OC-Run Loop的理解和使用

作者: 楚槟夕 | 来源:发表于2017-11-23 01:28 被阅读258次

Run Loop是什么

RunLoop顾名思义，是运行循环。它跟线程是一一对应的，每一个线程都有一个RunLoop，在需要的时候创建。RunLoop的作用很简单，就是保持线程不会退出，并且处理一些事件。

如果没有RunLoop，线程只要一执行完代码就会退出。RunLoop类似一个while循环，但是又不像while循环会占用CPU资源，RunLoop在等待的时候处于休眠状态，只有接收到事件时，才会被唤醒，然后再做相应的处理。

程序启动时，系统会自动为我们开启主线程的RunLoop，这就保证了我们的程序不会退出，并且可以一直响应我们的操作。而子线程的RunLoop并没有开启，需要我们手动开启。

Run Loop使用

说到使用RunLoop，其实我们在使用NSTimer的时候就已经使用过它了，只不过那时候并没有对RunLoop深入研究，我们来重新体验一下一个NSTimer的简单使用：

    //创建一个Timer
    NSTimer *timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:1 repeats:YES block:^(NSTimer * _Nonnull timer) {
        NSLog(@"timer");
    }];
    
    //把它加到RunLoop里
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode];

一个NSTimer必须和RunLoop一起工作，不然它没办法运作。这里再给RunLoop添加timer的时候，有一个参数叫Mode，这是RunLoop模式，不同模式处理不同类型输入源的事件。

NSDefaultRunLoopMode：App的默认Mode，通常主线程是在这个Mode下运行。
UITrackingRunLoopMode：界面跟踪 Mode，用于 ScrollView 追踪触摸滑动，保证界面滑动时不受其他 Mode 影响。
UIInitializationRunLoopMode: 在刚启动 App 时第进入的第一个 Mode，启动完成后就不再使用。
GSEventReceiveRunLoopMode: 接受系统事件的内部 Mode，通常用不到。
NSRunLoopCommonModes: 这是一个占位用的Mode，不是一种真正的Mode，它会同时处理默认模式和UI模式中的事件。

到这里又引发出来了新的问题，为什么NSTimer必须添加到RunLoop才能使用呢？

这就涉及到了RunLoop所能处理的事件了：

Run loop接收输入事件来自两种不同的来源：输入源（input source）和定时源（timer source）。输入源传递异步事件，通常消息来自于其他线程或程序。定时源则传递同步事件，发生在特定时间或者重复的时间间隔。两种源都使用程序的某一特定的处理例程来处理到达的事件。

这张官方的图简单的描述了RunLoop所能处理的事件来源：

接下来，我们来玩一玩RunLoop。在OC中，有NSRunLoop和CFRunLoop两种方式来获取并且操作RunLoop。其中NSRunLoop是CFRunLoop的封装。我们以NSRunLoop为主对RunLoop进行使用。首先，我们创建一个线程，然后开启它的runloop，我们如何证明它的runloop已经开启呢？结合上图，我们只需要找一个runloop能够处理的事件，然后让它去处理就可以了，我这里挑选了- (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(nullable id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait ;方法：

//首先持有一个线程对象，方便我们之后使用它
@property (nonatomic, strong) NSThread *thread;

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    //初始化并开启，在线程内部开启它的runloop
    self.thread = [[NSThread alloc] initWithBlock:^{
        NSLog(@"这是一条子线程%@",[NSThread currentThread]);
        
        [[NSRunLoop currentRunLoop] run];
    }];
    [self.thread start];
}

//点击屏幕时，在线程上执行下面的打印
- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    
    [self performSelector:@selector(test) onThread:self.thread withObject:nil waitUntilDone:NO];
}

//打印出线程，以便我们确认是同一条
- (void)test{
    NSLog(@"哈哈哈%@",[NSThread currentThread]);
}

我们可以通过[NSRunLoop currentRunLoop]获取当前线程的RunLoop，开启RunLoop只需要调用其run方法。

按照我们预想的结果，运行以后每次点击屏幕都应该有输出，但是实际上我们点击屏幕并没有任何效果。这是因为开启RunLoop之前必须给其指定至少一种输入源或者定时源，不然开启之后会马上退出。说到这里，我们得看一下RunLoop在一次循环的周期内，到底做了什么事情：

