iOS學習之深刻理解RunLoop

時間  2019-11-07
標籤 ios 學習 深刻 理解 runloop 欄目 iOS 简体版
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RunLoop的定義與概念html

RunLoop的主要做用objective-c

main函數中的RunLoop編程

RunLoop與線程的關係swift

RunLoop的消息種類數組

RunLoop的對外接口安全

RunLoop的modebash

RunLoop的內部邏輯網絡

RunLoop在iOS中內部的應用app

RunLoop在iOS開發中的實踐框架

總結

參考文獻

RunLoop的定義與概念

  • 顧名思義 RunLoop， 就是一個在Run的loop，就是一個一直在跑的圈。其本質就是無休止的while循環。通常的程序都是執行完任務後便結束。但因爲手機應用的特殊性，在其不執行任務時，也不能將其殺死，而是暫時休眠狀態，直到有外部或內部因素將其喚醒，繼續run。直到用戶手動將該程序完全關閉。
  • 這種模型一般被稱做 Event Loop。 Event Loop 在不少系統和框架裏都有實現，好比 Node.js 的事件處理，好比 Windows 程序的消息循環，再好比 OSX/iOS 裏的 RunLoop。實現這種模型的關鍵點在於：如何管理事件/消息，如何讓線程在沒有處理消息時休眠以免資源佔用、在有消息到來時馬上被喚醒。
  • 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。
  • 程序例程以下：
// 無Runloop，程序執行完後，直接返回
int main(int argc,char * argv[]){
 	 	NSLog(@"execute main function");---->程序開始
  		return 0; ------------------------->程序結束
}
// 有Runloop
int main(int argc,char * argv[]){
		BOOL running = YES; -------->程序開始
		do {------------------------------
   	// 執行各類任務，處理各類事件------持續運行
		}while(running);---------------------
	    return 0;
}

複製代碼
  • OSX/iOS 系統中，提供了兩個這樣的對象：NSRunLoop 和 CFRunLoopRef。
    • 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。

RunLoop的主要做用

  • 使程序一直運行並接收用戶的輸入
  • 決定程序在什麼時候處理哪些事件
  • 調用解耦（主調方產生不少事件，不用等到被調方處理完事件以後，才能執行其餘操做）
  • 節省CPU時間（當程序啓動後，什麼都沒有執行的話，就不用讓CPU來消耗資源來執行，直接進入睡眠狀態）

main函數中的RunLoop

  • 因爲手機應用的特殊性，因此在iOS程序中，main 函數內部也啓動了一個RunLoop
  • 程序以下
int main(int argc, char * argv[]) {
  @autoreleasepool {
      return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
  }
}
複製代碼
  • 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。這個 UIApplicationMain 函數幫咱們啓動的 RunLoop 屬於程序的主線程全部，因此咱們不須要再爲主線程開啓 RunLoop。因爲咱們的程序在主線程上擁有一個 RunLoop ，因此咱們將程序打開後，執行完它所須要的任務後，不必定非要退出程序，而是能夠選擇將其後臺掛起。一切都是由於 主線程上RunLoop 的關係，咱們的程序才能夠長時間持續運行。

RunLoop與線程的關係

  • RunLoop 與線程能夠說是一一對應的關係。可是不必定必定是一對一，有多是0對1。由於只有在主線程中，咱們的iOS程序幫助咱們開啓了 RunLoop。而在咱們本身定義或系統幫咱們開啓的子線程中，若是咱們不顯式的「建立」 RunLoop ,咱們的子線程就沒有Runloop。這裏所謂的「建立」，並非直接建立 RunLoop ，而是經過調用獲取 RunLoop 的方法來完成 RunLoop 的建立，由於在 RunLoop 的內部，其實是經過懶加載方法建立的。這也是咱們若是不調用 獲取 方法，就不會得到 RunLoop 的緣由。
  • RunLoop 的建立是發生在第一次獲取時，RunLoop 的銷燬是發生在線程結束時。你只能在一個線程的內部獲取其 RunLoop（主線程除外）。
  • 獲取 Runloop 的方法以下：

    • 在 Core Foundation 中

      • CFRunLoopGetMain() // 獲取主線程的Runloop
      • CFRunLoopGetCurrent() // 獲取當前線程的Runloop

    • 在 Cocoa 中

      • [NSRunLoop currentRunLoop]

