底层原理(七)------RunLoop

作者: SwordDevil | 来源:发表于2021-05-27 10:22 被阅读0次

Today面试
底层原理(七)------RunLoop
[iOS] 底层原理二 (Runtime、Runloop)
[iOS] 底层原理五 (面试题目整理)
Runloop
RunLoop简介
探寻RunLoop的本质
RunLoop
RunLoop相关
RunLoop底层原理

控制器：bt：打印函数调用栈

简介

一、什么是RunLoop

二、如果没有RunLoop 程序在执行完NSLog后直接return 0;

三、如果有了RunLoop

RunLoop对象

iOS 中有2套API来访问和使用RunLoop
1.Foundation：NSRunLoop
2.Core Foundation：CFRunLoopRef
NSRunLoop和CFRunLoopRef都代表着RunLoop对象
1.NSRunLoop是基于CFRunLoopRef的一层OC包装
2.CFRunLoopRef是开源的 (https://opensource.apple.com/tarballs/CF/)
例子：
    NSRunLoop *runloop = [NSRunLoop currentRunLoop];
    CFRunLoopRef runloop2 = CFRunLoopGetCurrent();

RunLoop与线程

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

获取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

RunLoop相关的类

CFRunLoopRef里面包含多个CFRunLoopModeRef，CFRunLoopModeRef存放CFRunLoopSourceRef、CFRunLoopTimerRef、CFRunLoopObserverRef。

Source0
  触摸事件处理
  performSelector:onThread:

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）

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/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2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
kCFRunLoopCommonModes：通用模式，默认包括kCFRunLoopDefaultMode、UITrackingRunLoopMode

CFRunLoopObserverRef

void observeRunLoopActicities(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity, void *info)
{
    switch (activity) {
        case kCFRunLoopEntry: // 即将进入Loop
            NSLog(@"kCFRunLoopEntry");
            break;
        case kCFRunLoopBeforeTimers: // 即将处理Timer
            NSLog(@"kCFRunLoopBeforeTimers");
            break;
        case kCFRunLoopBeforeSources: // 即将处理Source
            NSLog(@"kCFRunLoopBeforeSources");
            break;
        case kCFRunLoopBeforeWaiting: // 即将进入睡眠
            NSLog(@"kCFRunLoopBeforeWaiting");
            break;
        case kCFRunLoopAfterWaiting: // 刚从睡眠中唤醒
            NSLog(@"kCFRunLoopAfterWaiting");
            break;
        case kCFRunLoopExit: // 即将退出Loop
            NSLog(@"kCFRunLoopExit");
            break;
        default:
            break;
    }
}

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // kCFRunLoopCommonModes默认包括kCFRunLoopDefaultMode、UITrackingRunLoopMode
    
    // 创建Observer 方式一
//    CFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreate(kCFAllocatorDefault, kCFRunLoopAllActivities, YES, 0, observeRunLoopActicities, NULL);
//    // 添加Observer到RunLoop中
//    CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetMain(), observer, kCFRunLoopCommonModes);
//    // 释放
//    CFRelease(observer);
    
    // 创建Observer 方式二
    CFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreateWithHandler(kCFAllocatorDefault, kCFRunLoopAllActivities, YES, 0, ^(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity) {
        switch (activity) {
            case kCFRunLoopEntry: {
                CFRunLoopMode mode = CFRunLoopCopyCurrentMode(CFRunLoopGetCurrent());
                NSLog(@"kCFRunLoopEntry - %@", mode);
                CFRelease(mode);
                break;
            }
                
            case kCFRunLoopExit: {
                CFRunLoopMode mode = CFRunLoopCopyCurrentMode(CFRunLoopGetCurrent());
                NSLog(@"kCFRunLoopExit - %@", mode);
                CFRelease(mode);
                break;
            }
                
            default:
                break;
        }
    });
    // 添加Observer到RunLoop中
    CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetMain(), observer, kCFRunLoopCommonModes);
    // 释放
    CFRelease(observer);
}

RunLoop运行逻辑

苹果官方图片

运行逻辑

文字描述运行逻辑

源码分析：CFRunLoopRunSpecific 这个是入口

SInt32 CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopRef rl, CFStringRef modeName, CFTimeInterval seconds, Boolean returnAfterSourceHandled) {     /* DOES CALLOUT */
    
    // 通知Observers：进入Loop
    __CFRunLoopDoObservers(rl, currentMode, kCFRunLoopEntry);
    
    // 具体要做的事情
    result = __CFRunLoopRun(rl, currentMode, seconds, returnAfterSourceHandled, previousMode);
    
