunLoop在你主動(dòng)獲取的情況下，才會(huì)創(chuàng)建。
子線程的RunLoop在線程結(jié)束時(shí)，才會(huì)銷毀
主線程除外。

問題4：commonModes的作用

解釋：

• CommonMode不是實(shí)際存在的一種Mode。
• 是同步Source/Timer/Observer到多個(gè)Model中的一種技術(shù)方案。

2.2.2、CFRunLoopMode

主要包含以下部分：

• name
  名稱、默認(rèn)是NSDefaultRunLoopMode。
• source0
  NSMutableSet
• source1
  NSMutableSet
• observers
  NSMutableArray
• timers
  NSMutableArray

2.2.3、CFRunLoopSource

• source0
  需要手動(dòng)喚醒線程
• source1
  具備喚醒線程的能力

問題5：source0和source1有什么樣的區(qū)別

解釋
source0需要手動(dòng)喚醒線程。
source1具備喚醒線程的能力。

2.2.3、CFRunLoopTimer

基于事件的定時(shí)器
和NSTimer是toll-free bridged (免費(fèi)橋轉(zhuǎn)換)。

2.2.4、CFRunLoopObserver

觀測(cè)時(shí)間點(diǎn)(共6中狀態(tài))

• kCFRunLoopEntry
  即將進(jìn)入Loop
• kCFRunLoopBeforeTimers
  即將處理 Timer
• kCFRunLoopBeforeSources
  即將處理 Source
• kCFRunLoopBeforeWaiting
  即將進(jìn)入休眠
• kCFRunLoopAfterWaiting
  剛從休眠中喚醒
• kCFRunLoopExit
  即將退出Loop

2.2.5、各個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系

圖4 RunLoop結(jié)構(gòu)關(guān)系

問題6 RunLoop、Model、Source/Timer/Observer關(guān)系

解釋
RunLoop和Model是一對(duì)多的關(guān)系(從CFRunLoop的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)modes)。
Model和Source/Timer/Observer是一對(duì)多的關(guān)系。

問題7 RunLoop為什么有多個(gè)Model

解釋
這樣設(shè)計(jì)的原因是為了起到事件屏蔽的效果。

圖5 Model

2.2.6、CommonMode的特殊性

在ios上對(duì)應(yīng)的是NSRunLoopCommonModes。

• CommonMode不是實(shí)際存在的一種Mode。
• 是同步Source/Timer/Observer到多個(gè)Model中的一種技術(shù)方案。

三、事件循環(huán)機(jī)制(內(nèi)部邏輯)

3.1、整體流程

圖6 事件循環(huán)

1、在RunLoop啟動(dòng)后，會(huì)發(fā)送一個(gè)通知，告知Observer觀察者。
2、將要處理Timer/Source0事件，會(huì)發(fā)送一個(gè)通知，告知Observer觀察者。
3、處理Source0事件。
4、如果有Source1要處理，會(huì)跳過當(dāng)前流程，到第8步。
5、沒有Source1要處理，線程將要休眠，發(fā)送通知。
6、休眠，等待喚醒。
7、線程剛被喚醒。
8、處理喚醒時(shí)收到的消息。

問題8 當(dāng)一個(gè)處于休眠狀態(tài)RunLoop通過哪些事件喚醒它

解釋

• Source1回調(diào)
• Timer事件
• 外部手動(dòng)喚醒

小結(jié)：

點(diǎn)擊App圖標(biāo)，從程序啟動(dòng)、運(yùn)行、退出這個(gè)過程講解，系統(tǒng)都發(fā)生了什么？

解釋
1、程序啟動(dòng)后，調(diào)用main函數(shù)后，會(huì)調(diào)用UIApplicationmain，這UIApplicationmain函數(shù)內(nèi)部會(huì)啟動(dòng)主線程的RunLoop。經(jīng)過一系列處理，最終主線程RunLoop處于休眠狀態(tài)。
2、此時(shí)，點(diǎn)擊一個(gè)屏幕，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)mach_port，基于mach_port最終會(huì)轉(zhuǎn)換成一個(gè)Source1，然后可以喚醒主線程，運(yùn)行處理事件。
3、當(dāng)把程序殺死時(shí)候，就會(huì)發(fā)生退出RunLoop，發(fā)送通知即將退出RunLoop，RunLoop退出后，線程也就銷毀掉了。