    • CFRunLoopRef 和 NSRunLoop 能夠轉化, NSRunLoop 使用 getCFRunLoop方法就能夠獲得 CFRunLoopRef 對象

  • 示例代碼以下：
/// 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，並先爲主線程建立一個 RunLoop。
        loopsDic = CFDictionaryCreateMutable();
        CFRunLoopRef mainLoop = _CFRunLoopCreate();
        CFDictionarySetValue(loopsDic, pthread_main_thread_np(), mainLoop);
    }
    
    /// 直接從 Dictionary 裏獲取。
    CFRunLoopRef loop = CFDictionaryGetValue(loopsDic, thread));
    
    if (!loop) {
        /// 取不到時，建立一個
        loop = _CFRunLoopCreate();
        CFDictionarySetValue(loopsDic, thread, loop);
        /// 註冊一個回調，當線程銷燬時，順便也銷燬其對應的 RunLoop。
        _CFSetTSD(..., thread, loop, __CFFinalizeRunLoop);
    }
    
    OSSpinLockUnLock(&loopsLock);
    return loop;
}
CFRunLoopRef CFRunLoopGetMain() {
    return _CFRunLoopGet(pthread_main_thread_np());
}
 
CFRunLoopRef CFRunLoopGetCurrent() {
    return _CFRunLoopGet(pthread_self());
}
複製代碼
  • 由代碼能夠看出，RunLoop 其實是由字典來進行保存的，這也更加印證了 RunLoop 與線程之間一一對應的關係。

RunLoop的消息種類

  • 這是apple官方文檔的一張圖, 表示了Runloop的消息種類。

    Runloop的消息種類

  • 這張圖我也沒有特別看懂，主要是講的Runloop的兩種輸入源。官方文檔的解釋是

    • InputSources : 用來投遞異步消息,一般消息來自另外的線程或者程序.在接受到消息並調用指定的方法時,線程對應的 NSRunLoop 對象會經過執行 runUntilDate:方法來退出.
    • Timer Source: 用來投遞 timer 事件(Schedule 或者 Repeat)中的同步消息.在消息處理時,並不會退出 RunLoop. RunLoop 除了處理以上兩種 Input Soruce,它也會在運行過程當中生成不一樣的 notifications,標識 runloop 所處的狀態,所以能夠給 RunLoop 註冊觀察者 Observer,以便監控 RunLoop 的運行過程,並在 RunLoop 進入某些狀態時候進行相應的操做, Apple 只提供了 Core Foundation 的 API來給 RunLoop 註冊觀察者Observer.

RunLoop的對外接口

  • 在 CoreFoundation 裏面關於 RunLoop 有5個類:
    • CFRunLoopRef
    • CFRunLoopModeRef
    • CFRunLoopSourceRef
    • CFRunLoopTimerRef
    • CFRunLoopObserverRef
  • 其中 CFRunLoopModeRef 類並無對外暴露，只是經過 CFRunLoopRef 的接口進行了封裝。他們的關係以下:
    Runloop的包含元素
  • 由圖片能夠看出，一個 Runloop 中，含有數個 mode ，而其中每一個 mode 又包含數個 source， observer， timer。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 Loop，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。
  • 在這裏須要注意的是，在輔助線程啓動 runloop 以前, 你必須至少在其中添加一個 input source 或者 timer（詳見第三章 Runloop的消息種類）. 若是一個 runloop 中沒有一個事件源sources, runloop 會在你啓動它之後當即退出.
  • 在添加了 source 之後,你能夠給 runloop 添加 observers 來監測 runloop 的不一樣的執行的狀態.爲了加入 observer, 你應該建立一個 CFRunLoopObserverRef,使用 CFRunLoopAddObserver 函數添加 observer 到你的 runloop.
  • 下面來具體介紹 Runloop 對外提供的這幾種接口
    • CFRunLoopSourceRef 是事件產生的地方。Source有兩個版本：Source0 和 Source1。
      • Source0 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 包含了一個 mach_port（很重要的概念） 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，具體的請看下面的代碼。
    • CFRunLoopTimerRef 是基於時間的觸發器，它和 NSTimer 是toll-free bridged 的，能夠混用。其包含一個時間長度和一個回調（函數指針）。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。
    • 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：
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 32
    kCFRunLoopAfterWaiting  = (1UL << 6), // 剛從休眠中喚醒 64
    kCFRunLoopExit          = (1UL << 7), // 即將退出Loop 128
};
複製代碼
  • 上面的 Source/Timer/Observer 被統稱爲 mode item，一個 item 能夠被同時加入多個 mode。但一個 item 被重複加入同一個 mode 時是不會有效果的。若是一個 mode 中一個 item 都沒有，則 RunLoop 會直接退出，不進入循環。

