iOS RunLoop

作者: 赵_df7e | 来源:发表于2020-05-12 11:46 被阅读0次

一. RunLoop简介

RunLoop字面意思是跑圈，在我们的项目中其实就是运行循环，而且是充满灵性的死循环，为什么说他充满灵性呢？因为他可以在我们需要的时候自己跑起来运行，在我们没有操作的时候就停下来休息。充分节省CPU资源，提高程序性能。

二. RunLoop基本作用：

保持程序持续运行，程序一启动就会开一个主线程，主线程一开起来就会跑一个主线程对应的RunLoop,RunLoop保证主线程不会被销毁，也就保证了程序的持续运行
处理App中的各种事件（比如：触摸事件，定时器事件，Selector事件等）
节省CPU资源，提高程序性能，程序运行起来时，当什么操作都没有做的时候，RunLoop就告诉CUP，现在没有事情做，我要去休息，这时CUP就会将其资源释放出来去做其他的事情，当有事情做的时候RunLoop就会立马起来去做事情
我们先通过API内一张图片来简单看一下RunLoop内部运行原理
image
通过图片可以看出，RunLoop在跑圈过程中，当接收到Input sources 或者 Timer sources时就会交给对应的处理方去处理。当没有事件消息传入的时候，RunLoop就休息了。这里只是简单的理解一下这张图，接下来我们来了解RunLoop对象和其一些相关类，来更深入的理解RunLoop运行流程。

三. RunLoop在哪里开启

我们知道主线程一开起来，就会跑一个和主线程对应的RunLoop，那么RunLoop一定是在程序的入口main函数中开启。

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

进入UIApplicationMain

UIKIT_EXTERN int UIApplicationMain(int argc, char *argv[], NSString * __nullable principalClassName, NSString * __nullable delegateClassName);

我们发现它返回的是一个int数，那么我们对main函数做一些修改

int main(int argc, char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        NSLog(@"开始");
        int re = UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
        NSLog(@"结束");
        return re;
    }
}

运行程序，我们发现只会打印开始，并不会打印结束，这说明在UIApplicationMain函数中，开启了一个和主线程相关的RunLoop，导致UIApplicationMain不会返回，一直在运行中，也就保证了程序的持续运行。
我们来看到RunLoop的源码

// 用DefaultMode启动
void CFRunLoopRun(void) {   /* DOES CALLOUT */
    int32_t result;
    do {
        result = CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopGetCurrent(), kCFRunLoopDefaultMode, 1.0e10, false);
        CHECK_FOR_FORK();
    } while (kCFRunLoopRunStopped != result && kCFRunLoopRunFinished != result);
}

我们发现RunLoop确实是do while通过判断result的值实现的。因此，我们可以把RunLoop看成一个死循环。如果没有RunLoop，UIApplicationMain函数执行完毕之后将直接返回，也就没有程序持续运行一说了

四. RunLoop对象

Fundation框架（基于CFRunLoopRef的封装）
NSRunLoop对象

CoreFoundation
CFRunLoopRef对象

因为Fundation框架是基于CFRunLoopRef的封装，因此我们学习RunLoop还是要研究CFRunLoopRef 源码

1. 获得RunLoop对象

Foundation
[NSRunLoop currentRunLoop]; // 获得当前线程的RunLoop对象
[NSRunLoop mainRunLoop]; // 获得主线程的RunLoop对象

Core Foundation
CFRunLoopGetCurrent(); // 获得当前线程的RunLoop对象
CFRunLoopGetMain(); // 获得主线程的RunLoop对象

五. RunLoop和线程间的关系

每条线程都有唯一的一个与之对应的RunLoop对象
主线程的RunLoop已经自动创建好了，子线程的RunLoop需要主动创建
RunLoop在第一次获取时创建，在线程结束时销毁

1. 主线程相关联的RunLoop创建

CFRunLoopRef源码

   // 创建字典
    CFMutableDictionaryRef dict = CFDictionaryCreateMutable(kCFAllocatorSystemDefault, 0, NULL, &kCFTypeDictionaryValueCallBacks);
        // 创建主线程 根据传入的主线程创建主线程对应的RunLoop
    CFRunLoopRef mainLoop = __CFRunLoopCreate(pthread_main_thread_np());
        // 保存主线程 将主线程-key和RunLoop-Value保存到字典中
    CFDictionarySetValue(dict, pthreadPointer(pthread_main_thread_np()), mainLoop);

