runloop原理

作者: 晨阳Xia | 来源:发表于2021-03-17 18:20 被阅读0次

打印函数调用栈

bt

什么是runloop

运行循环，在程序运行过程中循环做一些事情

应用范畴

定时器（timer）performselecter
GCD Async Main Queue
网络请求，
AutoReleasePool

UIApplicationMain(argc, argv, nil, appDelegateClassName); 内部实现了runloop

@autoreleasepool {
int retVal = 0;
do {
int message = sleep_and_wait();
retVal = precess_message(message);

 }while (0 == retVal)
 return 0;

}

runloop的作用

保证程序的持续运行
处理app中的各种事件（比如触摸事件，定时器事件）
节省cpu资源，提高程序性能，该做事时做事该休息时休息

线程与runloop对象的关系

runloop跟线程的关系：每一条线程都有唯一一个与之对应的runloop对象
runloop保存在一个全局的dictionary里，线程作为key,runloop作为value
线程刚创建时并没有runloop对象，Runloop会在第一次获取他时创建（主线程的runloop是在UIApplicationMain 获取runloop的时候创建的）
runloop会在线程结束时销毁
主线程的runloop已经自动获取，子线程默认没有开启runloop

runloop 懒加载和线程一对一的源码：

 if (!loop) {
    CFRunLoopRef newLoop = __CFRunLoopCreate(t);
        __CFLock(&loopsLock);
    loop = (CFRunLoopRef)CFDictionaryGetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t));
    if (!loop) {
        CFDictionarySetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t), newLoop);
        loop = newLoop;
    }

与runloop相关的类

struct __CFRunLoop {
    CFRuntimeBase _base;
    pthread_mutex_t _lock;          /* locked for accessing mode list */
    __CFPort _wakeUpPort;           // used for CFRunLoopWakeUp 
    Boolean _unused;
    volatile _per_run_data *_perRunData;              // reset for runs of the run loop
    pthread_t _pthread;
    uint32_t _winthread;
    CFMutableSetRef _commonModes;
    CFMutableSetRef _commonModeItems;
    CFRunLoopModeRef _currentMode;
    CFMutableSetRef _modes;
    struct _block_item *_blocks_head;
    struct _block_item *_blocks_tail;
    CFAbsoluteTime _runTime;
    CFAbsoluteTime _sleepTime;
    CFTypeRef _counterpart;
};

CFRunloopRef
CFRunloopModeRef
CFRunloopSourceRef
CFRunloopTimerRef
CFRunloopObserverRef

CFRunloopModeRef

CFRunloopModeRef 代表Runloop的运行模式
一个runloop包含若干个mode，每个mode又包含若干个Source0/Source1/Timers/Observers
runloop启动时只能选择一个mode作为currentMode
如果需要切换mode，只能退出当前runloop（并不是代码执行完毕，而是在runloop内部切换了mode，上一个循环的内容结束而已，开始新的模式循环），再重新选择一个mode进入（好处：可以保证app专注于当前模式，不同组的source0/source1/timer/observe 能分隔开来，互不影响）
如果mode没有任何的source0/source1/timer/observe，runloop会立马退出

常见的两个模式

kCFRunLoopDefaultMode: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朱总触摸滑动，保证界面滑动时不受其他mode的影响

runloop一旦启动，处理的内容

Source0:

触摸事件
performSelector:onThread:
Source1:
基于port的线程通信
系统事件的捕捉（点击事件一开始属于source1，然后包装，给source0来处理）
Timer:
NSTimer
performSelector:withObject:afterDelay:
Observers:
用于监听Runloop的状态（监听到runloop准备睡觉了，才开始刷新设置的背景颜色和自动释放池释放内存）
UI刷新

检测runloop状态的代码

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    CFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreate(kCFAllocatorDefault, kCFRunLoopAllActivities, YES, 0, observeRunloopActivites, NULL);
    CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetMain(), observer, kCFRunLoopCommonModes);
    CFRelease(observer);
};