RunLoop的mode

  • CFRunLoopMode 和 CFRunLoop 的結構大體以下：
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<Source/Observer/Timer>
    CFRunLoopModeRef _currentMode;    // Current Runloop Mode
    CFMutableSetRef _modes;           // Set
    ...
};

複製代碼

  • 系統默認註冊了5個Mode:

    1. kCFRunLoopDefaultMode: App的默認 Mode，一般主線程是在這個 Mode 下運行的。
    2. UITrackingRunLoopMode: 界面跟蹤 Mode，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: 接受系統事件的內部 Mode，一般用不到。
    5. kCFRunLoopCommonModes: 這是一個佔位的 Mode，沒有實際做用。

  • 咱們平時主要應用的 mode 有 kCFRunLoopDefaultMode 和 UITrackingRunLoopMode 兩種， 其中 kCFRunLoopDefaultMode(在cocoa中也叫NSDefaultRunLoopMode)是咱們開啓一個 RunLoop 時默認的 mode 方式。 而 UITrackingRunLoopMode 主要是追蹤 ScrollView 滑動時的狀態。

  • 這裏有個概念叫 「CommonModes」：一個 Mode 能夠將本身標記爲」Common」屬性（經過將其 ModeName 添加到 RunLoop 的 「commonModes」 中）。每當 RunLoop 的內容發生變化時，RunLoop 都會自動將 _commonModeItems 裏的 Source/Observer/Timer 同步到具備 「Common」 標記的全部Mode裏。須要注意的是： 「CommonModes」並非一個真正的 mode ， 它其實是一個 數組 裏面放入了 kCFRunLoopDefaultMode 和 UITrackingRunLoopMode

  • 應用場景舉例：主線程的 RunLoop 裏有兩個預置的 Mode：kCFRunLoopDefaultMode 和 UITrackingRunLoopMode。這兩個 Mode 都已經被標記爲」Common」屬性。DefaultMode 是 App 平時所處的狀態，UITrackingRunLoopMode 是追蹤 ScrollView 滑動時的狀態。當你建立一個 Timer 並加到 DefaultMode 時，Timer 會獲得重複回調，但此時滑動一個TableView時，RunLoop 會將 mode 切換爲 UITrackingRunLoopMode，這時 Timer 就不會被回調，而且也不會影響到滑動操做。有時你須要一個 Timer，在兩個 Mode 中都能獲得回調，一種辦法就是將這個 Timer 分別加入這兩個 Mode。還有一種方式，就是將 Timer 加入到頂層的 RunLoop 的 「commonModeItems」 中。」commonModeItems」 被 RunLoop 自動更新到全部具備」Common」屬性的 Mode 裏去。

  • CFRunLoop對外暴露的管理 Mode 接口只有下面2個:

CFRunLoopAddCommonMode(CFRunLoopRef runloop, CFStringRef modeName);
CFRunLoopRunInMode(CFStringRef modeName, ...);
複製代碼
  • Mode 暴露的管理 mode item 的接口有下面幾個
CFRunLoopAddSource(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopSourceRef source, CFStringRef modeName);
CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopObserverRef observer, CFStringRef modeName);
CFRunLoopAddTimer(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopTimerRef timer, CFStringRef mode);
CFRunLoopRemoveSource(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopSourceRef source, CFStringRef modeName);
CFRunLoopRemoveObserver(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopObserverRef observer, CFStringRef modeName);
CFRunLoopRemoveTimer(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopTimerRef timer, CFStringRef mode);
複製代碼
  • 你只能經過 mode name 來操做內部的 mode，當你傳入一個新的 mode name 但 RunLoop 內部沒有對應 mode 時，RunLoop會自動幫你建立對應的 CFRunLoopModeRef。對於一個 RunLoop 來講，其內部的 mode 只能增長不能刪除。