2. 创建与子线程相关联的RunLoop

CFRunLoopRef源码

    // 从字典中获取子线程的runloop
    CFRunLoopRef loop = (CFRunLoopRef)CFDictionaryGetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t));
    __CFUnlock(&loopsLock);
    if (!loop) {
        // 如果子线程的runloop不存在,那么就为该线程创建一个对应的runloop
    CFRunLoopRef newLoop = __CFRunLoopCreate(t);
        __CFLock(&loopsLock);
    loop = (CFRunLoopRef)CFDictionaryGetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t));
        // 把当前子线程和对应的runloop保存到字典中
    if (!loop) {
        CFDictionarySetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t), newLoop);
        loop = newLoop;
    }
        // don't release run loops inside the loopsLock, because CFRunLoopDeallocate may end up taking it
        __CFUnlock(&loopsLock);
    CFRelease(newLoop);
    }

从上面的代码可以看出，线程和 RunLoop 之间是一一对应的，其关系是保存在一个 Dictionary 里。所以我们创建子线程RunLoop时，只需在子线程中获取当前线程的RunLoop对象即可[NSRunLoop currentRunLoop];如果不获取，那子线程就不会创建与之相关联的RunLoop，并且只能在一个线程的内部获取其 RunLoop
[NSRunLoop currentRunLoop];方法调用时，会先看一下字典里有没有存子线程相对用的RunLoop，如果有则直接返回RunLoop，如果没有则会创建一个，并将与之对应的子线程存入字典中。
RunLoop 的销毁发生在线程结束时。

六. RunLoop相关类

Core Foundation中关于RunLoop的5个类

CFRunLoopRef - 获得当前RunLoop和主RunLoop
CFRunLoopModeRef RunLoop - 运行模式，只能选择一种，在不同模式中做不同的操作
CFRunLoopSourceRef - 事件源，输入源
CFRunLoopTimerRef - 定时器时间
CFRunLoopObserverRef - 观察者

1. 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Source、Timer、Observer
每次RunLoop启动时，只能指定其中一个 Mode，这个Mode被称作 CurrentMode
如果需要切换Mode，只能退出RunLoop，再重新指定一个Mode进入，这样做主要是为了分隔开不同组的Source、Timer、Observer，让其互不影响
如图所示：

image

注意：一种Mode中可以有多个Source(事件源，输入源，基于端口事件源例键盘触摸等) Observer(观察者，观察当前RunLoop运行状态) 和Timer(定时器事件源)。但是必须至少有一个Source或者Timer，因为如果Mode为空，RunLoop运行到空模式不会进行空转，就会立刻退出。

系统默认注册了5个Mode:

RunLoop 有五种运行模式，其中常见的有1.2两种

1. kCFRunLoopDefaultMode：App的默认Mode，通常主线程是在这个Mode下运行
2. 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
3. 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
4. GSEventReceiveRunLoopMode: 接受系统事件的内部 Mode，通常用不到
5. kCFRunLoopCommonModes: 这是一个占位用的Mode，作为标记kCFRunLoopDefaultMode和UITrackingRunLoopMode用，并不是一种真正的Mode

Mode间的切换

我们平时在开发中一定遇到过，当我们使用NSTimer每一段时间执行一些事情时滑动UIScrollView，NSTimer就会暂停，当我们停止滑动以后，NSTimer又会重新恢复的情况，我们通过一段代码来看一下
代码中的注释也很重要，展示了我们探索的过程

-(void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event
{
    // [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:2.0 target:self selector:@selector(show) userInfo:nil repeats:YES];
    NSTimer *timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:2.0 target:self selector:@selector(show) userInfo:nil repeats:YES];
    // 加入到RunLoop中才可以运行
    // 1\. 把定时器添加到RunLoop中，并且选择默认运行模式NSDefaultRunLoopMode = kCFRunLoopDefaultMode
    // [[NSRunLoop mainRunLoop] addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode];
    // 当textFiled滑动的时候，timer失效，停止滑动时，timer恢复
    // 原因：当textFiled滑动的时候，RunLoop的Mode会自动切换成UITrackingRunLoopMode模式，因此timer失效，当停止滑动，RunLoop又会切换回NSDefaultRunLoopMode模式，因此timer又会重新启动了

    // 2\. 当我们将timer添加到UITrackingRunLoopMode模式中，此时只有我们在滑动textField时timer才会运行
    // [[NSRunLoop mainRunLoop] addTimer:timer forMode:UITrackingRunLoopMode];

