RunLoop

文中Demo地址：YSC-RunLoopDemo

1. RunLoop簡介

1.1 什麼是RunLoop？

能夠理解爲字面意思：Run表示運行，Loop表示循環。結合在一塊兒就是運行的循環的意思。哈哈，我更願意翻譯爲『跑圈』。直觀理解就像是不停的跑圈。

RunLoop其實是一個對象，這個對象在循環中用來處理程序運行過程當中出現的各類事件（好比說觸摸事件、UI刷新事件、定時器事件、Selector事件），從而保持程序的持續運行；並且在沒有事件處理的時候，會進入睡眠模式，從而節省CPU資源，提升程序性能。

1.2 RunLoop和線程

RunLoop和線程是息息相關的，咱們知道線程的做用是用來執行特定的一個或多個任務，可是在默認狀況下，線程執行完以後就會退出，就不能再執行任務了。這時咱們就須要採用一種方式來讓線程可以處理任務，並不退出。因此，咱們就有了RunLoop。

1. 一條線程對應一個RunLoop對象，每條線程都有惟一一個與之對應的RunLoop對象。
2. 咱們只能在當前線程中操做當前線程的RunLoop，而不能去操做其餘線程的RunLoop。
3. RunLoop對象在第一次獲取RunLoop時建立，銷燬則是在線程結束的時候。
4. 主線程的RunLoop對象系統自動幫助咱們建立好了(原理以下)，而子線程的RunLoop對象須要咱們主動建立。

1.3 默認狀況下主線程的RunLoop原理

咱們在啓動一個iOS程序的時候，系統會調用建立項目時自動生成的main.m的文件。main.m文件以下所示：

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

其中UIApplicationMain函數內部幫咱們開啓了主線程的RunLoop，UIApplicationMain內部擁有一個無線循環的代碼。上邊的代碼中開啓RunLoop的過程能夠簡單的理解爲以下代碼：

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int main(int argc, char * argv[]) { BOOL running = YES; do { // 執行各類任務，處理各類事件 // ...... } while (running); return 0; }

從上邊可看出，程序一直在do-while循環中執行，因此UIApplicationMain函數一直沒有返回，咱們在運行程序以後程序不會立刻退出，會保持持續運行狀態。

下圖是蘋果官方給出的RunLoop模型圖。

從上圖中能夠看出，RunLoop就是線程中的一個循環，RunLoop在循環中會不斷檢測，經過Input sources（輸入源）和Timer sources（定時源）兩種來源等待接受事件；而後對接受到的事件通知線程進行處理，並在沒有事件的時候進行休息。

2. RunLoop相關類

下面咱們來了解一下Core Foundation框架下關於RunLoop的5個類，只有弄懂這幾個類的含義，咱們才能深刻了解RunLoop運行機制。

1. CFRunLoopRef：表明RunLoop的對象
2. CFRunLoopModeRef：RunLoop的運行模式
3. CFRunLoopSourceRef：就是RunLoop模型圖中提到的輸入源/事件源
4. CFRunLoopTimerRef：就是RunLoop模型圖中提到的定時源
5. CFRunLoopObserverRef：觀察者，可以監聽RunLoop的狀態改變

下邊詳細講解下幾種類的具體含義和關係。

先來看一張表示這5個類的關係圖（來源：https://blog.ibireme.com/2015/05/18/runloop/）。

接着來說解這5個類的相互關係（來源：https://blog.ibireme.com/2015/05/18/runloop/），這篇文章總結的特別好，就拿來參考一下，有興趣的朋友能夠去看看，寫的很好。

一個RunLoop對象（CFRunLoopRef）中包含若干個運行模式（CFRunLoopModeRef）。而每個運行模式下又包含若干個輸入源（CFRunLoopSourceRef）、定時源（CFRunLoopTimerRef）、觀察者（CFRunLoopObserverRef）。

• 每次RunLoop啓動時，只能指定其中一個運行模式（CFRunLoopModeRef），這個運行模式（CFRunLoopModeRef）被稱做CurrentMode。
• 若是須要切換運行模式（CFRunLoopModeRef），只能退出Loop，再從新指定一個運行模式（CFRunLoopModeRef）進入。
• 這樣作主要是爲了分隔開不一樣組的輸入源（CFRunLoopSourceRef）、定時源（CFRunLoopTimerRef）、觀察者（CFRunLoopObserverRef），讓其互不影響 。

下邊咱們來詳細講解下這五個類：

2.1 CFRunLoopRef

CFRunLoopRef就是Core Foundation框架下RunLoop對象類。咱們可經過如下方式來獲取RunLoop對象：

• Core Foundation
  • CFRunLoopGetCurrent(); // 得到當前線程的RunLoop對象
  • CFRunLoopGetMain(); // 得到主線程的RunLoop對象