RunLoop的內部邏輯

  • 先放一張我認爲很是好的圖,其中仍是有些錯誤之處，根據官方文檔，第7步：休眠，等待喚醒的source種類應該是source1，而不是source0。

    Runloop的內部邏輯

  • 內部代碼實現以下 若是嫌太長，直接看註釋便可。

/// 用DefaultMode啓動
void CFRunLoopRun(void) {
    CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopGetCurrent(), kCFRunLoopDefaultMode, 1.0e10, false);
}
 
/// 用指定的Mode啓動，容許設置RunLoop超時時間
int CFRunLoopRunInMode(CFStringRef modeName, CFTimeInterval seconds, Boolean stopAfterHandle) {
    return CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopGetCurrent(), modeName, seconds, returnAfterSourceHandled);
}
 
/// RunLoop的實現
int CFRunLoopRunSpecific(runloop, modeName, seconds, stopAfterHandle) {
    
    /// 首先根據modeName找到對應mode
    CFRunLoopModeRef currentMode = __CFRunLoopFindMode(runloop, modeName, false);
    /// 若是mode裏沒有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);
    
    /// 內部函數，進入loop
    __CFRunLoopRun(runloop, currentMode, seconds, returnAfterSourceHandled) {
        
        Boolean sourceHandledThisLoop = NO;
        int retVal = 0;
        do {
 
            /// 2. 通知 Observers: RunLoop 即將觸發 Timer 回調。
            __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeTimers);
            /// 3. 通知 Observers: RunLoop 即將觸發 Source0 (非port) 回調。
            __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeSources);
            /// 執行被加入的block
            __CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode);
            
            /// 4. RunLoop 觸發 Source0 (非port) 回調。
            sourceHandledThisLoop = __CFRunLoopDoSources0(runloop, currentMode, stopAfterHandle);
            /// 執行被加入的block
            __CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode);
 
            /// 5. 若是有 Source1 (基於port) 處於 ready 狀態，直接處理這個 Source1 而後跳轉去處理消息。
            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。
            /// • 一個基於 port 的Source 的事件。
            /// • 一個 Timer 到時間了
            /// • RunLoop 自身的超時時間到了
            /// • 被其餘什麼調用者手動喚醒
            __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 若是一個 Timer 到時間了，觸發這個Timer的回調。
            if (msg_is_timer) {
                __CFRunLoopDoTimers(runloop, currentMode, mach_absolute_time())
            } 
 
            /// 9.2 若是有dispatch到main_queue的block，執行block。
            else if (msg_is_dispatch) {
                __CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__(msg);
            } 
 
            /// 9.3 若是一個 Source1 (基於port) 發出事件了，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);
                }
            }
            
            /// 執行加入到Loop的block
            __CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode);
            
 
            if (sourceHandledThisLoop && stopAfterHandle) {
                /// 進入loop時參數說處理完事件就返回。
                retVal = kCFRunLoopRunHandledSource;
            } else if (timeout) {
                /// 超出傳入參數標記的超時時間了
                retVal = kCFRunLoopRunTimedOut;
            } else if (__CFRunLoopIsStopped(runloop)) {
                /// 被外部調用者強制中止了
                retVal = kCFRunLoopRunStopped;
            } else if (__CFRunLoopModeIsEmpty(runloop, currentMode)) {
                /// source/timer/observer一個都沒有了
                retVal = kCFRunLoopRunFinished;
            }
            
            /// 若是沒超時，mode裏沒空，loop也沒被中止，那繼續loop。
        } while (retVal == 0);
    }
    
    /// 10. 通知 Observers: RunLoop 即將退出。
    __CFRunLoopDoObservers(rl, currentMode, kCFRunLoopExit);
}

複製代碼
  • 能夠注意到，在這段代碼在第5步，跳轉到第9步執行source1的事件時，使用了 goto 語句，可見，專一底層的大神就是跟咱們普通人不同啊哈哈哈。
  • 實際上 RunLoop 就是這樣一個函數，其內部是一個 do-while 循環。當你調用 CFRunLoopRun() 時，線程就會一直停留在這個循環裏；直到超時或被手動中止，該函數纔會返回。
  • RunLoop 的核心就是一個 mach_msg() (見上面代碼的第7步)，RunLoop 調用這個函數去接收消息，若是沒有別人發送 port 消息過來，內核會將線程置於等待狀態。例如你在模擬器裏跑起一個 iOS 的 App，而後在 App 靜止時點擊暫停，你會看到主線程調用棧是停留在 mach_msg_trap() 這個地方。
  • 爲了實現消息的發送和接收，mach_msg() 函數其實是調用了一個 Mach 陷阱 (trap)，即函數mach_msg_trap()，陷阱這個概念在 Mach 中等同於系統調用。當你在用戶態調用 mach_msg_trap() 時會觸發陷阱機制，切換到內核態；內核態中內核實現的 mach_msg() 函數會完成實際的工做，以下圖：
    image