每次运行run loop，你线程的run loop对会自动处理之前未处理的消息，并通知相关的观察者。具体的顺序如下：

通知观察者run loop已经启动
通知观察者任何即将要开始的定时器
通知观察者任何即将启动的非基于端口的源
启动任何准备好的非基于端口的源
如果基于端口的源准备好并处于等待状态，立即启动；并进入步骤9。
通知观察者线程进入休眠
将线程置于休眠直到任一下面的事件发生：
- 某一事件到达基于端口的源
- 定时器启动
- Run loop设置的时间已经超时
- run loop被显式唤醒
通知观察者线程将被唤醒。
处理未处理的事件
- 如果用户定义的定时器启动，处理定时器事件并重启run loop。进入步骤2
- 如果输入源启动，传递相应的消息
- 如果run loop被显式唤醒而且时间还没超时，重启run loop。进入步骤2
通知观察者run loop结束。

从以上我们可以知道，如果是定时器事件，执行之后会直接重启RunLoop，如果是其它事件，处理完毕后，不会再次唤醒RunLoop，要想它继续监听事件，我们必须得手动唤醒它。之前在我们点击的时候，runloop已经退出了，所以代码并没有执行。

不过这难不倒我们，我们可以给它一个循环，让它不断得开启：

    while (true) {
        [[NSRunLoop currentRunLoop] run];
    }

再次运行，点击屏幕就可以看到打印出的信息：

开启RunLoop还有另外几个方法，我们平时最好不要直接使用run方法，可能会造成无限循环：

//同run方法，增加超时参数limitDate，避免进入无限循环。使用在UI线程（亦即主线程）上，可以达到暂停的效果。
(void)runUntilDate:(NSDate *)limitDate; 

//等待消息处理，好比在PC终端窗口上等待键盘输入。一旦有合适事件（mode相当于定义了事件的类型）被处理了，则立刻返回；类同run方法，如果没有事件处理也立刻返回；有否事件处理由返回布尔值判断。同样limitDate为超时参数。
(BOOL)runMode:(NSString )mode beforeDate:(NSDate )limitDate;

以上是一些简单的操作，我们可以利用RunLoop去监测一些事件，当它发生的时候再去做处理。但是用while循环会让CPU一直在工作，所以我们最好设置一种终止RunLoop循环的条件。

前面提到，RunLoop在开启时，需要给它指定输入源，而输入源是可以自定义的，不过它需要使用CFRunLoop。接下来我们可以自己自定义一种输入源：

/* Run Loop Source Context的三个回调方法，其实是C语言函数 */

// 当把当前的Run Loop Source添加到Run Loop中时，会回调这个方法。
void runLoopSourceScheduleRoutine (void *info, CFRunLoopRef runLoopRef, CFStringRef mode)
{
    NSLog(@"Input source被添加%@",[NSThread currentThread]);

}

// 当前Input source被告知需要处理事件的回调方法
void runLoopSourcePerformRoutine (void *info)
{
    NSLog(@"回调方法%@",[NSThread currentThread]);
}

// 如果使用CFRunLoopSourceInvalidate函数把输入源从Run Loop里面移除的话,系统会回调该方法。
void runLoopSourceCancelRoutine (void *info, CFRunLoopRef runLoopRef, CFStringRef mode)
{
    NSLog(@"Input source被移除%@",[NSThread currentThread]);
}

//创建两个属性来保存`runLoopSource `和`runLoop `
@implementation ViewController{
    CFRunLoopSourceRef runLoopSource;
    CFRunLoopRef runLoop;
}

        //在之前的线程代码中为RunLoop添加Source
        self.thread = [[NSThread alloc] initWithBlock:^{
        NSLog(@"这是一条子线程%@",[NSThread currentThread]);
        
        runLoop = CFRunLoopGetCurrent();
        
        CFRunLoopSourceContext context = {0, (__bridge void *)(self), NULL, NULL, NULL, NULL, NULL,
            &runLoopSourceScheduleRoutine,
            &runLoopSourceCancelRoutine,
            &runLoopSourcePerformRoutine};
        
        //CFAllocatorRef内存分配器，默认NULL，CFIndex优先索引，默认0，CFRunLoopSourceContext上下文
        runLoopSource = CFRunLoopSourceCreate(NULL, 0, &context);
        CFRunLoopAddSource(runLoop, runLoopSource, kCFRunLoopDefaultMode);
        