固然，在Foundation框架下獲取RunLoop對象類的方法以下：

• Foundation
  • [NSRunLoop currentRunLoop]; // 得到當前線程的RunLoop對象
  • [NSRunLoop mainRunLoop]; // 得到主線程的RunLoop對象

2.2 CFRunLoopModeRef

系統默認定義了多種運行模式（CFRunLoopModeRef），以下：

1. kCFRunLoopDefaultMode：App的默認運行模式，一般主線程是在這個運行模式下運行
2. UITrackingRunLoopMode：跟蹤用戶交互事件（用於 ScrollView 追蹤觸摸滑動，保證界面滑動時不受其餘Mode影響）
3. UIInitializationRunLoopMode：在剛啓動App時第進入的第一個 Mode，啓動完成後就再也不使用
4. GSEventReceiveRunLoopMode：接受系統內部事件，一般用不到
5. kCFRunLoopCommonModes：僞模式，不是一種真正的運行模式（後邊會用到）

其中kCFRunLoopDefaultMode、UITrackingRunLoopMode、kCFRunLoopCommonModes是咱們開發中須要用到的模式，具體使用方法咱們在 2.3 CFRunLoopTimerRef 中結合CFRunLoopTimerRef來演示說明。

2.3 CFRunLoopTimerRef

CFRunLoopTimerRef是定時源（RunLoop模型圖中提到過），理解爲基於時間的觸發器，基本上就是NSTimer（哈哈，這個理解就簡單了吧）。

下面咱們來演示下CFRunLoopModeRef和CFRunLoopTimerRef結合的使用用法，從而加深理解。

1. 首先咱們新建一個iOS項目，在Main.storyboard中拖入一個Text View。

2. 在ViewController.m文件中加入如下代碼，Demo中請調用[self ShowDemo1];來演示。

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   - (void)viewDidLoad { [super viewDidLoad]; // 定義一個定時器，約定兩秒以後調用self的run方法 NSTimer *timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:2.0 target:self selector:@selector(run) userInfo:nil repeats:YES]; // 將定時器添加到當前RunLoop的NSDefaultRunLoopMode下 [[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode]; } - (void)run { NSLog(@"---run"); }

3. 而後運行，這時候咱們發現若是咱們不對模擬器進行任何操做的話，定時器會穩定的每隔2秒調用run方法打印。

4. 可是當咱們拖動Text View滾動時，咱們發現：run方法不打印了，也就是說NSTimer不工做了。而當咱們鬆開鼠標的時候，NSTimer就又開始正常工做了。

這是由於：

• 當咱們不作任何操做的時候，RunLoop處於NSDefaultRunLoopMode下。
• 而當咱們拖動Text View的時候，RunLoop就結束NSDefaultRunLoopMode，切換到了UITrackingRunLoopMode模式下，這個模式下沒有添加NSTimer，因此咱們的NSTimer就不工做了。
• 但當咱們鬆開鼠標的時候，RunLoop就結束UITrackingRunLoopMode模式，又切換回NSDefaultRunLoopMode模式，因此NSTimer就又開始正常工做了。

你能夠試着將上述代碼中的[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode];語句換爲[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:UITrackingRunLoopMode];，也就是將定時器添加到當前RunLoop的UITrackingRunLoopMode下，你就會發現定時器只會在拖動Text View的模式下工做，而不作操做的時候定時器就不工做。

那難道咱們就不能在這兩種模式下讓NSTimer都能正常工做嗎？

固然能夠，這就用到了咱們以前說過的僞模式（kCFRunLoopCommonModes），這其實不是一種真實的模式，而是一種標記模式，意思就是能夠在打上Common Modes標記的模式下運行。

那麼哪些模式被標記上了Common Modes呢？

NSDefaultRunLoopMode 和 UITrackingRunLoopMode。

因此咱們只要咱們將NSTimer添加到當前RunLoop的kCFRunLoopCommonModes（Foundation框架下爲NSRunLoopCommonModes）下，咱們就可讓NSTimer在不作操做和拖動Text View兩種狀況下愉快的正常工做了。

具體作法就是講添加語句改成[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];

既然講到了NSTimer，這裏順便講下NSTimer中的scheduledTimerWithTimeInterval方法和RunLoop的關係。添加下面的代碼：

1	[NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:2.0 target:self selector:@selector(run) userInfo:nil repeats:YES];

這句代碼調用了scheduledTimer返回的定時器，NSTimer會自動被加入到了RunLoop的NSDefaultRunLoopMode模式下。這句代碼至關於下面兩句代碼：

1 2	NSTimer *timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:2.0 target:self selector:@selector(run) userInfo:nil repeats:YES]; [[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode];