RunLoop在iOS中內部的應用

  • 當 RunLoop 進行回調時，通常都是經過一個很長的函數調用出去 (call out), 當你在你的代碼中下斷點調試時，一般能在調用棧上看到這些函數。下面是這幾個函數的整理版本，若是你在調用棧中看到這些長函數名，在這裏查找一下就能定位到具體的調用地點了：
{
    /// 1. 通知Observers，即將進入RunLoop
    /// 此處有Observer會建立AutoreleasePool: _objc_autoreleasePoolPush();
    __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopEntry);
    do {
 
        /// 2. 通知 Observers: 即將觸發 Timer 回調。
        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopBeforeTimers);
        /// 3. 通知 Observers: 即將觸發 Source (非基於port的,Source0) 回調。
        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopBeforeSources);
        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_BLOCK__(block);
 
        /// 4. 觸發 Source0 (非基於port的) 回調。
        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE0_PERFORM_FUNCTION__(source0);
        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_BLOCK__(block);
 
        /// 6. 通知Observers，即將進入休眠
        /// 此處有Observer釋放並新建AutoreleasePool: _objc_autoreleasePoolPop(); _objc_autoreleasePoolPush();
        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopBeforeWaiting);
 
        /// 7. sleep to wait msg.
        mach_msg() -> mach_msg_trap();
        
 
        /// 8. 通知Observers，線程被喚醒
        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopAfterWaiting);
 
        /// 9. 若是是被Timer喚醒的，回調Timer
        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_TIMER_CALLBACK_FUNCTION__(timer);
 
        /// 9. 若是是被dispatch喚醒的，執行全部調用 dispatch_async 等方法放入main queue 的 block
        __CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__(dispatched_block);
 
        /// 9. 若是若是Runloop是被 Source1 (基於port的) 的事件喚醒了，處理這個事件
        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE1_PERFORM_FUNCTION__(source1);
 
 
    } while (...);
 
    /// 10. 通知Observers，即將退出RunLoop
    /// 此處有Observer釋放AutoreleasePool: _objc_autoreleasePoolPop();
    __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopExit);
}
複製代碼

AutoreleasePool （很是重要）

  • App啓動後，蘋果在主線程 RunLoop 裏註冊了兩個 Observer，其回調都是 _wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler()。
  • 第一個 Observer 監視的事件是 Entry(即將進入Loop)，其回調內會調用 _objc_autoreleasePoolPush() 建立自動釋放池。其 order 是-2147483647，優先級最高，保證建立釋放池發生在其餘全部回調以前。
  • 第二個 Observer 監視了兩個事件： BeforeWaiting(準備進入休眠) 時調用_objc_autoreleasePoolPop() 和 _objc_autoreleasePoolPush() 釋放舊的池並建立新池；Exit(即將退出Loop) 時調用_objc_autoreleasePoolPop() 來釋放自動釋放池。這個 Observer 的 order 是 2147483647，優先級最低，保證其釋放池子發生在其餘全部回調以後。
  • 在主線程執行的代碼，一般是寫在諸如事件回調、Timer回調內的。這些回調會被 RunLoop 建立好的 AutoreleasePool 環繞着，因此不會出現內存泄漏，開發者也沒必要顯示建立 Pool 了。

事件響應

  • 蘋果註冊了一個 Source1 (基於 mach port 的) 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，接近傳感器等幾種 Event，隨後用 mach port 轉發給須要的App進程。隨後蘋果註冊的那個 Source1 就會觸發回調，並調用 _UIApplicationHandleEventQueue()進行應用內部的分發。
  • _UIApplicationHandleEventQueue() 會把 IOHIDEvent 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。
  • 須要注意的是 基於UI的事件響應，都是屬於 source1 的，雖然打印信息棧時，顯示的是 source0 ，但實際上，首先是由Source1 接收 IOHIDEvent ，以後在回調 __IOHIDEventSystemClientQueueCallback() 內觸發的 Source0，Source0 再觸發的 _UIApplicationHandleEventQueue()。因此 UIButton 事件看到是在 Source0 內的。

