④ Runloop面试题相关

1.RunLoop概念

RunLoop是通过内部维护的事件循环(Event Loop)来对事件/消息进行管理的一个对象。

1、没有消息处理时，休眠已避免资源占用，由用户态切换到内核态(CPU-内核态和用户态)
2、有消息需要处理时，立刻被唤醒，由内核态切换到用户态

为什么main函数不会退出？

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

UIApplicationMain内部默认开启了主线程的RunLoop，并执行了一段无限循环的代码（不是简单的for循环或while循环）

//无限循环代码模式(伪代码)
int main(int argc, char * argv[]) {        
    BOOL running = YES;
    do {
        // 执行各种任务，处理各种事件
        // ......
    } while (running);

    return 0;
}

UIApplicationMain函数一直没有返回，而是不断地接收处理消息以及等待休眠，所以运行程序之后会保持持续运行状态。

2.RunLoop的数据结构

NSRunLoop(Foundation)是CFRunLoop(CoreFoundation)的封装，提供了面向对象的API
RunLoop 相关的主要涉及五个类：

CFRunLoop：RunLoop对象
CFRunLoopMode：运行模式
CFRunLoopSource：输入源/事件源
CFRunLoopTimer：定时源
CFRunLoopObserver：观察者

1、CFRunLoop

由pthread(线程对象，说明RunLoop和线程是一一对应的)、currentMode(当前所处的运行模式)、modes(多个运行模式的集合)、commonModes(模式名称字符串集合)、commonModelItems(Observer,Timer,Source集合)构成

2、CFRunLoopMode

由name、source0、source1、observers、timers构成

3、CFRunLoopSource

分为source0和source1两种

• source0:
  即非基于port的，也就是用户触发的事件。需要手动唤醒线程，将当前线程从内核态切换到用户态

• source1:
  基于port的，包含一个 mach_port 和一个回调，可监听系统端口和通过内核和其他线程发送的消息，能主动唤醒RunLoop，接收分发系统事件。
  具备唤醒线程的能力

4、CFRunLoopTimer

基于时间的触发器，基本上说的就是NSTimer。在预设的时间点唤醒RunLoop执行回调。因为它是基于RunLoop的，因此它不是实时的（就是NSTimer 是不准确的。 因为RunLoop只负责分发源的消息。如果线程当前正在处理繁重的任务，就有可能导致Timer本次延时，或者少执行一次）。

5、CFRunLoopObserver

监听以下时间点:CFRunLoopActivity

• kCFRunLoopEntry
  RunLoop准备启动

• kCFRunLoopBeforeTimers
  RunLoop将要处理一些Timer相关事件

• kCFRunLoopBeforeSources
  RunLoop将要处理一些Source事件

• kCFRunLoopBeforeWaiting
  RunLoop将要进行休眠状态,即将由用户态切换到内核态

• kCFRunLoopAfterWaiting
  RunLoop被唤醒，即从内核态切换到用户态后

• kCFRunLoopExit
  RunLoop退出

• kCFRunLoopAllActivities
  监听所有状态

6、各数据结构之间的联系

线程和RunLoop一一对应， RunLoop和Mode是一对多的，Mode和source、timer、observer也是一对多的

3.RunLoop的Mode

关于Mode首先要知道一个RunLoop 对象中可能包含多个Mode，且每次调用 RunLoop 的主函数时，只能指定其中一个 Mode(CurrentMode)。切换 Mode，需要重新指定一个 Mode 。主要是为了分隔开不同的 Source、Timer、Observer，让它们之间互不影响。

当RunLoop运行在Mode1上时，是无法接受处理Mode2或Mode3上的Source、Timer、Observer事件的

总共是有五种CFRunLoopMode:

• kCFRunLoopDefaultMode：默认模式，主线程是在这个运行模式下运行
• UITrackingRunLoopMode：跟踪用户交互事件（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：接受系统内部事件，通常用不到
• kCFRunLoopCommonModes：伪模式，不是一种真正的运行模式，是同步Source/Timer/Observer到多个Mode中的一种解决方案

4.RunLoop的实现机制

这张图在网上流传比较广。

对于RunLoop而言最核心的事情就是保证线程在没有消息的时候休眠，在有消息时唤醒，以提高程序性能。RunLoop这个机制是依靠系统内核来完成的（苹果操作系统核心组件Darwin中的Mach）。