2.4 CFRunLoopSourceRef

CFRunLoopSourceRef是事件源（RunLoop模型圖中提到過），CFRunLoopSourceRef有兩種分類方法。

• 第一種按照官方文檔來分類（就像RunLoop模型圖中那樣）：
  • Port-Based Sources（基於端口）
  • Custom Input Sources（自定義）
  • Cocoa Perform Selector Sources
• 第二種按照函數調用棧來分類：
  • Source0 ：非基於Port
  • Source1：基於Port，經過內核和其餘線程通訊，接收、分發系統事件

這兩種分類方式其實沒有區別，只不過第一種是經過官方理論來分類，第二種是在實際應用中經過調用函數來分類。

下邊咱們舉個例子大體來了解一下函數調用棧和Source。

1. 在咱們的項目中的Main.storyboard中添加一個Button按鈕，並添加點擊動做。

2. 而後在點擊動做的代碼中加入一句輸出語句，並打上斷點，以下圖所示：

3. 而後運行程序，並點擊按鈕。

4. 而後在項目中單擊下下圖紅色部分。

5. 能夠看到以下圖所示就是點擊事件產生的函數調用棧。

因此點擊事件是這樣來的：

1. 首先程序啓動，調用16行的main函數，main函數調用15行UIApplicationMain函數，而後一直往上調用函數，最終調用到0行的BtnClick函數，即點擊函數。

2. 同時咱們能夠看到11行中有Sources0，也就是說咱們點擊事件是屬於Sources0函數的，點擊事件就是在Sources0中處理的。

3. 而至於Sources1，則是用來接收、分發系統事件，而後再分發到Sources0中處理的。

2.5 CFRunLoopObserverRef

CFRunLoopObserverRef是觀察者，用來監聽RunLoop的狀態改變

CFRunLoopObserverRef能夠監聽的狀態改變有如下幾種：

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typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) { kCFRunLoopEntry = (1UL << 0), // 即將進入Loop：1 kCFRunLoopBeforeTimers = (1UL << 1), // 即將處理Timer：2 kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2), // 即將處理Source：4 kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5), // 即將進入休眠：32 kCFRunLoopAfterWaiting = (1UL << 6), // 即將從休眠中喚醒：64 kCFRunLoopExit = (1UL << 7), // 即將從Loop中退出：128 kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU // 監聽所有狀態改變 };

下邊咱們經過代碼來監聽下RunLoop中的狀態改變。

1. 在ViewController.m中添加以下代碼，Demo中請調用[self showDemo2];方法。

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   - (void)viewDidLoad { [super viewDidLoad]; // 建立觀察者 CFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreateWithHandler(CFAllocatorGetDefault(), kCFRunLoopAllActivities, YES, 0, ^(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity) { NSLog(@"監聽到RunLoop發生改變---%zd",activity); }); // 添加觀察者到當前RunLoop中 CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetCurrent(), observer, kCFRunLoopDefaultMode); // 釋放observer，最後添加完須要釋放掉 CFRelease(observer); }

2. 而後運行，看下打印結果，以下圖。

能夠看到RunLoop的狀態在不斷的改變，最終變成了狀態 32，也就是即將進入睡眠狀態，說明RunLoop以後就會進入睡眠狀態。

3. RunLoop原理

好了，五個類都講解完了，下邊開始放大招了。這下咱們就能夠來理解RunLoop的運行邏輯了。

下邊上一張以前提到的文章中博主提供的運行邏輯圖（來源：https://blog.ibireme.com/2015/05/18/runloop/）

這張圖對於咱們理解RunLoop來講太有幫助了，下邊咱們能夠來講下官方文檔給咱們的RunLoop邏輯。

在每次運行開啓RunLoop的時候，所在線程的RunLoop會自動處理以前未處理的事件，而且通知相關的觀察者。

具體的順序以下：

1. 通知觀察者RunLoop已經啓動
2. 通知觀察者即將要開始的定時器
3. 通知觀察者任何即將啓動的非基於端口的源
4. 啓動任何準備好的非基於端口的源
5. 若是基於端口的源準備好並處於等待狀態，當即啓動；並進入步驟9
6. 通知觀察者線程進入休眠狀態
7. 將線程置於休眠知道任一下面的事件發生：
   • 某一事件到達基於端口的源
   • 定時器啓動
   • RunLoop設置的時間已經超時
   • RunLoop被顯示喚醒
8. 通知觀察者線程將被喚醒
9. 處理未處理的事件
   • 若是用戶定義的定時器啓動，處理定時器事件並重啓RunLoop。進入步驟2
   • 若是輸入源啓動，傳遞相應的消息
   • 若是RunLoop被顯示喚醒並且時間還沒超時，重啓RunLoop。進入步驟2
10. 通知觀察者RunLoop結束。