手勢識別

  • 當上面的_UIApplicationHandleEventQueue() 識別了一個手勢時，其首先會調用 Cancel 將當前的 touchesBegin/Move/End 系列回調打斷。隨後系統將對應的 UIGestureRecognizer 標記爲待處理。 蘋果註冊了一個 Observer 監測 BeforeWaiting (Loop即將進入休眠) 事件，這個Observer的回調函數是 _UIGestureRecognizerUpdateObserver()，其內部會獲取全部剛被標記爲待處理的 GestureRecognizer，並執行GestureRecognizer的回調。 當有 UIGestureRecognizer 的變化(建立/銷燬/狀態改變)時，這個回調都會進行相應處理。

界面更新

  • 當在操做 UI 時，好比改變了 Frame、更新了 UIView/CALayer 的層次時，或者手動調用了 UIView/CALayer 的 setNeedsLayout/setNeedsDisplay方法後，這個 UIView/CALayer 就被標記爲待處理，並被提交到一個全局的容器去。
  • 蘋果註冊了一個 Observer 監聽 BeforeWaiting(即將進入休眠) 和 Exit (即將退出Loop) 事件，回調去執行一個很長的函數： _ZN2CA11Transaction17observer_callbackEP19__CFRunLoopObservermPv()。這個函數裏會遍歷全部待處理的 UIView/CAlayer 以執行實際的繪製和調整，並更新 UI 界面。

定時器

  • NSTimer 其實就是 CFRunLoopTimerRef，他們之間是 toll-free bridged 的。一個 NSTimer 註冊到 RunLoop 後，RunLoop 會爲其重複的時間點註冊好事件。例如 10:00, 10:10, 10:20 這幾個時間點。RunLoop爲了節省資源，並不會在很是準確的時間點回調這個Timer。Timer 有個屬性叫作 Tolerance (寬容度)，標示了當時間點到後，允許有多少最大偏差。
  • 若是某個時間點被錯過了，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。
  • CADisplayLink 是一個和屏幕刷新率一致的定時器（但實際實現原理更復雜，和 NSTimer 並不同，其內部實際是操做了一個 Source）。若是在兩次屏幕刷新之間執行了一個長任務，那其中就會有一幀被跳過去（和 NSTimer 類似），形成界面卡頓的感受。在快速滑動TableView時，即便一幀的卡頓也會讓用戶有所察覺。

PerformSelecter

  • 當調用 NSObject 的 performSelecter:afterDelay: 後，實際上其內部會建立一個 Timer 並添加到當前線程的 RunLoop 中。因此若是當前線程沒有 RunLoop，則這個方法會失效。
  • 當調用 performSelector:onThread: 時，實際上其會建立一個 Timer 加到對應的線程去，一樣的，若是對應線程沒有 RunLoop 該方法也會失效。

關於GCD

  • GCD 自己與 RunLoop 是屬於平級的關係。 他們誰也不包含誰，可是他們之間存在着協做的關係。
  • 當調用 dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), block) 時，libDispatch 會向主線程的 RunLoop 發送消息，RunLoop會被喚醒，並從消息中取得這個 block，並在回調 __CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__() 裏執行這個 block。但這個邏輯僅限於 dispatch 到主線程，dispatch 到其餘線程仍然是由 libDispatch 處理的。

Runloop在iOS開發中的實踐

AFNetworking

  • 這裏有一個已經被將爛了的例子，即 AFNetworking 內部的 AFURLConnectionOperation 類，使用 RunLoop 來保持「長鏈接」， 目的是爲了讓 RunLoop 不至於退出，並無用於實際的發送消息。 由於RunLoop 啓動前內部必需要有至少一個 Timer/Observer/Source，因此 AFNetworking 在 [runLoop run] 以前先建立了一個新的 NSMachPort 添加進去了。
  • 代碼以下：
+ (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;
}
複製代碼
  • 這裏有一個坑，是否 AFNetworking 這樣作了，咱們就能夠跟着這樣作來保持回調的 「長鏈接」 呢？ 答案是否認的。

