RunLoop底层学习

概述

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

这是iOS项目中都会有的main.h文件,它底层的伪代码大概如此：

int main(int argc, char * argv[]) {
  @autoreleasepool {  
      int retVal = 0;
      do {
          //睡眠中等待消息
          int message = sleep_and_wait();
          //处理消息
          retVal = process_message(message);
      } while (0 == retVal);
      return 0;
  }
}

• RunLoop，运行循环，在程序运行过程中，能保证循环做一些事情。
• runloop和线程的关系
  程序的运行都是在线程中进行的，每条线程都有唯一的一个与之对应的RunLoop对象。为了保证这种唯一性，RunLoop保存在一个全局的Dictionary里，线程作为key值，RunLoop作为value值。

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

线程刚创建时并没有RunLoop对象，RunLoop会在第一次获取它时创建；
RunLoop会在线程结束时销毁；
主线程的RunLoop已经自动获取（创建），子线程默认没有开启RunLoop。

• 应用：RunLoop的应用范围很广，在定时器、GCD、performSelector、事件响应、手势识别、界面刷新、网络请求、AutoreleasePool等等很多地方用到。

• 作用：
  1、保持程序的持续运行；
  2、处理App中的各种事件（比如触摸事件，定时器事件等等）；
  3、节省CPU资源，提高程序的性能：该做事时做事，该休息时休息。

RunLoop五个类和结构关系

1、CFRunLoopRef

struct __CFRunLoop {
    ...
    pthread_t _pthread;
    CFMutableSetRef _commonModes;
    CFMutableSetRef _commonModeItems;
    CFRunLoopModeRef _currentMode;
    CFMutableSetRef _modes;
    ...
};

2、CFRunLoopModeRef

typedef struct __CFRunLoopMode *CFRunLoopModeRef;
struct __CFRunLoopMode {
     ...
    CFStringRef _name;
     ...
    CFMutableSetRef _sources0;
    CFMutableSetRef _sources1;
    CFMutableArrayRef _observers;
    CFMutableArrayRef _timers;
    ...
};

3、CFRunLoopSourceRef;
4、CFRunLoopObserverRef;
5、CFRunLoopTimerRef。
从上面的图中可以看出，CFRunLoopRef中包含CFRunLoopModeRef,CFRunLoopModeRef包含_source、_observer、_timer。

• 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/Timer/Observer;
• RunLoop启动时只能选择其中一个Mode，作为currentMode;
• 如果需要切换Mode，只能退出当前Loop，再重新选择一个Mode进入。
  ✔️不同组的Source0/Source1/Timer/Observer能分隔开来，互不影响。
• 如果Mode里没有任何Source0/Source1/Timer/Observer,RunLoop会立马退出。

常见的两种Mode

• kCFRunLoopDefaultMode( NSDefaultRunLoopMode):APP的默认Mode,通常主线程是在这个Mode下运行

• UITrackingRunLoopMode:界面追踪Mode，用于ScrollView追踪触摸滑动，保证界面滑动时不受其他Mode影响

• Source0
  触摸事件处理
  performSelector:onThread:
  点击处理

• Source1
  基于Port的线程间通信
  系统事件捕捉

• Timers
  NSTimer
  performSelector:withObject:afterDelay:

• Observers
  用于监听RunLoop的状态
  UI刷新（BeforeWaiting）
  Autorelease pool（BeforeWaiting）

RunLoop运行逻辑

Int32 CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopRef rl, CFStringRef modeName, CFTimeInterval seconds, Boolean returnAfterSourceHandled) {  
     ......
         //通知Observers,进入Loop
     __CFRunLoopDoObservers(rl, currentMode, kCFRunLoopEntry);
        //具体要做的事
    result = __CFRunLoopRun(rl, currentMode, seconds, returnAfterSourceHandled, previousMode);
     //通知Observers，退出Loop
    __CFRunLoopDoObservers(rl, currentMode, kCFRunLoopExit);
    ......
    return result;
}

static int32_t __CFRunLoopRun(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopModeRef rlm, CFTimeInterval seconds, Boolean stopAfterHandle, CFRunLoopModeRef previousMode) {
    .......
    do {
    ........
       //通知Observers：即将处理Timers
        if (rlm->_observerMask & kCFRunLoopBeforeTimers) __CFRunLoopDoObservers(rl, rlm, kCFRunLoopBeforeTimers);
        //通知Observers：即将处理Sources
        if (rlm->_observerMask & kCFRunLoopBeforeSources) __CFRunLoopDoObservers(rl, rlm, kCFRunLoopBeforeSources);
         //处理Block
        __CFRunLoopDoBlocks(rl, rlm);
        //处理Sources0
        Boolean sourceHandledThisLoop = __CFRunLoopDoSources0(rl, rlm, stopAfterHandle);
        if (sourceHandledThisLoop) {
            //处理Block
            __CFRunLoopDoBlocks(rl, rlm);
       }
        Boolean poll = sourceHandledThisLoop || (0ULL == timeout_context->termTSR);
          //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;
        }
        didDispatchPortLastTime = false;
       //通知Observers：即将休眠
       __CFRunLoopDoObservers(rl, rlm, kCFRunLoopBeforeWaiting);
        __CFRunLoopSetSleeping(rl);