    // 3\. 那个如何让timer在两个模式下都可以运行呢？
    // 3.1 在两个模式下都添加timer 是可以的，但是timer添加了两次，并不是同一个timer
    // 3.2 使用站位的运行模式 NSRunLoopCommonModes标记，凡是被打上NSRunLoopCommonModes标记的都可以运行，下面两种模式被打上标签
    //0 : <CFString 0x10b7fe210 [0x10a8c7a40]>{contents = "UITrackingRunLoopMode"}
    //2 : <CFString 0x10a8e85e0 [0x10a8c7a40]>{contents = "kCFRunLoopDefaultMode"}
    // 因此也就是说如果我们使用NSRunLoopCommonModes，timer可以在UITrackingRunLoopMode，kCFRunLoopDefaultMode两种模式下运行
    [[NSRunLoop mainRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];
    NSLog(@"%@",[NSRunLoop mainRunLoop]);
}
-(void)show
{
    NSLog(@"-------");
}

由上述代码可以看出，NSTimer不管用是因为Mode的切换，因为如果我们在主线程使用定时器，此时RunLoop的Mode为kCFRunLoopDefaultMode，即定时器属于kCFRunLoopDefaultMode，那么此时我们滑动ScrollView时，RunLoop的Mode会切换到UITrackingRunLoopMode，因此在主线程的定时器就不在管用了，调用的方法也就不再执行了，当我们停止滑动时，RunLoop的Mode切换回kCFRunLoopDefaultMode，所有NSTimer就又管用了。
同样道理的还有ImageView的显示，我们直接来看代码，不再赘述了

-(void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event
{
    NSLog(@"%s",__func__);
    // performSelector默认是在default模式下运行，因此在滑动ScrollView时，图片不会加载
    // [self.imageView performSelector:@selector(setImage:) withObject:[UIImage imageNamed:@"abc"] afterDelay:2.0 ];
    // inModes: 传入Mode数组
    [self.imageView performSelector:@selector(setImage:) withObject:[UIImage imageNamed:@"abc"] afterDelay:2.0 inModes:@[NSDefaultRunLoopMode,UITrackingRunLoopMode]];

使用GCD也可是创建计时器，而且更为精确我们来看一下代码

-(void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event
{
    //创建队列
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
    //1.创建一个GCD定时器
    /*
     第一个参数:表明创建的是一个定时器
     第四个参数:队列
     */
    dispatch_source_t timer = dispatch_source_create(DISPATCH_SOURCE_TYPE_TIMER, 0, 0, queue);
    // 需要对timer进行强引用，保证其不会被释放掉，才会按时调用block块
    // 局部变量，让指针强引用
    self.timer = timer;
    //2.设置定时器的开始时间,间隔时间,精准度
    /*
     第1个参数:要给哪个定时器设置
     第2个参数:开始时间
     第3个参数:间隔时间
     第4个参数:精准度 一般为0 在允许范围内增加误差可提高程序的性能
     GCD的单位是纳秒 所以要*NSEC_PER_SEC
     */
    dispatch_source_set_timer(timer, DISPATCH_TIME_NOW, 2.0 * NSEC_PER_SEC, 0 * NSEC_PER_SEC);

    //3.设置定时器要执行的事情
    dispatch_source_set_event_handler(timer, ^{
        NSLog(@"---%@--",[NSThread currentThread]);
    });
    // 启动
    dispatch_resume(timer);
}

2. CFRunLoopSourceRef事件源（输入源）

Source分为两种

Source0：非基于Port的用于用户主动触发的事件（点击button 或点击屏幕）
Source1：基于Port的通过内核和其他线程相互发送消息（与内核相关）
注意：Source1在处理的时候会分发一些操作给Source0去处理

