iOS开发笔记-RunLoop

作者: chenzhy | 来源:发表于2018-02-28 18:03 被阅读6次

1. RunLoop简介

1.1 什么是RunLoop？

可以理解为字面意思：Run表示运行，Loop表示循环。结合在一起就是运行的循环的意思。

RunLoop实际上是一个对象，这个对象在循环中用来处理程序运行过程中出现的各种事件（比如说触摸事件、UI刷新事件、定时器事件、Selector事件），从而保持程序的持续运行；而且在没有事件处理的时候，会进入睡眠模式，从而节省CPU资源，提高程序性能。

1.2 RunLoop和线程

RunLoop和线程是息息相关的，我们知道线程的作用是用来执行特定的一个或多个任务，但是在默认情况下，线程执行完之后就会退出，就不能再执行任务了。这时我们就需要采用一种方式来让线程能够处理任务，并不退出。所以，我们就有了RunLoop。

一条线程对应一个RunLoop对象，每条线程都有唯一一个与之对应的RunLoop对象。
我们只能在当前线程中操作当前线程的RunLoop，而不能去操作其他线程的RunLoop。
RunLoop对象在第一次获取RunLoop时创建，销毁则是在线程结束的时候。
主线程的RunLoop对象系统自动帮助我们创建好了(原理如下)，而子线程的RunLoop对象需要我们主动创建。

1.3 默认情况下主线程的RunLoop原理

我们在启动一个iOS程序的时候，系统会调用创建项目时自动生成的main.m的文件。main.m文件如下所示：

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

其中UIApplicationMain函数内部帮我们开启了主线程的RunLoop，UIApplicationMain内部拥有一个无线循环的代码。上边的代码中开启RunLoop的过程可以简单的理解为如下代码：

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;
}

从上边可看出，程序一直在do-while循环中执行，所以UIApplicationMain函数一直没有返回，我们在运行程序之后程序不会马上退出，会保持持续运行状态。

下图是苹果官方给出的RunLoop模型图。

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从上图中可以看出，RunLoop就是线程中的一个循环，RunLoop在循环中会不断检测，通过Input sources（输入源）和Timer sources（定时源）两种来源等待接受事件；然后对接受到的事件通知线程进行处理，并在没有事件的时候进行休息。

2. RunLoop相关类

下面我们来了解一下Core Foundation框架下关于RunLoop的5个类，只有弄懂这几个类的含义，我们才能深入了解RunLoop运行机制。

CFRunLoopRef：代表RunLoop的对象
CFRunLoopModeRef：RunLoop的运行模式
CFRunLoopSourceRef：就是RunLoop模型图中提到的输入源/事件源
CFRunLoopTimerRef：就是RunLoop模型图中提到的定时源
CFRunLoopObserverRef：观察者，能够监听RunLoop的状态改变

下边详细讲解下几种类的具体含义和关系。

先来看一张表示这5个类的关系图（来源：http://blog.ibireme.com/2015/05/18/runloop/）。

1877784-2177aa2828b1ad34.png

一个RunLoop对象CFRunLoopRef中包含若干个运行模式CFRunLoopModeRef。而每一个运行模式下又包含若干个输入源CFRunLoopSourceRef、定时源CFRunLoopTimerRef、观察者CFRunLoopObserverRef。

每次RunLoop启动时，只能指定其中一个运行模式CFRunLoopModeRef，这个运行模式CFRunLoopModeRef被称作CurrentMode。
如果需要切换运行模式CFRunLoopModeRef，只能退出Loop，再重新指定一个运行模式CFRunLoopModeRef进入。
这样做主要是为了分隔开不同组的输入源CFRunLoopSourceRef、定时源CFRunLoopTimerRef、观察者CFRunLoopObserverRef，让其互不影响。

下边我们来详细讲解下这五个类：

2.1 CFRunLoopRef

CFRunLoopRef就是Core Foundation框架下RunLoop对象类。我们可通过以下方式来获取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

