RunLoop總結與面試

時間  2019-11-08
標籤 runloop 總結 面試 欄目 快樂工作 简体版
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以前關於RunLoop只知道一點，最近花時間從新系統的學習了一下，如下是個人學習筆記及總結。有不足的部分，望大佬不吝賜教。面試

1.RunLoop 概念

計算機處理任務有進程和線程的概念，而在iOS中一個App只能開啓一個進程，可是線程能夠開啓多個。通常來說，一個線程一次只能執行一個任務，執行完成後線程就會退出。數組

當咱們須要一個常駐線程，可讓線程在須要作事的時候忙起來，不須要的話就讓線程休眠，能夠這樣作：安全

do {
   //獲取消息
   //處理消息
} while (消息 ！= 退出)
複製代碼

上面的這種循環模型被稱做 Event Loop。Event Loop 在不少系統和框架裏都有實現，如 Windows 程序的消息循環、OSX/iOS 裏的 RunLoop。bash

因此，RunLoop 實際上就是一個對象，這個對象管理了其須要處理的事件和消息，並提供了一個入口函數來執行上面 Event Loop 的邏輯。線程執行了這個函數後，就會一直處於這個函數內部 「接受消息->等待->處理」 的循環中，直到這個循環結束（好比傳入 quit 的消息），函數返回。框架

OSX/iOS 系統中，提供了兩個這樣的對象： NSRunLoop 和 CFRunLoopRefasync

屏幕快照 2019-03-28 下午4.11.13.png

  • CFRunLoopRef 是在 CoreFoundation 框架內的，它提供了純 C 函數的 API，全部這些 API 都是線程安全的。
  • NSRunLoop 是基於 CFRunLoopRef 的封裝，提供了面向對象的 API，可是這些 API 不是線程安全的。

2.RunLoop基本做用

  • 1.使程序一直運行並接受用戶輸入 程序一啓動就會開一個主線程，主線程一開起來就會跑一個主線程對應的RunLoop，RunLoop保證主線程不會被銷燬，也就保證了程序的持續運行。
  • 2.決定程序在什麼時候應該處理哪些Event 好比：觸摸事件，定時器事件，Selector事件等
  • 3.節省CPU時間 程序運行起來時，什麼操做都沒有作的時候，RunLoop就告訴CPU，如今沒有事情作，我要去休息，這時CPU就會將其資源釋放出來去作其餘的事情，當有事情作的時候RunLoop就會立馬起來去作事情

3.RunLoop與線程

蘋果不容許直接建立RunLoop，可是能夠經過[NSRunLoop currentRunLoop]或者CFRunLoopGetCurrent()來獲取（若是沒有就會自動建立一個）。函數

// 拿到當前Runloop 調用_CFRunLoopGet0
CFRunLoopRef CFRunLoopGetCurrent(void) {
    CHECK_FOR_FORK();
    CFRunLoopRef rl = (CFRunLoopRef)_CFGetTSD(__CFTSDKeyRunLoop);
    if (rl) return rl;
    return _CFRunLoopGet0(pthread_self());
}

// 查看_CFRunLoopGet0方法內部
CF_EXPORT CFRunLoopRef _CFRunLoopGet0(pthread_t t) {
    if (pthread_equal(t, kNilPthreadT)) {
	t = pthread_main_thread_np();
    }
    __CFLock(&loopsLock);
    if (!__CFRunLoops) {
        __CFUnlock(&loopsLock);
	CFMutableDictionaryRef dict = CFDictionaryCreateMutable(kCFAllocatorSystemDefault, 0, NULL, &kCFTypeDictionaryValueCallBacks);
	// 根據傳入的主線程獲取主線程對應的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);
	if (!OSAtomicCompareAndSwapPtrBarrier(NULL, dict, (void * volatile *)&__CFRunLoops)) {
	    CFRelease(dict);
	}
	CFRelease(mainLoop);
        __CFLock(&loopsLock);
    }
    
    // 從字典裏面拿，將線程做爲key從字典裏獲取一個loop
    CFRunLoopRef loop = (CFRunLoopRef)CFDictionaryGetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t));
    __CFUnlock(&loopsLock);
    