    // 通知Observers：退出Loop
    __CFRunLoopDoObservers(rl, currentMode, kCFRunLoopExit);
    
    return result;
}

__CFRunLoopRun 源码

static int32_t __CFRunLoopRun(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopModeRef rlm, CFTimeInterval seconds, Boolean stopAfterHandle, CFRunLoopModeRef previousMode) {
    
    int32_t retVal = 0;
    do {
        // 通知Observers：即将处理Timers
        __CFRunLoopDoObservers(rl, rlm, kCFRunLoopBeforeTimers);
        
        // 通知Observers：即将处理Sources
        __CFRunLoopDoObservers(rl, rlm, kCFRunLoopBeforeSources);

        // 通知Observers：即将处理Blocks
        __CFRunLoopDoBlocks(rl, rlm);

        // 处理Sources0
        if (__CFRunLoopDoSources0(rl, rlm, stopAfterHandle)) {
            // 处理Blocks
            __CFRunLoopDoBlocks(rl, rlm);
        }

        Boolean poll = sourceHandledThisLoop || (0ULL == timeout_context->termTSR);

        // 判断有无Sources1
        if (__CFRunLoopServiceMachPort(dispatchPort, &msg, sizeof(msg_buffer), &livePort, 0, &voucherState, NULL)) {
            // 如果有Sources1 就跳转到handle_msg
            goto handle_msg;
        }

        // 通知Observers：即将休眠
        __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);
        
        __CFRunLoopUnsetSleeping(rl);
        // 通知Observers：结束睡眠
        __CFRunLoopDoObservers(rl, rlm, kCFRunLoopAfterWaiting);

        handle_msg:
        if (被Timer唤醒) {
            // 处理Timers
            __CFRunLoopDoTimers(rl, rlm, mach_absolute_time()
        } else if (被GCD唤醒) {
            // 处理GCD
            __CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__(msg);
        } else { // 被Sources1唤醒
            // 处理Sources1
            __CFRunLoopDoSource1(rl, rlm, rls) || sourceHandledThisLoop;
        }
        
        // 处理Blocks
        __CFRunLoopDoBlocks(rl, rlm);
            
        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;
        }

    } while (0 == retVal);

    return retVal;
}

特殊情况

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        
        // 处理一些子线程的逻辑-> 不依赖RunLoop
        
        // 回到主线程去刷新UI界面
        dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
            // 依赖与RunLoop
            NSLog(@"11111111111");
        });
    });

RunLoop休眠的实现原理

RunLoop在实际开发中的应用

1、控制线程生命周期（线程保活）
2、解决NSTimer在滑动时停止工作的问题
3、监控应用卡顿
4、性能优化

面试题

1、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？

static int count = 0;
    NSTimer *timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:1.0 repeats:YES block:^(NSTimer * _Nonnull timer) {
        NSLog(@"%d", ++count);
    }];
//    [[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode];
//    [[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:UITrackingRunLoopMode];
    
    // NSDefaultRunLoopMode、UITrackingRunLoopMode才是真正存在的模式
    // NSRunLoopCommonModes并不是一个真的模式，它只是一个标记
    // timer能在_commonModes数组中存放的模式下工作
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];
    
    // scheduledTimerWithTimeInterval自动将NSRunLoopModes变成NSDefaultRunLoopMode
//    [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1.0 repeats:YES block:^(NSTimer * _Nonnull timer) {
//        NSLog(@"%d", ++count);
//    }];

2、如何让线程保活(AFNetworking)

#import "ViewController.h"
#import "MJThread.h"

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

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    self.thread = [[MJThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];
    [self.thread start];
}

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event
{
    [self performSelector:@selector(test) onThread:self.thread withObject:nil waitUntilDone:NO];
}

// 子线程需要执行的任务
- (void)test
{
    NSLog(@"%s %@", __func__, [NSThread currentThread]);
}

// 这个方法的目的：线程保活
- (void)run {
    NSLog(@"%s %@", __func__, [NSThread currentThread]);
    
    // 往RunLoop里面添加Source\Timer\Observer
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:[[NSPort alloc] init] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
    [[NSRunLoop currentRunLoop] run];
    
    NSLog(@"%s ----end----", __func__);
}

@end

扩展

1、线程保活的封装

#import <Foundation/Foundation.h>

typedef void (^MJPermenantThreadTask)(void);

@interface MJPermenantThread : NSObject

/**
 开启线程
 */
//- (void)run;

/**
 在当前子线程执行一个任务
 */
- (void)executeTask:(MJPermenantThreadTask)task;

/**
 结束线程
 */
- (void)stop;

@end

#import "MJPermenantThread.h"