当然，在Foundation框架下获取RunLoop对象类的方法如下：

Foundation

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

2.2 CFRunLoopModeRef

系统默认定义了多种运行模式CFRunLoopModeRef，如下：

kCFRunLoopDefaultMode：App的默认运行模式，通常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（后边会用到）
其中kCFRunLoopDefaultMode、UITrackingRunLoopMode、kCFRunLoopCommonModes是我们开发中需要用到的模式，具体使用方法我们在 2.3 CFRunLoopTimerRef 中结合CFRunLoopTimerRef来演示说明。

2.3 CFRunLoopTimerRef

CFRunLoopTimerRef是定时源（RunLoop模型图中提到过），理解为基于时间的触发器，基本上就是NSTimer。

下面我们来演示下CFRunLoopModeRef和CFRunLoopTimerRef结合的使用用法，从而加深理解。

首先我们新建一个iOS项目，在Main.storyboard中拖入一个Text View。
在ViewController.m文件中加入以下代码来演示。

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];

    // 定义一个定时器，约定两秒之后调用self的run方法
    NSTimer *timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:2.0 target:self selector:@selector(run) userInfo:nil repeats:YES];

    // 将定时器添加到当前RunLoop的NSDefaultRunLoopMode下
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode];
}

- (void)run
{
    NSLog(@"---run");
}

然后运行，这时候我们发现如果我们不对模拟器进行任何操作的话，定时器会稳定的每隔2秒调用run方法打印。
但是当我们拖动Text View滚动时，我们发现：run方法不打印了，也就是说NSTimer不工作了。而当我们松开鼠标的时候，NSTimer就又开始正常工作了。

这是因为：

当我们不做任何操作的时候，RunLoop处于NSDefaultRunLoopMode下。
而当我们拖动Text View的时候，RunLoop就结束NSDefaultRunLoopMode，切换到了UITrackingRunLoopMode模式下，这个模式下没有添加NSTimer，所以我们的NSTimer就不工作了。
但当我们松开鼠标的时候，RunLoop就结束UITrackingRunLoopMode模式，又切换回NSDefaultRunLoopMode模式，所以NSTimer就又开始正常工作了。

你可以试着将上述代码中的[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode];语句换为[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:UITrackingRunLoopMode];，也就是将定时器添加到当前RunLoop的UITrackingRunLoopMode下，你就会发现定时器只会在拖动Text View的模式下工作，而不做操作的时候定时器就不工作。

那难道我们就不能在这两种模式下让NSTimer都能正常工作吗？

当然可以，这就用到了我们之前说过的伪模式kCFRunLoopCommonModes，这其实不是一种真实的模式，而是一种标记模式，意思就是可以在打上Common Modes标记的模式下运行。

那么哪些模式被标记上了Common Modes呢？

NSDefaultRunLoopMode 和 UITrackingRunLoopMode。

所以我们只要我们将NSTimer添加到当前RunLoop的kCFRunLoopCommonModes（Foundation框架下为NSRunLoopCommonModes）下，我们就可以让NSTimer在不做操作和拖动Text View两种情况下愉快的正常工作了。

具体做法就是讲添加语句改为[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];

既然讲到了NSTimer，这里顺便讲下NSTimer中的scheduledTimerWithTimeInterval方法和RunLoop的关系。添加下面的代码：

[NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:2.0 target:self selector:@selector(run) userInfo:nil repeats:YES];

这句代码调用了scheduledTimer返回的定时器，NSTimer会自动被加入到了RunLoop的NSDefaultRunLoopMode模式下。这句代码相当于下面两句代码：

NSTimer *timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:2.0 target:self selector:@selector(run) userInfo:nil repeats:YES];
[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode];

2.4 CFRunLoopSourceRef

CFRunLoopSourceRef是事件源（RunLoop模型图中提到过），CFRunLoopSourceRef有两种分类方法。

第一种按照官方文档来分类（就像RunLoop模型图中那样）：

Port-Based Sources（基于端口）
Custom Input Sources（自定义）
Cocoa Perform Selector Sources

