Runloop 详解

作者: PanPan1127 | 来源:发表于2016-01-04 14:28 被阅读499次

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底层原理探究（二）RunLoop
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iOS RunLoop 详解
详解RunLoop之面试题

Runloop 详解

参考链接：

深入理解RunLoop

CFRunLoop

概念

runloop ：是管理和处理事件和消息的对象。

并提供了一个入口函数来执行 event loop 的逻辑。

线程执行该函数后，就会一直处于该函数内部的接受消息->等待->处理的循环中，知道循环结束（传入 quit 消息），函数返回。
iOS 中，提供了2个 runloop 对象：
- NSRunLoop：基于CFRunLoopRef的封装，提供了面向对象的 API，但是这些 api 不是线程安全的。
- CFRunLoopRef：是在 CoreFoundation 框架内的，提供了纯 c 函数的 API，这些 api 都是线程安全的。

RunLoop 和线程

线程：pthread_t 和 NSThread 是一一对应的。
CFRunLoop 是基于 pthread 来管理的。

apple 不允许直接创建 RunLoop，只提供了2个自动获取的函数：CFRunLoopGetMain（）、CFRunLoopGetCurrent().

内部实现：

//全局的 Dictionary，key 是 pthread_t,value 是 CFRunLoopRef
static CFMutableDictionaryRef loopsDic;

//访问 loosDic 时的锁
static CFSpinLock_t loopsLock;

//获取一个 pthread 对应的 RunLoop
CFRunLoopRef _CFRunLoopGet(pthread_t thread){
    OSSpinLockLock(&loopsLock);

    if(!loopsDic)
        {
        //第一次进入，初始化全局 Dic，并先为主线程创建一个 runloop
        loosDic = CFDictionaryCreateMutable();
        CFRunLoopRef mainLoop = _CFRunLoopCreate();
            CFDictionarySetValue(loopsDic,pthread_main_thread_np(),mainLoop);
    }

    //直接从 dic 里获取
    CFRunLoopRef loop = CFDictionaryGetValue(loopsDic,thread);

    if(!loop)
    {
        //取不到时，new 一个
        loop = _CFRunLoopCreate();
        CFDictionarySetValue(loopsDic,thread,loop);
    
        //注册一个回调，当线程销毁时，顺便也销毁对应的 runloop
        _CFSetTSD(...,thread,loop,__CFFinalizeRunLoop);
    }
    OSSpinLockUnLock(&oopsLock);
    return loop;
}

CFRunLoopRef CFRunLoopGetMain(){
    return _CFRunLoopGet(pthread_main_thread_np());
}

CFRunLoopRef CFRunLoopGetCurrent(){
    return _CFRunLoopGet(pthread_self());
}

结论：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全局的 Dictionary 里。线程刚创建时并没有 RunLoop，如果你不主动获取，那它一直都不会有。RunLoop 的创建是发生在第一次获取时，RunLoop 的销毁是发生在线程结束时。你只能在一个线程的内部获取其 RunLoop（主线程除外）。

RunLoop 对外的接口

在 CF 中关于 RunLoop 的有5个类：
1. CFRunLoopRef:
2. CFRunLoopModeRef
3. CFRunLoopSourceRef:事件产生的地方
  Source有两个版本：Source0 和 Source1。
  - Source0 只包含了一个回调（函数指针），它并不能主动触发事件。
    
    处理如 UIEvent，CFSoket 等事件。
    
    使用时，你需要先调用 CFRunLoopSourceSignal(source)，将这个 Source 标记为待处理，然后手动调用 CFRunLoopWakeUp(runloop) 来唤醒 RunLoop，让其处理这个事件。
  - Source1 包含了一个 mach_port 和一个回调（函数指针），被用于通过内核和其他线程相互发送消息。这种 Source 能主动唤醒 RunLoop 的线程.
    
    Mach port驱动，CFMachport，CFMessagePort
4. CFRunLoopTimerRef:基于时间的触发器.<mark>NSTimer是对RunLoopTimer的封装.
  
  它和 NSTimer 是toll-free bridged 的，可以混用。其包含一个时间长度和一个回调（函数指针）。当其加入到 RunLoop 时，RunLoop会注册对应的时间点，当时间点到时，RunLoop会被唤醒以执行那个回调.
5. CFRunLoopObserverRef:观察者
  
  Cocoa框架中很多机制比如CAAnimation等都是由RunLoopObserver触发的 .
  