        [[NSRunLoop currentRunLoop] runUntilDate:[NSDate dateWithTimeIntervalSinceNow:10]];

    }];
    [self.thread start];

然后我们需要在点击的时候通知InputSource，并且唤醒runLoop：

    //通知InputSource
    CFRunLoopSourceSignal(InputSource);
    //唤醒runLoop
    CFRunLoopWakeUp(runLoop);

然后点击测试一下：

因为我们设置了超时时间，所以10秒以后，RunLoop就会退出。同时它的InputSource被自动移除。

以上，我们简单的自己创建并添加了RunLoop的InputSource，实际开发中，我们可以对InputSource进行封装，使用起来更方便。这里就不做这一步了，网上可以找到比较完善的例子。

RunLoop还有一个观察者，可以让我们监听到RunLoop的各种状态，它也需要用CFRunLoop来实现，接下来，我们在上面的基础上，对RunLoop添加观察者进行监听：

// RunLoop监听回调
void currentRunLoopObserver(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity, void *info)
{
    NSString *activityDescription;
    switch (activity) {
        case kCFRunLoopEntry:
            activityDescription = @"kCFRunLoopEntry";
            break;
        case kCFRunLoopBeforeTimers:
            activityDescription = @"kCFRunLoopBeforeTimers";
            break;
        case kCFRunLoopBeforeSources:
            activityDescription = @"kCFRunLoopBeforeSources";
            break;
        case kCFRunLoopBeforeWaiting:
            activityDescription = @"kCFRunLoopBeforeWaiting";
            break;
        case kCFRunLoopAfterWaiting:
            activityDescription = @"kCFRunLoopAfterWaiting";
            break;
        case kCFRunLoopExit:
            activityDescription = @"kCFRunLoopExit";
            break;
        default:
            break;
    }
    NSLog(@"Run Loop activity: %@", activityDescription);
}

        //为runLoop添加观察者
        CFRunLoopObserverContext  runLoopObserverContext = {0, NULL, NULL, NULL, NULL};
        CFRunLoopObserverRef    observer = CFRunLoopObserverCreate(NULL,//内存分配器，默认NULL
                                                                   kCFRunLoopAllActivities,//监听所有状态
                                                                   YES,//是否循环
                                                                   0,//优先索引，一般为0
                                                                   &currentRunLoopObserver,//回调方法
                                                                   &runLoopObserverContext//上下文
                                                                   );
        if (observer)
        {
            CFRunLoopAddObserver(runLoop, observer, kCFRunLoopDefaultMode);
        }

运行以后：

上面，我们对Runloop的使用做了简单的分析，但是对我们好像还是没什么卵用。接下来，我们通过一个实际的案例来运用RunLoop，让它变成我们的法宝。

Run Loop的实际应用

我们在实际开发中经常会遇到TableView中有大量的图片显示，在滑动过程中，能明显得感觉到卡顿。我们这里用TableView显示多张大图简单模拟一下：

    self.tableView = [[UITableView alloc] initWithFrame:self.view.frame];
    self.tableView.delegate = self;
    self.tableView.dataSource = self;
    self.tableView.tableFooterView = [[UIView alloc] initWithFrame:CGRectZero];
    
    [self.view addSubview:self.tableView];

- (NSInteger)tableView:(UITableView *)tableView numberOfRowsInSection:(NSInteger)section {
    return 299;
}

- (CGFloat)tableView:(UITableView *)tableView heightForRowAtIndexPath:(NSIndexPath *)indexPath {
    return 100;
}

- (UITableViewCell *)tableView:(UITableView *)tableView cellForRowAtIndexPath:(NSIndexPath *)indexPath {
    
    NSString *identifier = @"identifier";
    UITableViewCell *cell = [tableView dequeueReusableCellWithIdentifier:identifier];
    
    if (!cell) {
        cell = [[UITableViewCell alloc] initWithStyle:UITableViewCellStyleDefault reuseIdentifier:identifier];
        cell.selectionStyle = UITableViewCellSelectionStyleNone;
    }

    for (UIView *view in cell.subviews) {
        [view removeFromSuperview];
    }
    
    UIImageView *imageView1 = [[UIImageView alloc] initWithImage:[UIImage imageNamed:@"timg2"]];
        imageView1.frame = CGRectMake(10, 10, 100, 80);
        [cell addSubview:imageView1];
    