    // 若是loop爲空，則建立一個新的loop，因此runloop會在第一次獲取的時候建立
    if (!loop) {  
	CFRunLoopRef newLoop = __CFRunLoopCreate(t);
        __CFLock(&loopsLock);
	loop = (CFRunLoopRef)CFDictionaryGetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t));
	
	// 建立好以後，以線程爲key runloop爲value，一對一存儲在字典中，下次獲取的時候，則直接返回字典內的runloop
	if (!loop) { 
	    CFDictionarySetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t), newLoop);
	    loop = newLoop;
	}
        
        __CFUnlock(&loopsLock);
	CFRelease(newLoop);
    }
    if (pthread_equal(t, pthread_self())) {
        _CFSetTSD(__CFTSDKeyRunLoop, (void *)loop, NULL);
        if (0 == _CFGetTSD(__CFTSDKeyRunLoopCntr)) {
            _CFSetTSD(__CFTSDKeyRunLoopCntr, (void *)(PTHREAD_DESTRUCTOR_ITERATIONS-1), (void (*)(void *))__CFFinalizeRunLoop);
        }
    }
    return loop;
}
複製代碼

從上面的代碼能夠看出: 線程和 RunLoop 之間是一一對應的，其關係是保存在一個 Dictionary 裏。因此咱們建立子線程RunLoop時，只需在子線程中獲取當前線程的RunLoop對象便可[NSRunLoop currentRunLoop];若是不獲取，那子線程就不會建立與之相關聯的RunLoop，而且只能在一個線程的內部獲取其 RunLoop [NSRunLoop currentRunLoop];方法調用時，會先看一下字典裏有沒有存子線程相對用的RunLoop，若是有則直接返回RunLoop，若是沒有則會建立一個，並將與之對應的子線程存入字典中。當線程結束時，RunLoop會被銷燬。oop

總結：post

線程和 RunLoop 之間是一一對應的；其關係保存在一個全局的 Dictionary 裏，線程做爲key,RunLoop做爲value；線程建立以後是沒有RunLoop的（主線程除外）；RunLoop在第一次獲取時建立，在線程結束時銷燬。學習

4.RunLoop 主要組成

  • RunLoop 有5個類
  • CFRunLoopRef
  • CFRunLoopModeRef
  • CFRunLoopSourceRef
  • CFRunLoopTimerRef
  • CFRunLoopObserverRef

關係以下：

RunLoop 內部關係1

RunLoop 內部關係2

一個 RunLoop 包含若干個 Mode，每一個 Mode 又包含若干個 Source/Timer/Observer。每次調用 RunLoop 的主函數時，只能指定其中一個 Mode，這個Mode被稱做 CurrentMode。若是須要切換 Mode，只能退出 RunLoop，再從新指定一個 Mode 進入。這樣作主要是爲了分隔開不一樣組的 Source/Timer/Observer，讓其互不影響。

4.1 CFRunLoopMode

CFRunLoopMode 結構大體以下：

struct __CFRunLoopMode {
    CFStringRef _name;            // mode名稱
    CFMutableSetRef _sources0;    // sources0
    CFMutableSetRef _sources1;    // sources1
    CFMutableArrayRef _observers; // 通知
    CFMutableArrayRef _timers;    // 定時器
    __CFPortSet _portSet;  // 保存全部須要監聽的port，好比 _wakeUpPort，_timerPort都保存在這個數組中
};
複製代碼

一個CFRunLoopMode對象有一個name，若干source0、source一、timer、observer和若干port，可見事件都是由Mode在管理，而RunLoop管理Mode。

特性

  • RunLoop在同一段時間只能且必須在一種特定Mode下Run
  • 更換Mode時，須要中止當前Loop，而後重啓新Loop
  • Mode是iOS App滑動順暢的關鍵