  每个 Observer 都包含了一个回调（函数指针），当 RunLoop 的状态发生变化时，观察者就能通过回调接受到这个变化。可以观测的时间点有以下几个:
```
typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags,CFRunLoopActivity){
    KCFRunLoopEntry,//即将进入 loop
    KCFRunLoopBeforeTimers,//即将处理 timer
    KCFRunLoopBeforeSources，//即将处理 source
    KCFRunLoopBeforeWaiting，//即将进入休眠
    KCFRunLoopAfterWaiting，//刚从休眠中唤醒
    KCFRunLoopExit//即将退出loop
}
```

一个 RunLoop 包含若干个 Mode，每个 Mode 又包含若干个 Source/Timer/Observer（统称 mode item。同时一个 mode item 也可被加入不同的 mode 中）。

每次调用 RunLoop 的主函数时，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 Loop，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。

如果一个 mode 中一个 item 都没有，则 RunLoop 会直接退出，不进入循环。

RunLoop 的 mode

NSDefaultRunLoopMode：默认，空闲状态
UITrackingRunLoopMode：ScrollView滑动时
UIInitializationRunLoopMode：启动时
NSRunLoopCommonModes：Mode集合.

<mark>Timer计时会被scrollView的滑动影响的问题可以通过将timer添加到NSRunLoopCommonModes来解决.

涉及到 RunLoop 的技术：

系统级：GCD、mach kernel、block、pthread
应用层：NSTimer、UIEvent、Autorelease、NSObject（NSDelayPerform、NSThreadPerformAddition）、CADisplayLink、CATranstion、CAAinimation、NSPort、NSURLConnection、AFNetworking（在开启新线程中添加自己的 runloop 监听事件）

RunLoop 在 Main Thread 堆栈中所处的位置

堆栈最底层是start(dyld)，往上依次是main，UIApplication(main.m) -> GSEventRunModal(Graphic Services) -> RunLoop(包含CFRunLoopRunSpecific，CFRunLoopRun，__CFRunLoopDoSouces0，__CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE0_PERFORM_FUNCTION) -> Handle Touch Event

使用 RunLoop 案例

AFNetworking

使用NSOperation+NSURLConnection并发模型都会面临NSURLConnection下载完成前线程退出导致NSOperation对象接收不到回调的问题。AFNetWorking解决这个问题的方法是按照官方的guid:
https://developer.apple.com...
上写的NSURLConnection的delegate方法需要在connection发起的线程runloop中调用，于是AFNetWorking直接借鉴了Apple自己的一个Demohttps://developer.apple.com...的实现方法单独起一个global thread，内置一个runloop，所有的connection都由这个runloop发起，回调也是它接收，不占用主线程，也不耗CPU资源。

+ (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;
}

TableView中实现平滑滚动延迟加载图片

利用CFRunLoopMode的特性，可以将图片的加载放到NSDefaultRunLoopMode的mode里，这样在滚动UITrackingRunLoopMode这个mode时不会被加载而影响到。(意思就是滚动时，不进行图片的下载操作，额，，这个设计不是太合理)

UIImage *downloadedImage = ...;
[self.avatarImageView performSelector:@selector(setImage:)
     withObject:downloadedImage
     afterDelay:0
     inModes:@[NSDefaultRunLoopMode]];

接到程序崩溃时的信号进行自主处理例如弹出提示等

CFRunLoopRef runLoop = CFRunLoopGetCurrent();
NSArray *allModes = CFBridgingRelease(CFRunLoopCopyAllModes(runLoop));
while (1) {
     for (NSString *mode in allModes) {
          CFRunLoopRunInMode((CFStringRef)mode, 0.001, false);
     }
}

异步测试

- (BOOL)runUntilBlock:(BOOL(^)())block timeout:(NSTimeInterval)timeout
{
     __block Boolean fulfilled = NO;
     void (^beforeWaiting) (CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity) =
     ^(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity) {
          fulfilled = block();
          if (fulfilled) {
               CFRunLoopStop(CFRunLoopGetCurrent());
          }
     };

     CFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreateWithHandler(NULL, kCFRunLoopBeforeWaiting, true, 0, beforeWaiting);
     CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetCurrent(), observer, kCFRunLoopDefaultMode);

     // Run!
     CFRunLoopRunInMode(kCFRunLoopDefaultMode, timeout, false);

     CFRunLoopRemoveObserver(CFRunLoopGetCurrent(), observer, kCFRunLoopDefaultMode);
     CFRelease(observer);
     return fulfilled;
}