AsyncDisplayKit

  • UI 線程中一旦出現繁重的任務就會致使界面卡頓，這類任務一般分爲3類：排版，繪製，UI對象操做。
  • 排版一般包括計算視圖大小、計算文本高度、從新計算子式圖的排版等操做。 繪製通常有文本繪製 (例如 CoreText)、圖片繪製 (例如預先解壓)、元素繪製 (Quartz)等操做。 UI對象操做一般包括 UIView/CALayer 等 UI 對象的建立、設置屬性和銷燬。
  • 其中前兩類操做能夠經過各類方法扔到後臺線程執行，而最後一類操做只能在主線程完成，而且有時後面的操做須要依賴前面操做的結果 （例如TextView建立時可能須要提早計算出文本的大小）。ASDK 所作的，就是儘可能將能放入後臺的任務放入後臺，不能的則儘可能推遲 (例如視圖的建立、屬性的調整)。
  • 爲此，ASDK 建立了一個名爲 ASDisplayNode 的對象，並在內部封裝了 UIView/CALayer，它具備和 UIView/CALayer 類似的屬性，例如 frame、backgroundColor等。全部這些屬性均可以在後臺線程更改，開發者能夠只經過 Node 來操做其內部的 UIView/CALayer，這樣就能夠將排版和繪製放入了後臺線程。可是不管怎麼操做，這些屬性總須要在某個時刻同步到主線程的 UIView/CALayer 去。
  • ASDK 仿照 QuartzCore/UIKit 框架的模式，實現了一套相似的界面更新的機制：即在主線程的 RunLoop 中添加一個 Observer，監聽了 kCFRunLoopBeforeWaiting 和 kCFRunLoopExit 事件，在收到回調時，遍歷全部以前放入隊列的待處理的任務，而後一一執行。 具體的代碼能夠看這裏：_ASAsyncTransactionGroup。

ImageView推遲顯示

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

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

複製代碼

後臺常駐線程（很經常使用）

  • 解釋上述 AFNetworking 長時間鏈接問題 。

  • 方法1即 AFNetworking 中使用的方法，它使得 thread 在打開後，使用結束方法CFRunLoopStop(CFRunLoopGetCurrent())並無正常結束，該結束方法對這個建立 Thread 的方式無效。因此致使了內存暴增，圖以下

    image

image

  • 方法2 如圖，因爲它是一個非線程阻塞的方法，因此有時在線程還已經退出後，纔開始暫停這個線程，天然會使得程序崩潰。

    image

  • 方法3 纔是我推薦的方法 ，它能夠正確的建立一個後臺常駐線程。

    image

    • 執行結果以下
      image

  • 下面解釋一下原理吧

    • CFRunLoopStop() 方法只會結束當前的 runMode:beforeDate: 調用，而不會結束後續的調用。
    • 而咱們所知道，系統所謂的 run() 方法，實際上就是在內部不斷地調用runMode:beforeDate:方法，而所謂的runUntilDate:方法，也是有限的調用runMode:beforeDate:方法。只是它們所傳的參數都是DefaultMode罷了。
    • 而正常結束一個 RunLoop 的方法只有兩種
      • 設置超時時間
      • 使用CFRunLoopStop()方法手動將 RunLoop 結束。
    • 通常咱們使用設置超時時間便可，可是在網絡傳輸中，咱們想達到的目標就是在精準的時間點結束 RunLoop， 因此咱們須要使用CFRunLoopStop()方法手動將 RunLoop 結束。
    • 而CFRunLoopStop()方法的定義中說了。

    The difference is that you can use this technique on run loops you started unconditionally.

    • 官方文檔在 run 方法的定義中則說

    If you want the run loop to terminate, you shouldn't use this method

    • 這也就表示了，若是還想從 RunLoop 中退出，就不能使用 run 方法來 run 一個 loop。
    • 而且重要的是， CFRunLoopStop() 方法只會結束當前的 runMode:beforeDate: 調用，而不會結束後續的調用。這也就是爲何 Runloop 的文檔中說CFRunLoopStop() 能夠 exit(退出) 一個 RunLoop，而在 run 等方法的文檔中又說這樣會致使 RunLoop 沒法 terminate(終結)。

總結

  • 之前對 RunLoop 能夠說是一竅不通， 只知道有這麼個名詞，在實際的編程中，也歷來沒有使用過，一直都想深刻研究一下，索性這兩天比較用時間，就花了兩天時間找了大量的資料來理解，總結 RunLoop， 在這個過程當中不免會有不少疏漏，也請有緣看到這篇文章的大家不吝賜教。謝謝O(∩_∩)O~

參考文獻

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