/** MJThread **/
@interface MJThread : NSThread
@end
@implementation MJThread
- (void)dealloc
{
    NSLog(@"%s", __func__);
}
@end

/** MJPermenantThread **/
@interface MJPermenantThread()
@property (strong, nonatomic) MJThread *innerThread;
@property (assign, nonatomic, getter=isStopped) BOOL stopped;
@end

@implementation MJPermenantThread
#pragma mark - public methods
- (instancetype)init
{
    if (self = [super init]) {
        self.stopped = NO;
        
        __weak typeof(self) weakSelf = self;
        
        self.innerThread = [[MJThread alloc] initWithBlock:^{
            [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:[[NSPort alloc] init] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
            
            while (weakSelf && !weakSelf.isStopped) {
                [[NSRunLoop currentRunLoop] runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate:[NSDate distantFuture]];
            }
        }];
        
        [self.innerThread start];
    }
    return self;
}

//- (void)run
//{
//    if (!self.innerThread) return;
//
//    [self.innerThread start];
//}

- (void)executeTask:(MJPermenantThreadTask)task
{
    if (!self.innerThread || !task) return;
    
    [self performSelector:@selector(__executeTask:) onThread:self.innerThread withObject:task waitUntilDone:NO];
}

- (void)stop
{
    if (!self.innerThread) return;
    
    [self performSelector:@selector(__stop) onThread:self.innerThread withObject:nil waitUntilDone:YES];
}

- (void)dealloc
{
    NSLog(@"%s", __func__);
    
    [self stop];
}

#pragma mark - private methods
- (void)__stop
{
    self.stopped = YES;
    CFRunLoopStop(CFRunLoopGetCurrent());
    self.innerThread = nil;
}

- (void)__executeTask:(MJPermenantThreadTask)task
{
    task();
}

@end

2、CFRunLoopRef创建线程保活

#import <Foundation/Foundation.h>

typedef void (^MJPermenantThreadTask)(void);

@interface MJPermenantThread : NSObject

/**
 开启线程
 */
//- (void)run;

/**
 在当前子线程执行一个任务
 */
- (void)executeTask:(MJPermenantThreadTask)task;

/**
 结束线程
 */
- (void)stop;

@end
#import "MJPermenantThread.h"

/** MJThread **/
@interface MJThread : NSThread
@end
@implementation MJThread
- (void)dealloc
{
    NSLog(@"%s", __func__);
}
@end

/** MJPermenantThread **/
@interface MJPermenantThread()
@property (strong, nonatomic) MJThread *innerThread;
@end

@implementation MJPermenantThread
#pragma mark - public methods
- (instancetype)init
{
    if (self = [super init]) {
        self.innerThread = [[MJThread alloc] initWithBlock:^{
            NSLog(@"begin----");
            
            // 创建上下文（要初始化一下结构体）
            CFRunLoopSourceContext context = {0};
            
            // 创建source
            CFRunLoopSourceRef source = CFRunLoopSourceCreate(kCFAllocatorDefault, 0, &context);
            
            // 往Runloop中添加source
            CFRunLoopAddSource(CFRunLoopGetCurrent(), source, kCFRunLoopDefaultMode);
            
            // 销毁source
            CFRelease(source);
            
            // 启动
            CFRunLoopRunInMode(kCFRunLoopDefaultMode, 1.0e10, false);
            
//            while (weakSelf && !weakSelf.isStopped) {
//                // 第3个参数：returnAfterSourceHandled，设置为true，代表执行完source后就会退出当前loop
//                CFRunLoopRunInMode(kCFRunLoopDefaultMode, 1.0e10, true);
//            }
            
            NSLog(@"end----");
        }];
        
        [self.innerThread start];
    }
    return self;
}

//- (void)run
//{
//    if (!self.innerThread) return;
//
//    [self.innerThread start];
//}

- (void)executeTask:(MJPermenantThreadTask)task
{
    if (!self.innerThread || !task) return;
    
    [self performSelector:@selector(__executeTask:) onThread:self.innerThread withObject:task waitUntilDone:NO];
}

- (void)stop
{
    if (!self.innerThread) return;
    
    [self performSelector:@selector(__stop) onThread:self.innerThread withObject:nil waitUntilDone:YES];
}

- (void)dealloc
{
    NSLog(@"%s", __func__);
    
    [self stop];
}

#pragma mark - private methods
- (void)__stop
{
    CFRunLoopStop(CFRunLoopGetCurrent());
    self.innerThread = nil;
}

- (void)__executeTask:(MJPermenantThreadTask)task
{
    task();
}

@end

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一、什么是RunLoop

二、如果没有RunLoop 程序在执行完NSLog后直接return 0;

三、如果有了RunLoop

RunLoop对象

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