 // Run Loop Observer Activities
 typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
     kCFRunLoopEntry = (1UL << 0),
     kCFRunLoopBeforeTimers = (1UL << 1),
     kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2),
     kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5),
     kCFRunLoopAfterWaiting = (1UL << 6),
     kCFRunLoopExit = (1UL << 7),
     kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU
 };



void observeRunloopActivites(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity, void *info){
    switch (activity) {
       
        default:
            break;
    }
}

或者
CFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreateWithHandler(kCFAllocatorDefault, kCFRunLoopAllActivities, YES, 0, ^(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity) {
        switch (activity) {
       
        default:
            break;
    }
    });
CFRelease(observer);

gcd和runloop的关系

gcd不依赖于runloop（在子线程里做事情不依赖runloop）但是gcd回到主线程做事情后，会依赖runloop
这也可以反映出：回到主线程刷新UI的原因

runloop运行逻辑

image.png

runloop的休眠跟while循环是不一样的

while的循环cpu一直在执行
而runloop的休眠是mach_msg内核层面的api实现的

image.png

这种休眠原理真正的达到节省cpu资源的能力。

timer和mode的关系

image.png

timer被添加到mode里。
timer会唤醒runloop
如果timer被设置为commonmode 则timer被放在 _commonModeItems里去了

runloop

睡觉之前将颜色渲染出来，设置按钮的文字，点击事件的处理，清空释放池
定时器可以唤醒runloop

runLoop 源码

CoreFoundation 中关于runloop的五个类
CFRunloopRef
CFRunloopModeRef
CFRunloopSourceRef
CFRunloopTimerRef
CFRunloopObserverRef

typedef struct __CFRunloop * CFRunloopRef;
struct __CFRunloop {
    pthread_t _pthread;
    CFMutableSetRef _commonModes;   // 存放了UITrackingRunloopMode、NSDefaultRunloopMode 模式
    CFMutableSetRef _commonModeItems;
    CFRunloopModeRef _currentMode; //  当前模式
    CFMutableSetRef _modes;  //  装着可以用的所有模式，这个包含了 _commonModes
}

typedef struct __CFRunloopMode *CFRunloopModeRef;
struct __CFRunloopMode {
    CFStringRef _name;
    CFMutableSetRef _source0;
    CFMutableSetRef _source1;
    CFMutableArrayRef _observers;
    CFMutableArrayRef _timers;
}

_modes 跟 commonModes的区别：
NSTimer *timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:1.0 repeats:YES block:^(NSTimer * _Nonnull timer) {
    }];
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];
解释一下：
NSDefaultRunloopMode、UITrackingRunloopMode才是真正的模式
NSRunloopCommonModes并不是一个真正的模式，它只是一个标记
NSRunLoopCommonModes 使timer能在commonModes数组中存放的模式下工作

runloop循环机制

1、通知observers进入loop ()
2、通知observers即将开始处理Timers （NSTimer, performSelector:withObject:afterDelay:）
3、通知observers开始处理Sources
4、开始处理block
5、开始处理source0 （触摸事件、performSelecter:onThread）
6、如果存在source1则执行第八步 (基于port进行线程间的通信、系统事件捕捉)
7、通知observers开始休眠（等待消息唤醒）
8、通知observers结束休眠（被某个消息唤醒）
处理timer事件
处理GCD Async To Main Queue事件
处理Source1
9、处理blocks
10、根据前面的执行结果决定怎么做
1、回到第2步
2、退出loop
11、通知observer结束loop

Observers、Source0、Source1、Timer

Observers:
用于监听runloop的状态
UI刷新（BeforeWaiting）
Autorelease Pool (BeforeWaiting)

Timer:
NSTimer
performSelector:withObject:afterDelay:

Source1:
基于port进行线程间的通信
系统事件捕捉

Source0:
触摸事件
performSelector:onThread:

runloop入口

SInt32 CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopRef rl, CFStringRef modeName, CFTimeInterval seconds, Boolean returnAfterSourceHandled) { 
    __CFRunLoopDoObservers(rl, currentMode, kCFRunLoopEntry); // 通知observer进入runloop
    
    result = __CFRunLoopRun(rl, currentMode, seconds, returnAfterSourceHandled, previousMode); // 通知observer处理事情
    
    __CFRunLoopDoObservers(rl, currentMode, kCFRunLoopExit); // 通知observer退出runloop
    
    return result;
}

__CFRunLoopRun 实现：


CFRunloop.c
static int32_t __CFRunLoopRun(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopModeRef rlm, CFTimeInterval seconds, Boolean stopAfterHandle, CFRunLoopModeRef previousMode) { 
    // 通知observers 开始处理timers
    __CFRunLoopDoObservers(rl, rlm, kCFRunLoopBeforeTimers);
    
    // 通知observers开始处理sorces
    __CFRunLoopDoObservers(rl, rlm, kCFRunLoopBeforeSources);
    
    // 开始处理blocks
    __CFRunLoopDoBlocks(rl, rlm);
    
    // 处理source0
    Boolean sourceHandledThisLoop = __CFRunLoopDoSources0(rl, rlm, stopAfterHandle);
    if (sourceHandledThisLoop) {
            // 处理blocks
            __CFRunLoopDoBlocks(rl, rlm);
    }
    
    // 判断有无source1
    if (__CFRunLoopServiceMachPort(dispatchPort, &msg, sizeof(msg_buffer), &livePort, 0, &voucherState, NULL)) {
                  // 如果有source1，就跳转到handle_msg
                goto handle_msg;
            }
  
  // 通知observers开始休眠          
   __CFRunLoopDoObservers(rl, rlm, kCFRunLoopBeforeWaiting);
    __CFRunLoopSetSleeping(rl);
    
    // 等待别的消息来唤醒当前线程
    __CFRunLoopServiceMachPort(waitSet, &msg, sizeof(msg_buffer), &livePort, poll ? 0 : TIMEOUT_INFINITY, &voucherState, &voucherCopy);
    // mach_msg可以让线程睡觉，这是内核层面的API，和while一直循环不一样。
    
 __CFRunLoopUnsetSleeping(rl);
 // 通知observers结束休眠
    __CFRunLoopDoObservers(rl, rlm, kCFRunLoopAfterWaiting);
    
handle_msg:;
    // 唤醒runloop
    __CFRunLoopSetIgnoreWakeUps(rl);
    
    if(rlm->_timerPort != MACH_PORT_NULL && livePort == rlm->_timerPort){ //被timer唤醒
        __CFRunloopDoTimers(rl,rlm,mach_absolute_time())
    }else if(livePort == dispatchPort) { //被gcd唤醒
        __CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__(msg);
    }else { // 被source1唤醒
        __CFRunLoopDoSource1(rl, rlm, rls) || sourceHandledThisLoop;
    }
    
    // 处理blocks
    __CFRunLoopDoBlocks(rl, rlm);
    
    // 设置返回值
    if (sourceHandledThisLoop && stopAfterHandle) {
        retVal = kCFRunLoopRunHandledSource;
        } else if (timeout_context->termTSR < mach_absolute_time()) {
            retVal = kCFRunLoopRunTimedOut;
    } else if (__CFRunLoopIsStopped(rl)) {
            __CFRunLoopUnsetStopped(rl);
        retVal = kCFRunLoopRunStopped;
    } else if (rlm->_stopped) {
        rlm->_stopped = false;
        retVal = kCFRunLoopRunStopped;
    } else if (__CFRunLoopModeIsEmpty(rl, rlm, previousMode)) {
        retVal = kCFRunLoopRunFinished;
    }
    return retVal;
}

runloop是如何响应用户操作的，具体流程是什么？

source1捕捉系统事件，点击屏幕事件在source1事件处理，source1吧事件包装成事件队列eventqueue，放到source0里面去处理

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