RunLoop通过mach_msg()函数接收、发送消息。它的本质是调用函数mach_msg_trap()，相当于是一个系统调用，会触发内核状态切换。在用户态调用 mach_msg_trap()时会切换到内核态；内核态中内核实现的mach_msg()函数会完成实际的工作。
即基于port的source1，监听端口，端口有消息就会触发回调；而source0，要手动标记为待处理和手动唤醒RunLoop

Mach消息发送机制
大致逻辑为：
1、通知观察者 RunLoop 即将启动。
2、通知观察者即将要处理Timer事件。
3、通知观察者即将要处理source0事件。
4、处理source0事件。
5、如果基于端口的源(Source1)准备好并处于等待状态，进入步骤9。
6、通知观察者线程即将进入休眠状态。
7、将线程置于休眠状态，由用户态切换到内核态，直到下面的任一事件发生才唤醒线程。

• 一个基于 port 的Source1 的事件(图里应该是source0)。
• 一个 Timer 到时间了。
• RunLoop 自身的超时时间到了。
• 被其他调用者手动唤醒。

8、通知观察者线程将被唤醒。
9、处理唤醒时收到的事件。

• 如果用户定义的定时器启动，处理定时器事件并重启RunLoop。进入步骤2。
• 如果输入源启动，传递相应的消息。
• 如果RunLoop被显示唤醒而且时间还没超时，重启RunLoop。进入步骤2

10、通知观察者RunLoop结束。

5.RunLoop与NSTimer

一个比较常见的问题：滑动tableView时，定时器还会生效吗？
默认情况下RunLoop运行在kCFRunLoopDefaultMode下，而当滑动tableView时，RunLoop切换到UITrackingRunLoopMode，而Timer是在kCFRunLoopDefaultMode下的，就无法接受处理Timer的事件。
怎么去解决这个问题呢？把Timer添加到UITrackingRunLoopMode上并不能解决问题，因为这样在默认情况下就无法接受定时器事件了。
所以我们需要把Timer同时添加到UITrackingRunLoopMode和kCFRunLoopDefaultMode上。
那么如何把timer同时添加到多个mode上呢？就要用到NSRunLoopCommonModes了

[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];

Timer就被添加到多个mode上，这样即使RunLoop由kCFRunLoopDefaultMode切换到UITrackingRunLoopMode下，也不会影响接收Timer事件

6.RunLoop和线程

• 线程和RunLoop是一一对应的,其映射关系是保存在一个全局的 Dictionary 里
• 自己创建的线程默认是没有开启RunLoop的

1、怎么创建一个常驻线程？

1、为当前线程开启一个RunLoop（第一次调用 [NSRunLoop currentRunLoop]方法时实际是会先去创建一个RunLoop）
2、向当前RunLoop中添加一个Port/Source等维持RunLoop的事件循环（如果RunLoop的mode中一个item都没有，RunLoop会退出）
3、启动该RunLoop

  @autoreleasepool {
        
        NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];
        
        [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:[NSMachPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
        
        [runLoop run];
        
    }

2、输出下边代码的执行顺序

NSLog(@"1");

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
    
    NSLog(@"2");

    [self performSelector:@selector(test) withObject:nil afterDelay:10];
    
    NSLog(@"3");
});

NSLog(@"4");

- (void)test
{
    
    NSLog(@"5");
}

答案是1423，test方法并不会执行。
原因是如果是带afterDelay的延时函数，会在内部创建一个 NSTimer，然后添加到当前线程的RunLoop中。也就是如果当前线程没有开启RunLoop，该方法会失效。
那么我们改成:

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        
        NSLog(@"2");
        
        [[NSRunLoop currentRunLoop] run];
        
        [self performSelector:@selector(test) withObject:nil afterDelay:10];
  
        NSLog(@"3");
    });

然而test方法依然不执行。
原因是如果RunLoop的mode中一个item都没有，RunLoop会退出。即在调用RunLoop的run方法后，由于其mode中没有添加任何item去维持RunLoop的时间循环，RunLoop随即还是会退出。
所以我们自己启动RunLoop，一定要在添加item后

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        
        NSLog(@"2");
        
        [self performSelector:@selector(test) withObject:nil afterDelay:10];
        
        [[NSRunLoop currentRunLoop] run];
  
        NSLog(@"3");
    });

3、怎样保证子线程数据回来更新UI的时候不打断用户的滑动操作？

当我们在子线程请求数据的同时滑动浏览当前页面，如果数据请求成功要切回主线程更新UI，那么就会影响当前正在滑动的体验。
我们就可以将更新UI事件放在主线程的NSDefaultRunLoopMode上执行即可，这样就会等用户不再滑动页面，主线程RunLoop由UITrackingRunLoopMode切换到NSDefaultRunLoopMode时再去更新UI

[self performSelectorOnMainThread:@selector(reloadData) withObject:nil waitUntilDone:NO modes:@[NSDefaultRunLoopMode]];

7.为什么 NSTimer 有时候不好使？

因为创建的 NSTimer 默认是被加入到了 defaultMode，所以当 Runloop 的 Mode 变化时，当前的 NSTimer 就不会工作了。

8.AFNetworking 中如何运用 Runloop?