4. RunLoop實戰應用

哈哈，講了這麼多雲裏霧裏的原理知識，下邊終於到了實戰應用環節。

光弄懂是沒啥用的，可以實戰應用纔是硬道理。下面講解一下RunLoop的幾種應用。

4.1 NSTimer的使用

NSTimer的使用方法在講解CFRunLoopTimerRef類的時候詳細講解過，具體參考上邊 2.3 CFRunLoopTimerRef。

4.2 ImageView推遲顯示

有時候，咱們會遇到這種狀況：
當界面中含有UITableView，並且每一個UITableViewCell裏邊都有圖片。這時候當咱們滾動UITableView的時候，若是有一堆的圖片須要顯示，那麼可能會出現卡頓的現象。

怎麼解決這個問題呢？

這時候，咱們應該推遲圖片的顯示，也就是ImageView推遲顯示圖片。有兩種方法：

1. 監聽UIScrollView的滾動

由於UITableView繼承自UIScrollView，因此咱們能夠經過監聽UIScrollView的滾動，實現UIScrollView相關delegate便可。

2. 利用PerformSelector設置當前線程的RunLoop的運行模式

利用performSelector方法爲UIImageView調用setImage:方法，並利用inModes將其設置爲RunLoop下NSDefaultRunLoopMode運行模式。代碼以下：

1	[self.imageView performSelector:@selector(setImage:) withObject:[UIImage imageNamed:@"tupian"] afterDelay:4.0 inModes:NSDefaultRunLoopMode];

下邊利用Demo演示一下該方法。

1. 在項目中的Main.storyboard中添加一個UIImageView，並添加屬性，並簡單添加一下約束（否則沒法顯示）以下圖所示。

2. 在項目中拖入一張圖片，好比下圖。

3. 而後咱們在touchesBegan方法中添加下面的代碼，在Demo中請在touchesBegan中調用[self showDemo3];方法。

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   - (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event { [self.imageView performSelector:@selector(setImage:) withObject:[UIImage imageNamed:@"tupian"] afterDelay:4.0 inModes:@[NSDefaultRunLoopMode]]; }

4. 運行程序，點擊一下屏幕，而後拖動UIText View，拖動4秒以上，發現過了4秒以後，UIImageView尚未顯示圖片，當咱們鬆開的時候，則顯示圖片，效果以下：

這樣咱們就實現了在拖動完以後，在延遲顯示UIImageView。

4.3 後臺常駐線程（很經常使用）

咱們在開發應用程序的過程當中，若是後臺操做特別頻繁，常常會在子線程作一些耗時操做（下載文件、後臺播放音樂等），咱們最好能讓這條線程永遠常駐內存。

那麼怎麼作呢？

添加一條用於常駐內存的強引用的子線程，在該線程的RunLoop下添加一個Sources，開啓RunLoop。

具體實現過程以下：

1. 在項目的ViewController.m中添加一條強引用的thread線程屬性，以下圖：

2. 在viewDidLoad中建立線程self.thread，使線程啓動並執行run1方法，代碼以下。在Demo中，請在viewDidLoad調用[self showDemo4];方法。

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   - (void)viewDidLoad { [super viewDidLoad]; // 建立線程，並調用run1方法執行任務 self.thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run1) object:nil]; // 開啓線程 [self.thread start]; } - (void) run1 { // 這裏寫任務 NSLog(@"----run1-----"); // 添加下邊兩句代碼，就能夠開啓RunLoop，以後self.thread就變成了常駐線程，可隨時添加任務，並交於RunLoop處理 [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:[NSPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode]; [[NSRunLoop currentRunLoop] run]; // 測試是否開啓了RunLoop，若是開啓RunLoop，則來不了這裏，由於RunLoop開啓了循環。 NSLog(@"未開啓RunLoop"); }

3. 運行以後發現打印了—-run1—–，而未開啓RunLoop則未打印。

這時，咱們就開啓了一條常駐線程，下邊咱們來試着添加其餘任務，除了以前建立的時候調用了run1方法，咱們另外在點擊的時候調用run2方法。

那麼，咱們在touchesBegan中調用PerformSelector，從而實如今點擊屏幕的時候調用run2方法。Demo地址。具體代碼以下：

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- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event { // 利用performSelector，在self.thread的線程中調用run2方法執行任務 [self performSelector:@selector(run2) onThread:self.thread withObject:nil waitUntilDone:NO]; } - (void) run2 { NSLog(@"----run2------"); }

通過運行測試，除了以前打印的—-run1—–，每當咱們點擊屏幕，都能調用—-run2——。 這樣咱們就實現了常駐線程的需求。