蘋果文檔中提到的 Mode 有五個，分別是：

  • NSDefaultRunLoopMode：App的默認Mode，一般主線程是在這個Mode下運行；
  • NSConnectionReplyMode
  • NSModalPanelRunLoopMode
  • NSEventTrackingRunLoopMode
  • NSRunLoopCommonModes

iOS 中公開暴露出來的只有 NSDefaultRunLoopMode 和 NSRunLoopCommonModes。 NSRunLoopCommonModes 其實是一個 Mode 的集合，默認包括 NSDefaultRunLoopMode 和 NSEventTrackingRunLoopMode（注意：並非說Runloop會運行在kCFRunLoopCommonModes這種模式下，而是至關於分別註冊了 NSDefaultRunLoopMode和 UITrackingRunLoopMode。固然你也能夠經過調用CFRunLoopAddCommonMode()方法將自定義Mode放到 kCFRunLoopCommonModes組合）。

4.2 CFRunLoopTimer

是基於時間的觸發器，基本上說的就是NSTimer，它受RunLoop的Mode影響（GCD的定時器不受RunLoop的Mode影響），當其加入到 RunLoop 時，RunLoop會註冊對應的時間點，當時間點到時，RunLoop會被喚醒以執行那個回調。若是線程阻塞或者不在這個Mode下，觸發點將不會執行，一直等到下一個週期時間點觸發。

特性：

  • CFRunLoopTimer 是定時器，能夠在設定的時間點拋出回調
  • CFRunLoopTimer和NSTimer是toll-free bridged的，能夠相互轉換

RunLoopTimer的封裝

+ (NSTimer *)timerWithTimeInterval:(NSTimeInterval)ti   
invocation:(NSInvocation *)invocation repeats:(BOOL)yesOrNo;
+ (NSTimer *)scheduledTimerWithTimeInterval:(NSTimeInterval)ti 
 invocation:(NSInvocation *)invocation repeats:(BOOL)yesOrNo;

- (void)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(id)anArgument  
 afterDelay:(NSTimeInterval)delay inModes:(NSArray *)modes;

+ (CADisplayLink *)displayLinkWithTarget:(id)target selector:(SEL)sel;
- (void)addToRunLoop:(NSRunLoop *)runloop forMode:(NSString *)mode;
複製代碼

4.3 CFRunLoopSource

CFRunLoopSourceRef是事件源（輸入源），定義了兩個Version的Source:

  • Source0：處理App內部事件、App本身負責管理（觸發），如UIEvent、CFSocket。 source0是非基於Port的。只包含了一個回調（函數指針），它並不能主動觸發事件。使用時，你須要先調用 CFRunLoopSourceSignal(source)，將這個 Source 標記爲待處理，而後手動調用 CFRunLoopWakeUp(runloop) 來喚醒 RunLoop，讓其處理這個事件。

  • Source1：由RunLoop和內核管理，Mach port驅動，如CFMachPort、CFMessagePort。 包含了一個 mach_port 和一個回調（函數指針），被用於經過內核和其餘線程相互發送消息。這種 Source 能主動喚醒 RunLoop 的線程。

4.4 CFRunLoopObserver

CFRunLoopObserverRef 是觀察者，每一個 Observer 都包含了一個回調（函數指針），當 RunLoop 的狀態發生變化時，觀察者就能經過回調接受到這個變化。能夠觀測的時間點有如下幾個：

enum CFRunLoopActivity {
    kCFRunLoopEntry             = (1 << 0),    // 即將進入Loop   
    kCFRunLoopBeforeTimers 		= (1 << 1),    // 即將處理 Timer    	
    kCFRunLoopBeforeSources		= (1 << 2),    // 即將處理 Source  
    kCFRunLoopBeforeWaiting		= (1 << 5),    // 即將進入休眠     
    kCFRunLoopAfterWaiting 		= (1 << 6),    // 剛從休眠中喚醒   
    kCFRunLoopExit              = (1 << 7),    // 即將退出Loop  
    kCFRunLoopAllActivities		= 0x0FFFFFFFU  // 包含上面全部狀態  
};
typedef enum CFRunLoopActivity CFRunLoopActivity;
複製代碼