AFURLConnectionOperation 这个类是基于 NSURLConnection 构建的，其希望能在后台线程接收 Delegate 回调。为此 AFNetworking 单独创建了一个线程，并在这个线程中启动了一个 RunLoop：

+ (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;
}

RunLoop 启动前内部必须要有至少一个 Timer/Observer/Source，所以 AFNetworking 在 [runLoop run] 之前先创建了一个新的 NSMachPort 添加进去了。通常情况下，调用者需要持有这个 NSMachPort (mach_port) 并在外部线程通过这个 port 发送消息到 loop 内；但此处添加 port 只是为了让 RunLoop 不至于退出，并没有用于实际的发送消息。

- (void)start {
    [self.lock lock];
    if ([self isCancelled]) {
        [self performSelector:@selector(cancelConnection) onThread:[[self class] networkRequestThread] withObject:nil waitUntilDone:NO modes:[self.runLoopModes allObjects]];
    } else if ([self isReady]) {
        self.state = AFOperationExecutingState;
        [self performSelector:@selector(operationDidStart) onThread:[[self class] networkRequestThread] withObject:nil waitUntilDone:NO modes:[self.runLoopModes allObjects]];
    }
    [self.lock unlock];
}

当需要这个后台线程执行任务时，AFNetworking 通过调用 [NSObject performSelector:onThread:..] 将这个任务扔到了后台线程的 RunLoop 中。

9.autoreleasePool 在何时被释放？

App启动后，苹果在主线程 RunLoop 里注册了两个 Observer，其回调都是 _wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler()。

第一个 Observer 监视的事件是 Entry(即将进入Loop)，其回调内会调用 _objc_autoreleasePoolPush() 创建自动释放池。其 order 是 -2147483647，优先级最高，保证创建释放池发生在其他所有回调之前。

第二个 Observer 监视了两个事件： BeforeWaiting(准备进入休眠) 时调用_objc_autoreleasePoolPop() 和 _objc_autoreleasePoolPush() 释放旧的池并创建新池；Exit(即将退出Loop) 时调用 _objc_autoreleasePoolPop() 来释放自动释放池。这个 Observer 的 order 是 2147483647，优先级最低，保证其释放池子发生在其他所有回调之后。

在主线程执行的代码，通常是写在诸如事件回调、Timer回调内的。这些回调会被 RunLoop 创建好的 AutoreleasePool 环绕着，所以不会出现内存泄漏，开发者也不必显示创建 Pool 了。

10.PerformSelector 的实现原理？

当调用 NSObject 的 performSelecter:afterDelay: 后，实际上其内部会创建一个 Timer 并添加到当前线程的 RunLoop 中。所以如果当前线程没有 RunLoop，则这个方法会失效。
当调用 performSelector:onThread: 时，实际上其会创建一个 Timer 加到对应的线程去，同样的，如果对应线程没有 RunLoop 该方法也会失效。

11.PerformSelector:afterDelay:这个方法在子线程中是否起作用？为什么？怎么解决？

不起作用，子线程默认没有 Runloop，也就没有 Timer。
解决的办法是可以使用 GCD 来实现：Dispatch_after�

12.讲一下 Observer ？

typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
    kCFRunLoopEntry         = (1UL << 0), // 即将进入Loop
    kCFRunLoopBeforeTimers  = (1UL << 1), // 即将处理 Timer
    kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2), // 即将处理 Source
    kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5), // 即将进入休眠
    kCFRunLoopAfterWaiting  = (1UL << 6), // 刚从休眠中唤醒
    kCFRunLoopExit          = (1UL << 7), // 即将退出Loop
};