        CFAbsoluteTime sleepStart = poll ? 0.0 : CFAbsoluteTimeGetCurrent();
        .......
        //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);
       ......
      __CFRunLoopUnsetSleeping(rl);
        //通知Observers：结束休眠
      __CFRunLoopDoObservers(rl, rlm, kCFRunLoopAfterWaiting);

        handle_msg:;
        ......
        //被Timers唤醒
       if (modeQueuePort != MACH_PORT_NULL && livePort == modeQueuePort) {
            CFRUNLOOP_WAKEUP_FOR_TIMER();
            __CFRunLoopDoTimers(rl, rlm, mach_absolute_time())
        } else if (livePort == dispatchPort) {//被GCD唤醒
        .......
            __CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__(msg);
        .......
        } else {
        //处理Source1
         __CFRunLoopDoSource1(rl, rlm, rls, msg, msg->msgh_size, &reply) || sourceHandledThisLoop;
    }
     //处理Block
    __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;
    }
        voucher_mach_msg_revert(voucherState);
        os_release(voucherCopy);

    } while (0 == retVal);
    ......
    return retVal;
}

• 1、通知Observers监听器，即将进入Loop；
• 2、通知Observers监听器，即将处理Timers；
• 3、通知Observers监听器，即将处理Sources；
• 4、处理被加入的block；
• 5、处理Source0事件。这个事件被处理后，会在一个循环结束后被使用；
• 6、判断是否有Source1，如果有，则跳转到handle_msg标签处执行；
• 7、通知Observers，开始休眠；
• 8、通知Observers，结束休眠，也是handle_msg标签处
  ✔️处理Timer
  ✔️处理GCD Async To Main Queue
  ✔️处理Source1
• 9、处理blocks；
• 10、根据前面的执行结果，决定如何操作
  ✔️是继续循环
  ✔️还是退出Loop
• 11、通知Observers，退出Loop。

RunLoop的休眠原理

RunLoop的休眠原理

操作系统提供了两个API

• 内核层面的API
• 应用层面的API

当API在应用界面（用户态）时，调用mach_msg(),就会转到内核态，然后调用内核态的mach_msg(),当没有消息时，就线程休眠，有消息就唤醒线程。

RunLoop面试题

1、讲讲Runloop，项目中有用到吗
✔️控制线程生命周期（线程保活）
AFNetworking使用RunLoop技术控制子线程的生命周期，让子线程一直在内存中，当需要接口请求是，唤醒AFNetworking。不停的创建子线程销毁子线程会影响性能。
✔️解决NSTimer在滑动时停止工作的问题
✔️监控应用卡顿
✔️性能优化
2、runloop内部实现逻辑
参考RunLoop运行逻辑
3、runloop和线程的关系
每条线程都有唯一的一个与之对应的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会在第一次获取它时创建
RunLoop会在线程结束时销毁
主线程的RunLoop已经自动获取（创建），子线程默认没有开启RunLoop
4、timer与runloop的关系
RunLoop里面有个CFMutableSetRef _modes。这个模式里面有个CFMutableArrayRef _timers;
5、程序中添加每3秒响应一次的NSTimer，当拖动tableview时timer可能无法响应要怎么解决?
原因：定时器是在UITrackingRunLoopMode下工作，当拖动时，模式切换到kCFRunLoopDefaultMode模式下，定时器就停止工作。
解决办法：创建定时器，添加NSDefaultRunLoopMode和UITrackingRunLoopMode模式
6、runloop是怎么响应用户操作的，具体流程是什么样的
Source1捕捉用户操作，然后把这个事件包装成事件队列EventQueue,然后放到source0中处理
7、说说runloop的几种状态
kCFRunLoopEntry:即将进入Loop
kCFRunLoopBeforeTimers:即将处理Timers
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
8、runloop的mode作用是什么
常见的2中Mode
kCFRunLoopDefaultMode( NSDefaultRunLoopMode):APP的默认Mode,通常主线程是在这个
Mode下运行
UITrackingRunLoopMode:界面追踪Mode，用于ScrollView追踪触摸滑动，保证界面滑动时不受其他Mode影响
9、RunLoop自动释放池
1、自动释放池第一次创建：当runloop启动的时候
2、自动释放池最后一次销毁：当runloop退出的时候
3、自动释放池其他时间的创建和销毁：当runloop即将进入都休眠的时候，会把之前的自动释放池释放，重新创建一个新的自动释放池。