第二种按照函数调用栈来分类：

Source0 ：非基于Port
Source1：基于Port，通过内核和其他线程通信，接收、分发系统事件

这两种分类方式其实没有区别，只不过第一种是通过官方理论来分类，第二种是在实际应用中通过调用函数来分类。

下边我们举个例子大致来了解一下函数调用栈和Source。

1.在我们的项目中的Main.storyboard中添加一个Button按钮，并添加点击动作。
2.然后在点击动作的代码中加入一句输出语句，并打上断点，如下图所示：

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3.然后运行程序，并点击按钮。
4.然后在项目中单击下下图红色部分。

1877784-970c15ff611d4d6d.png
5.可以看到如下图所示就是点击事件产生的函数调用栈。

1877784-c014e77adce248c6.png
所以点击事件是这样来的：

首先程序启动，调用16行的main函数，main函数调用15行UIApplicationMain函数，然后一直往上调用函数，最终调用到0行的BtnClick函数，即点击函数。
同时我们可以看到11行中有Sources0，也就是说我们点击事件是属于Sources0函数的，点击事件就是在Sources0中处理的。
而至于Sources1，则是用来接收、分发系统事件，然后再分发到Sources0中处理的。

2.5 CFRunLoopObserverRef

CFRunLoopObserverRef是观察者，用来监听RunLoop的状态改变

CFRunLoopObserverRef可以监听的状态改变有以下几种：

typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
    kCFRunLoopEntry = (1UL << 0),               // 即将进入Loop：1
    kCFRunLoopBeforeTimers = (1UL << 1),        // 即将处理Timer：2    
    kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2),       // 即将处理Source：4
    kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5),       // 即将进入休眠：32
    kCFRunLoopAfterWaiting = (1UL << 6),        // 即将从休眠中唤醒：64
    kCFRunLoopExit = (1UL << 7),                // 即将从Loop中退出：128
    kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU       // 监听全部状态改变  
};

下边我们通过代码来监听下RunLoop中的状态改变。

在ViewController.m中添加如下代码。

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];

    // 创建观察者
    CFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreateWithHandler(CFAllocatorGetDefault(), kCFRunLoopAllActivities, YES, 0, ^(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity) {
        NSLog(@"监听到RunLoop发生改变---%zd",activity);
    });

    // 添加观察者到当前RunLoop中
    CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetCurrent(), observer, kCFRunLoopDefaultMode);

    // 释放observer，最后添加完需要释放掉
    CFRelease(observer);
}

2.然后运行，看下打印结果，如下图。

1877784-2005e92565b30e68.png

可以看到RunLoop的状态在不断的改变，最终变成了状态 32，也就是即将进入睡眠状态，说明RunLoop之后就会进入睡眠状态。

3. RunLoop原理

好了，五个类都讲解完了，下边开始放大招了。这下我们就可以来理解RunLoop的运行逻辑了。

下边上一张之前提到的文章中博主提供的运行逻辑图

1877784-94c6cdb3a7864593.png

这张图对于我们理解RunLoop来说太有帮助了，下边我们可以来说下官方文档给我们的RunLoop逻辑。

在每次运行开启RunLoop的时候，所在线程的RunLoop会自动处理之前未处理的事件，并且通知相关的观察者。

具体的顺序如下：

通知观察者RunLoop已经启动
通知观察者即将要开始的定时器
通知观察者任何即将启动的非基于端口的源
启动任何准备好的非基于端口的源
如果基于端口的源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状态
将线程置于休眠知道任一下面的事件发生：
- 某一事件到达基于端口的源
- 定时器启动
- RunLoop设置的时间已经超时
- RunLoop被显示唤醒
通知观察者线程将被唤醒
处理未处理的事件
- 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
通知观察者RunLoop结束。

iOS开发笔记-RunLoop

1. RunLoop简介

1.1 什么是RunLoop？

1.2 RunLoop和线程

1.3 默认情况下主线程的RunLoop原理

2. RunLoop相关类

2.1 CFRunLoopRef

2.2 CFRunLoopModeRef

2.3 CFRunLoopTimerRef

2.4 CFRunLoopSourceRef

2.5 CFRunLoopObserverRef

3. RunLoop原理

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