5.RunLoop 的內部邏輯

RunLoop 的內部邏輯

流程以下：

1.通知觀察者 RunLoop 啓動
以後調用內部函數，進入Loop，下面的流程都在Loop內部do-while函數中執行。 2.通知觀察者: RunLoop 即將觸發 Timer 回調。（kCFRunLoopBeforeTimers） 3.通知觀察者: RunLoop 即將觸發 Source0 回調
（kCFRunLoopBeforeSources） 4.RunLoop 觸發 Source0 回調。 5.若是有 Source1 處於等待狀態，直接處理這個 Source1 而後跳轉到第9步處理消息。 6.通知觀察者：RunLoop 的線程即將進入休眠(sleep)。（kCFRunLoopBeforeWaiting） 7.調用 mach_msg監聽喚醒端口 系統內核將這個線程掛起，停留在mach_msg_trap狀態，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**

存在Source0被標記爲待處理，系統調用CFRunLoopWakeUp喚醒線程處理事件 定時器時間到了 RunLoop自身的超時時間到了 RunLoop外部調用者喚醒

8.通知觀察者線程已經被喚醒
（kCFRunLoopAfterWaiting） 9.處理事件

若是一個 Timer 到時間了，觸發這個Timer的回調 若是有dispatch到main_queue的block，執行block 若是一個 Source1 發出事件了，處理這個事件 事件處理完成進行判斷： 進入loop時傳入參數指明處理完事件就返回（stopAfterHandle） 超出傳入參數標記的超時時間（timeout） 被外部調用者強制中止__CFRunLoopIsStopped(runloop) source/timer/observer 全都空了__CFRunLoopModeIsEmpty(runloop, currentMode) 上面4個條件都不知足，即沒超時、mode裏沒空、loop也沒被中止，那繼續loop。此時跳轉到步驟2繼續循環。

10.系統通知觀察者: RunLoop 即將退出。 知足步驟9事件處理完成判斷4條中的任何一條，跳出do-while函數的內部，通知觀察者Loop結束。

6.RunLoop 實際應用

6.1 AutoreleasePool

App啓動以後，蘋果在主線程 RunLoop 裏註冊了兩個 Observer，回調都是_wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler()。 1. 第一個observer，監聽了一個事件：
即將進入Loop（kCFRunLoopEntry），其回調會調用 _objc_autoreleasePoolPush()建立一個棧自動釋放池，這個優先級最高，保證建立釋放池在其餘操做以前。 2.第二個observer，監聽了兩個事件：
1).準備進入休眠（kCFRunLoopBeforeWaiting），此時調用 _objc_autoreleasePoolPop()和 _objc_autoreleasePoolPush()來釋放舊的池並建立新的池。 2). 即將退出Loop（kCFRunLoopExit），此時調用 _objc_autoreleasePoolPop()釋放自動釋放池。這個 observer 的優先級最低，確保池子釋放在全部回調以後。

在主線程中執行代碼通常都是寫在事件回調或Timer回調中的，這些回調都被加入了main thread的自動釋放池中，因此在ARC模式下咱們不用關心對象何時釋放，也不用去建立和管理pool。

6.2 事件響應

系統註冊了一個 Source1 用來接收系統事件，其回調函數爲 __IOHIDEventSystemClientQueueCallback()。當一個硬件事件(觸摸/鎖屏/搖晃等)發生後，首先由 IOKit.framework 生成一個 IOHIDEvent 事件並由 SpringBoard 接收。

SpringBoard 只接收按鍵(鎖屏/靜音等)、觸摸、加速，傳感器等幾種事件

隨後用 mach port 轉發給須要的App進程。隨後系統註冊的那個 Source1 就會觸發回調，並調用_UIApplicationHandleEventQueue()進行應用內部的分發。 _UIApplicationHandleEventQueue()會把 IOHIDEvent 事件處理幷包裝成 UIEvent 進行處理或分發，其中包括識別 UIGesture/處理屏幕旋轉/發送給 UIWindow 等。一般事件好比 UIButton 點擊、touchesBegin/Move/End/Cancel 事件都是在這個回調中完成的。

6.3 定時器

1.NSTimer 的工做原理 這裏說的定時器就是NSTimer，咱們使用頻率最高的定時器，它的原型是CFRunLoopTimerRef。一個Timer註冊 RunLoop 以後，RunLoop 會爲這個Timer的重複時間點註冊好事件。