13.解释一下 NSTimer。

NSTimer 其实就是 CFRunLoopTimerRef，他们之间是 toll-free bridged 的。一个 NSTimer 注册到 RunLoop 后，RunLoop 会为其重复的时间点注册好事件。例如 10:00, 10:10, 10:20 这几个时间点。RunLoop 为了节省资源，并不会在非常准确的时间点回调这个Timer。Timer 有个属性叫做 Tolerance (宽容度)，标示了当时间点到后，容许有多少最大误差。

如果某个时间点被错过了，例如执行了一个很长的任务，则那个时间点的回调也会跳过去，不会延后执行。就比如等公交，如果 10:10 时我忙着玩手机错过了那个点的公交，那我只能等 10:20 这一趟了。

CADisplayLink 是一个和屏幕刷新率一致的定时器（但实际实现原理更复杂，和 NSTimer 并不一样，其内部实际是操作了一个 Source）。如果在两次屏幕刷新之间执行了一个长任务，那其中就会有一帧被跳过去（和 NSTimer 相似），造成界面卡顿的感觉。在快速滑动 TableView 时，即使一帧的卡顿也会让用户有所察觉。Facebook 开源的 AsyncDisplayLink 就是为了解决界面卡顿的问题，其内部也用到了 RunLoop。

14.解释一下 事件响应 的过程？

苹果注册了一个 Source1 (基于 mach port 的) 用来接收系统事件，其回调函数为 __IOHIDEventSystemClientQueueCallback()。

当一个硬件事件(触摸/锁屏/摇晃等)发生后，首先由 IOKit.framework 生成一个 IOHIDEvent 事件并由 SpringBoard 接收。这个过程的详细情况可以参考这里。SpringBoard 只接收按键(锁屏/静音等)，触摸，加速，接近传感器等几种 Event，随后用 mach port 转发给需要的 App 进程。随后苹果注册的那个 Source1 就会触发回调，并调用 _UIApplicationHandleEventQueue() 进行应用内部的分发。

_UIApplicationHandleEventQueue() 会把 IOHIDEvent 处理并包装成 UIEvent 进行处理或分发，其中包括识别 UIGesture/处理屏幕旋转/发送给 UIWindow 等。通常事件比如 UIButton 点击、touchesBegin/Move/End/Cancel 事件都是在这个回调中完成的。

15.解释一下 手势识别 的过程？

当上面的 _UIApplicationHandleEventQueue()识别了一个手势时，其首先会调用 Cancel 将当前的 touchesBegin/Move/End 系列回调打断。随后系统将对应的 UIGestureRecognizer 标记为待处理。

苹果注册了一个 Observer 监测 BeforeWaiting (Loop即将进入休眠) 事件，这个 Observer 的回调函数是 _UIGestureRecognizerUpdateObserver()，其内部会获取所有刚被标记为待处理的 GestureRecognizer，并执行GestureRecognizer 的回调。

当有 UIGestureRecognizer 的变化(创建/销毁/状态改变)时，这个回调都会进行相应处理。

16.什么是异步绘制？

异步绘制，就是可以在子线程把需要绘制的图形，提前在子线程处理好。将准备好的图像数据直接返给主线程使用，这样可以降低主线程的压力。

异步绘制的过程

要通过系统的 [view.delegate displayLayer:] 这个入口来实现异步绘制。

• 代理负责生成对应的 Bitmap
• 设置该 Bitmap 为 layer.contents 属性的值

17.利用 runloop 解释一下页面的渲染的过程？

当我们调用 [UIView setNeedsDisplay] 时，这时会调用当前 View.layer 的 [view.layer setNeedsDisplay]方法。

这等于给当前的 layer 打上了一个脏标记，而此时并没有直接进行绘制工作。而是会到当前的 Runloop 即将休眠，也就是 beforeWaiting 时才会进行绘制工作。

紧接着会调用 [CALayer display]，进入到真正绘制的工作。CALayer 层会判断自己的 delegate 有没有实现异步绘制的代理方法 displayer:，这个代理方法是异步绘制的入口，如果没有实现这个方法，那么会继续进行系统绘制的流程，然后绘制结束。

过程解释：

CALayer 内部会创建一个 Backing Store，用来获取图形上下文。接下来会判断这个 layer 是否有 delegate。

如果有的话，会调用 [layer.delegate drawLayer:inContext:]，并且会返回给我们 [UIView DrawRect:] 的回调，让我们在系统绘制的基础之上再做一些事情。

如果没有 delegate，那么会调用 [CALayer drawInContext:]。

以上两个分支，最终 CALayer 都会将位图提交到 Backing Store，最后提交给 GPU。

至此绘制的过程结束。