点击button查看调用栈，可以看出runloop中输入的是__CFRunLoopDoSource0事件源

image

3. CFRunLoopObserverRef

CFRunLoopObserverRef是观察者，能够监听RunLoop的状态改变
我们直接来看代码，给RunLoop添加监听者，监听其运行状态

-(void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event
{
     //创建监听者
     /*
     第一个参数 CFAllocatorRef allocator：分配存储空间 CFAllocatorGetDefault()默认分配
     第二个参数 CFOptionFlags activities：要监听的状态 kCFRunLoopAllActivities 监听所有状态
     第三个参数 Boolean repeats：YES:持续监听 NO:不持续
     第四个参数 CFIndex order：优先级，一般填0即可
     第五个参数 ：回调 两个参数observer:监听者 activity:监听的事件
     */
     /*
     所有事件
     typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
     kCFRunLoopEntry = (1UL << 0),   //   即将进入RunLoop
     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RunLoop
     kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU
     };
     */
    CFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreateWithHandler(CFAllocatorGetDefault(), kCFRunLoopAllActivities, YES, 0, ^(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity) {
        switch (activity) {
            case kCFRunLoopEntry:
                NSLog(@"RunLoop进入");
                break;
            case kCFRunLoopBeforeTimers:
                NSLog(@"RunLoop要处理Timers了");
                break;
            case kCFRunLoopBeforeSources:
                NSLog(@"RunLoop要处理Sources了");
                break;
            case kCFRunLoopBeforeWaiting:
                NSLog(@"RunLoop要休息了");
                break;
            case kCFRunLoopAfterWaiting:
                NSLog(@"RunLoop醒来了");
                break;
            case kCFRunLoopExit:
                NSLog(@"RunLoop退出了");
                break;

            default:
                break;
        }
    });

    // 给RunLoop添加监听者
    /*
     第一个参数 CFRunLoopRef rl：要监听哪个RunLoop,这里监听的是主线程的RunLoop
     第二个参数 CFRunLoopObserverRef observer 监听者
     第三个参数 CFStringRef mode 要监听RunLoop在哪种运行模式下的状态
     */
    CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetCurrent(), observer, kCFRunLoopDefaultMode);
     /*
     CF的内存管理（Core Foundation）
     凡是带有Create、Copy、Retain等字眼的函数，创建出来的对象，都需要在最后做一次release
     GCD本来在iOS6.0之前也是需要我们释放的，6.0之后GCD已经纳入到了ARC中，所以我们不需要管了
     */
    CFRelease(observer);
}

我们来看一下输出

image

七. RunLoop处理逻辑

这时我们再来分析RunLoop的处理逻辑，就会简单明了很多

image

下面这张是网上找的比较形象的流程图，我们就下面这张图来分析一下RunLoop的运行流程

image

RunLoop处理逻辑总结感谢@Delpan指出之前的错误

通知观察者 run loop 已经启动
通知观察者将要开始处理Timer事件
通知观察者将要处理非基于端口的Source0
启动准备好的Souecr0
如果基于端口的源Source1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
改：
（1）某一事件到达基于端口的源
（2）定时器启动
（3）Run loop 设置的时间已经超时
（4）run loop 被显式唤醒
（1）Source0事件源
（2）Timer定时器启动
（3）外部手动唤醒
通知观察者线程将被唤醒
处理未处理的事件，跳回2
改：
（1）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
（2）如果输入源启动,传递相应的消息
（3）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
Source1在处理的时候回分发一些操作给Source0去处理，Source0中可能存在一些Timer出现，所以会回到第二步重新处理Timer和Source0 ,处理完后到第五步，直到没有Source1，没有事情可做，进入休眠状态，当外部有事件就会立即唤醒RunLoop
通知观察者run loop 结束

八 . RunLoop退出

主线程销毁RunLoop退出
Mode中有一些Timer 、Source、 Observer，这些保证Mode不为空时保证RunLoop没有空转并且是在运行的，当Mode中为空的时候，RunLoop会立刻退出
我们在启动RunLoop的时候可以设置什么时候停止

[NSRunLoop currentRunLoop]runUntilDate:<#(nonnull NSDate *)#>
[NSRunLoop currentRunLoop]runMode:<#(nonnull NSString *)#> beforeDate:<#(nonnull NSDate *)#>

九. RunLoop应用

1. 常驻线程

常驻线程的作用：我们知道，当子线程中的任务执行完毕之后就被销毁了，那么如果我们需要开启一个子线程，在程序运行过程中永远都存在，那么我们就会面临一个问题，如何让子线程永远活着，这时就要用到常驻线程：给子线程开启一个RunLoop
注意：子线程执行完操作之后就会立即释放，即使我们使用强引用引用子线程使子线程不被释放，也不能给子线程再次添加操作，或者再次开启。
子线程开启RunLoop的代码，先点击屏幕开启子线程并开启子线程RunLoop，然后点击button。

#import "ViewController.h"

@interface ViewController ()
@property(nonatomic,strong)NSThread *thread;