須要注意：

1.若是某個重複的時間點因爲線程阻塞或者其餘緣由錯過了，例如執行了一個很長的任務，則那個時間點的回調也會跳過去，不會延後執行。就好比等公交，若是 10:10 時我忙着玩手機錯過了那個點的公交，那我只能等 10:20 這一趟了。 2.咱們在哪一個線程調用 NSTimer 就必須在哪一個線程終止。

Timer 有個屬性叫作 Tolerance (寬容度)，官方文檔給它的解釋是 Timer 的計時並非準確的，有必定的偏差。

2.NSTimer 優化使用 開發中常見的現象：在界面上有一個UIscrollview控件（tableview，collectionview等），若是此時還有一個定時器在執行一個事件，你會發現當你滾動scrollview的時候，定時器會失效。

這是由於，爲了更好的用戶體驗，在主線程中UITrackingRunLoopMode的優先級最高。在用戶拖動控件時，主線程的Run Loop是運行在UITrackingRunLoopMode下，而建立的Timer是默認關聯爲Default Mode，所以系統不會當即執行Default Mode下接收的事件。

解決方法1： 將當前 Timer 加入到 UITrackingRunLoopMode 或 kCFRunLoopCommonModes 中

NSTimer * timer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1.0 target:self selector:@selector(TimerFire:) userInfo:nil repeats:YES];
[[NSRunLoop mainRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];  
複製代碼

解決方法2： 用GCD定時器

//dispatch_source_t必須是全局或static變量，不然timer不會觸發
    static dispatch_source_t timer;
    //建立新的調度源（這裏傳入的是DISPATCH_SOURCE_TYPE_TIMER，建立的是Timer調度
    timer = dispatch_source_create(DISPATCH_SOURCE_TYPE_TIMER, 0, 0, dispatch_get_main_queue());
    dispatch_source_set_timer(timer, DISPATCH_TIME_NOW, 1 * NSEC_PER_SEC, 0 * NSEC_PER_SEC);
    dispatch_source_set_event_handler(timer, ^{
        NSLog(@"%@",[NSThread currentThread]);
    });
    //啓動或繼續定時器
    dispatch_resume(timer);
複製代碼

6.4 基於mode的拓展應用

用戶滑動 scrollView 的過程當中加載圖片，因爲UI的操做都是在主線程進行的，會形成滑動不流暢的問題，這個時候咱們就須要在滑動的時候不加載圖片，等滑動操做完成再進行加載圖片的操做。

通常咱們能夠設置代理，當用戶滑動結束的時候通知代理加載圖片，這樣比較麻煩太low，基於RunLoop的原理咱們只要一行代碼便可搞定。

UIImage *downloadedImage = ...;
[self.avatarImageView performSelector:@selector(setImage:)
                               withObject:downloadedImage
                               afterDelay:0
                                  inModes:@[NSDefaultRunLoopMode]];
複製代碼

經過將圖片的設置 setImage: 添加到 DefaultMode 裏面，確保在 UITrackingRunLoopMode 下該操做不會被執行，保證了滑動的流暢性。

6.5 RunLoop與GCD關係

當調用了dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), <#^(void)block#>)時，libDispatch會向主線程RunLoop發送消息喚醒RunLoop，RunLoop從消息中獲取block，而且在__CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__回調裏執行這個block。dispatch_after同理。如圖：

dispatch.png

7.相關面試題

1.談談runloop的理解；
2.runloop有哪些狀態；
3.RunLoop的做用是什麼？它的內部工做機制瞭解麼？（最好結合線程來講） 4.TableView/ScrollView/CollectionView滾動時爲何NSTimer會中止？
5.RunLoop和線程有什麼關係？

求知四階段

不知本身不知道
不知本身已知道
已知本身已知道
知道本身不知道

參考文獻：

深刻理解RunLoop
孫源@sunnyxx 視頻分享
iOS RunLoop詳解
RunLoop的前世此生
iOS底層原理總結 - RunLoop

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