3.2、RunLoop核心

圖7 RunLoop核心

1、在main函數(shù)中，經(jīng)過一系列處理，會(huì)調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)mach_msg()，就發(fā)生了系統(tǒng)調(diào)用，這樣會(huì)從用戶態(tài)到核心態(tài)
2、在核心態(tài)下面，在一定條件下(Source1/Timer/外部手動(dòng)喚醒)，mach_msg()，會(huì)返回給調(diào)用方，也就是程序從核心態(tài)到用戶態(tài)。

四、RunLoop與NSTimer

問題9 滑動(dòng)TableView的時(shí)候我們的定時(shí)器還會(huì)生效嗎？

不會(huì)生效
原因：
1、當(dāng)我們滑動(dòng)scrollView時(shí)，主線程的RunLoop 會(huì)切換到UITrackingRunLoopMode這個(gè)Mode，執(zhí)行的也是UITrackingRunLoopMode下的任務(wù)（Mode中的Source/Timer/Observer）。
2、而timer 是添加在NSDefaultRunLoopMode下的，所以timer任務(wù)并不會(huì)執(zhí)行，只有當(dāng)UITrackingRunLoopMode的任務(wù)執(zhí)行完畢，runloop切換到NSDefaultRunLoopMode后，才會(huì)繼續(xù)執(zhí)行timer。

解決問題：
我們只需要在添加timer 時(shí)，將mode 設(shè)置為NSRunLoopCommonModes即可。

五、RunLoop與多線程

線程和RunLoop是一一對(duì)應(yīng)的
自己創(chuàng)建的線程默認(rèn)沒有RunLoop的

問題10 怎么實(shí)現(xiàn)一個(gè)常駐線程

• 為當(dāng)前線程開啟一個(gè)RunLoop
• 向RunLoop中添加一個(gè)Port/Source等維持RunLoop的事件循環(huán)
• 啟動(dòng)該RunLoop

//創(chuàng)建線程
    HLThread *subThread = [[HLThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(subThreadEntryPoint) object:nil];
    [subThread setName:@"HLThread"];
    [subThread start];
//開啟RunLoop
    NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];
    //如果注釋了下面這一行，子線程中的任務(wù)并不能正常執(zhí)行
    [runLoop addPort:[NSMachPort port] forMode:NSRunLoopCommonModes];
    [runLoop run];

六、面試問題總結(jié)

問題11、什么是RunLoop，它是怎樣做到有事做事，沒事休息的？

1、RunLoop是一個(gè)通過內(nèi)部循環(huán)對(duì)事件/消息進(jìn)行管理的一個(gè)對(duì)象。
2、程序運(yùn)行會(huì)調(diào)用main函數(shù)，在main函數(shù)里面調(diào)用UIApplicationMain，UIApplicationMain函數(shù)會(huì)啟動(dòng)主線程的runloop。
3、runloop運(yùn)行后，會(huì)調(diào)用系統(tǒng)方法mach_msg()，會(huì)使得程序從用戶態(tài)變成核心態(tài)，此時(shí)線程處于休眠狀態(tài)。
4、當(dāng)有外界條件變化(Source/Timer/Observer)，mach_msg會(huì)使得程序從核心態(tài)變成用戶態(tài)，此時(shí)線程處于活躍狀態(tài)。

問題12、RunLoop與線程是怎么樣的關(guān)系

1、RunLoop與線程是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。
2、一個(gè)線程默認(rèn)是沒有runloop的(主線程除外)。

問題13、如何實(shí)現(xiàn)一個(gè)常駐線程

1、為當(dāng)前線程開啟一個(gè)RunLoop
2、向RunLoop中添加一個(gè)Port/Source等維持RunLoop的事件循環(huán)
3、啟動(dòng)該RunLoop

問題14、怎樣保證子線程數(shù)據(jù)回來更新UI的時(shí)候，不打斷用戶的滑動(dòng)操作？

1、把子線程拋給主線程進(jìn)行UI更新的邏輯，可以包裝起來，提交到主線程的NSDefaultRunLoopMode模式下面。
2、因?yàn)橛脩艋瑒?dòng)操作是在UITrackingRunLoopMode模式下進(jìn)行的。

//參考代碼事件
[self.tableView performSelectorOnMainThread:@selector(setImage:) withObject:image waitUntilDone:NO modes:@[NSDefaultRunLoopMode]];