    UIImageView *imageView2 = [[UIImageView alloc] initWithImage:[UIImage imageNamed:@"timg2"]];
        imageView2.frame = CGRectMake(120, 10, 100, 80);
        [cell addSubview:imageView2];
    
    UIImageView *imageView3 = [[UIImageView alloc] initWithImage:[UIImage imageNamed:@"timg2"]];
        imageView3.frame = CGRectMake(230, 10, 100, 80);
        [cell addSubview:imageView3];
    
    return cell;
}

那么怎么做优化呢？利用我们前面了解的RunLoop可以实现这个优化。我们知道卡顿的主要原因是因为加载大量大图是比较耗时的，而在主线程上处理耗时操作时，我们滑动或者点击屏幕就会有卡顿的感觉，因为在同一条线程上的任务只能串行执行。而我们滑动屏幕时，一瞬间要显示很多张图片，这就形成了一个耗时操作。

经过思考，我们可以把这些图片在每一次runLoop循环中添加一张，这样的话，因为每次只添加一张图片，时间大大缩短，就不会有卡顿的感觉了。

我们这里利用runLoop的观察者来监听每一次runloop循环，然后在监听事件里，添加一张图片。我们这里把添加图片当做任务放到一个数组里面，任务就是一个block，这样我们在回调里面只需要拿出任务执行就OK了：

//定义一个任务
typedef void(^RunLoopTask)(void);
//用来存放任务的数组
@property (nonatomic, strong) NSMutableArray<RunLoopTask> *tasks;
//最大任务数量
@property (nonatomic, assign) NSInteger maxTaskCount;

    //初始化数据
    self.maxTaskCount = 24;
    self.tasks = [NSMutableArray array];

//添加任务到数组
- (void)addTask:(RunLoopTask)task{
    
    [self.tasks addObject:task];
    
    //保证之前没来得及显示的图片不会再绘制
    if (self.tasks.count > _maxTaskCount) {
        [self.tasks removeObjectAtIndex:0];
    }
}


//添加任务
    [self addTask:^{
        UIImageView *imageView1 = [[UIImageView alloc] initWithImage:[UIImage imageNamed:@"timg2"]];
        imageView1.frame = CGRectMake(10, 10, 100, 80);
        [cell addSubview:imageView1];
    }];
    
    [self addTask:^{
        UIImageView *imageView2 = [[UIImageView alloc] initWithImage:[UIImage imageNamed:@"timg2"]];
        imageView2.frame = CGRectMake(120, 10, 100, 80);
        [cell addSubview:imageView2];
    }];
    

    [self addTask:^{
        UIImageView *imageView3 = [[UIImageView alloc] initWithImage:[UIImage imageNamed:@"timg2"]];
        imageView3.frame = CGRectMake(230, 10, 100, 80);
        [cell addSubview:imageView3];
    }];

- (void)addObserverToMainRunLoop{
    //为runLoop添加观察者
    CFRunLoopObserverContext  runLoopObserverContext = {0, (__bridge void *)(self), NULL, NULL, NULL};
    CFRunLoopObserverRef    observer = CFRunLoopObserverCreate(NULL,//内存分配器，默认NULL
                                                               kCFRunLoopBeforeWaiting,//等待之前
                                                               YES,//是否循环
                                                               0,//优先索引，一般为0
                                                               &currentRunLoopObserver,//回调方法
                                                               &runLoopObserverContext//上下文
                                                               );
    if (observer)
    {
        CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetMain(), observer, kCFRunLoopCommonModes);
    }
    CFRelease(observer);
}

// RunLoop监听回调
static void currentRunLoopObserver(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity, void *info)
{
    MyViewController *vc = (__bridge MyViewController *)info;
    if (vc.tasks.count == 0) {
        return;
    }
    RunLoopTask task = vc.tasks.firstObject;
    task();
    [vc.tasks removeObjectAtIndex:0];
}

然后再运行，就很流畅了。当然代码并不是完整代码，篇幅有限，只能把主要代码贴上来。
总结一下，我们可以把耗时的大量UI操作利用RunLoop分解，使界面保持流畅。

本文参考iOS多线程编程指南（三）Run Loop。
本文所涉及到所有的代码点击前往。

OC-Run Loop的理解和使用

Run Loop是什么

Run Loop使用

Run Loop的实际应用

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