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
}
-(void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event
{
   // 创建子线程并开启
    NSThread *thread = [[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(show) object:nil];
    self.thread = thread;
    [thread start];
}
-(void)show
{
    // 注意：打印方法一定要在RunLoop创建开始运行之前，如果在RunLoop跑起来之后打印，RunLoop先运行起来，已经在跑圈了就出不来了，进入死循环也就无法执行后面的操作了。
    // 但是此时点击Button还是有操作的，因为Button是在RunLoop跑起来之后加入到子线程的，当Button加入到子线程RunLoop就会跑起来
    NSLog(@"%s",__func__);
    // 1.创建子线程相关的RunLoop，在子线程中创建即可，并且RunLoop中要至少有一个Timer 或 一个Source 保证RunLoop不会因为空转而退出，因此在创建的时候直接加入
    // 添加Source [NSMachPort port] 添加一个端口
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:[NSMachPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
    // 添加一个Timer
    NSTimer *timer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:2.0 target:self selector:@selector(test) userInfo:nil repeats:YES];
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode];    
    //创建监听者
    CFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreateWithHandler(CFAllocatorGetDefault(), kCFRunLoopAllActivities, YES, 0, ^(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity) {
        switch (activity) {
            case kCFRunLoopEntry:
                NSLog(@"RunLoop进入");
                break;
            case kCFRunLoopBeforeTimers:
                NSLog(@"RunLoop要处理Timers了");
                break;
            case kCFRunLoopBeforeSources:
                NSLog(@"RunLoop要处理Sources了");
                break;
            case kCFRunLoopBeforeWaiting:
                NSLog(@"RunLoop要休息了");
                break;
            case kCFRunLoopAfterWaiting:
                NSLog(@"RunLoop醒来了");
                break;
            case kCFRunLoopExit:
                NSLog(@"RunLoop退出了");
                break;

            default:
                break;
        }
    });
    // 给RunLoop添加监听者
    CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetCurrent(), observer, kCFRunLoopDefaultMode);
    // 2.子线程需要开启RunLoop
    [[NSRunLoop currentRunLoop]run];
    CFRelease(observer);
}
- (IBAction)btnClick:(id)sender {
    [self performSelector:@selector(test) onThread:self.thread withObject:nil waitUntilDone:NO];
}
-(void)test
{
    NSLog(@"%@",[NSThread currentThread]);
}
@end

注意：创建子线程相关的RunLoop，在子线程中创建即可，并且RunLoop中要至少有一个Timer 或一个Source 保证RunLoop不会因为空转而退出，因此在创建的时候直接加入，如果没有加入Timer或者Source，或者只加入一个监听者，运行程序会崩溃

2. 自动释放池

Timer和Source也是一些变量，需要占用一部分存储空间，所以要释放掉，如果不释放掉，就会一直积累，占用的内存也就越来越大，这显然不是我们想要的。
那么什么时候释放，怎么释放呢？
RunLoop内部有一个自动释放池，当RunLoop开启时，就会自动创建一个自动释放池，当RunLoop在休息之前会释放掉自动释放池的东西，然后重新创建一个新的空的自动释放池，当RunLoop被唤醒重新开始跑圈时，Timer,Source等新的事件就会放到新的自动释放池中，当RunLoop退出的时候也会被释放。
注意：只有主线程的RunLoop会默认启动。也就意味着会自动创建自动释放池，子线程需要在线程调度方法中手动添加自动释放池。

@autorelease{  
      // 执行代码 
}

NSTimer、ImageView显示、PerformSelector等在上面已经有过例子，这里不再赘述。

最后检验一下自己

你知道RunLoop吗 ?
RunLoop的作用？
RunLoop内部是怎么实现的？
自动释放池什么时候释放？
在开发中如何使用RunLoop？什么应用场景？

文献资料
苹果官方文档
 CFRunLoopRef源码

原文链接：https://www.jianshu.com/p/b9426458fcf6

iOS RunLoop

一. RunLoop简介

二. RunLoop基本作用：

三. RunLoop在哪里开启

四. RunLoop对象

1. 获得RunLoop对象

五. RunLoop和线程间的关系

1. 主线程相关联的RunLoop创建

2. 创建与子线程相关联的RunLoop

六. RunLoop相关类

1. CFRunLoopModeRef

系统默认注册了5个Mode:

Mode间的切换

2. CFRunLoopSourceRef事件源（输入源）

Source分为两种

3. CFRunLoopObserverRef

七. RunLoop处理逻辑

八 . RunLoop退出

九. RunLoop应用

1. 常驻线程

2. 自动释放池

最后检验一下自己

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