Runloop和多线程

作者: 闹鬼的金矿 | 来源:发表于2017-07-21 16:24 被阅读622次

在CFRunloop中已经说明了一个线程及其runloop的对应关系，现在以iOS中NSThread的实际使用来说明runloop在线程中的意义。

在iOS中直接使用NSThread有一下几种方式，但是归根到底，当一个线程需要长时间的去跟踪一个任务的时候，这几种方式做的事情是一样的，只不过接口名称和参数不一样，感觉是为了使用起来更加方便。因为这些接口内部都需要依赖runloop去实现事件的监听，这个可以通过调用堆栈证实。

- (void)performSelectorInBackground:(SEL)aSelector withObject:(id)arg

- (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread*)thr withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait

以上两个方法都是NSObject的方法，可以直接通过一个对象来创建一个线程。第二个方法具有更多的灵活性，它可以让你自己指定线程，第一个方法是自己默认创建一个线程。第二个方法的最后一个参数是指定是否等待aSelector执行完毕。

+ (void)detachNewThreadSelector:(SEL)selector toTarget:(id)target withObject:(id)argument;

该方法是NSThread的类方法，跟第一个方法是类似的功能。

下面通过在子线程发起一个网络请求，去发现一些问题，然后通过runloop去解释原因，并推测API背后的实现方式。

代码1

- (void)viewDidLoad {

    [super viewDidLoad];

    [self performSelectorInBackground:@selector(multiThread) withObject:nil];
}
- (void)multiThread

{
    if (![NSThread isMainThread]) {
        self.request = [[NSMutableURLRequest alloc]

                                        initWithURL:[NSURL URLWithString:@"
                                        http://www.baidu.com"]

                                        cachePolicy:NSURLCacheStorageNotAllowed

                                        timeoutInterval:10];

        [self.request setHTTPMethod: @"GET"];

        self.connection =[[NSURLConnection alloc] initWithRequest:self.request

                                                         delegate:self

                                                 startImmediately:YES];
    }
}
- (void)connection:(NSURLConnection *)connection didReceiveResponse:(NSURLResponse *)response{

    NSLog(@"network callback");

}

运行之后，可以发现在子线程中发起的网络请求，回调没有被调用。根据CFRunloop介绍的知识可以大致猜测可能跟runloop有关系，也就是子线程的runloop中没有注册网络回调的消息，所以该子线程自己相关的runloop没有收到回调。实际上

- (instancetype)initWithRequest:(NSURLRequest *)request delegate:(id)delegate startImmediately:(BOOL)

这个方法的第三个参数的bool值表示是否在创建完NSURLConnection对象之后立刻发起请求，一般情况下是YES，什么时候会传NO呢。

事实上，对于以上这种方式创建的线程，默认是没有生成该线程对应的runloop的。也就是说这种情况下，需要自己去创建对应线程的runloop，并且让他run起来，去不断监听各种往runloop里注册的消息。但是对于主线程而言，其对应的runloop会由系统建立，并且自己run起来。由于平时工作在主线程下，这些工作大部分情况下不需要人为参与，所以一到子线程就会有各种问题。子线程中起timer没有生效也是相同的原因。所以以上函数第三个参数的意思就是，如果是当前线程已经runloop跑起来的情况下，传YES。除此之外，需要自己创建runloop去run，再将网络请求消息注册到runloop中。

现在根据以上分析修改代码：

代码2

self.request = [[NSMutableURLRequest alloc]

                                initWithURL:[NSURL URLWithString:@"http://
                                www.baidu.com"]

                                cachePolicy:NSURLCacheStorageNotAllowed

                                timeoutInterval:10];

[self.request setHTTPMethod: @"GET"];

self.connection =[[NSURLConnection alloc] initWithRequest:self.request

                                                 delegate:self

                                         startImmediately:NO];

NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];

[runLoop run];

[self.connection scheduleInRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSDefaultRunLoopMode];

[self.connection start];

代码3

self.request = [[NSMutableURLRequest alloc]

                                initWithURL:[NSURL URLWithString:@"http://
                                www.baidu.com"]

                                cachePolicy:NSURLCacheStorageNotAllowed

                                timeoutInterval:10];

[self.request setHTTPMethod: @"GET"];

self.connection =[[NSURLConnection alloc] initWithRequest:self.request

                                                 delegate:self

                                         startImmediately:NO];

NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];

[self.connection scheduleInRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSDefaultRunLoopMode];

[self.connection start];

[runLoop run];

然后就发现网络回调被调用了。

之后分析了一下调用堆栈：

第一个：在multiThread里面是这样的：

multiThread.png

第二个：网络回调里面是这样的：

网络回调.png

通过堆栈可以得知，这两个函数都是由线程6调用的，也就是创建的子线程，也就是创建的子线程，但是堆栈中的内容很不一样。很显然第二个是从runloop 调出的，并且是Sources0这个消息调出的。而第一个是线程运行时候的初始化方法。所以当调用runloop run的时候，其实是线程进入自己的runloop去监听时间了，从此以后，所有的代码都会从runloop CALLOUT出来。所以这种情况下，需要把先把消息注册到runloop中，让runloop跑起来是最后需要做的事情。

以下是开源库AFNetworking网络请求的实现：

AFNetworking

- (void)start {

    [self.lock lock];

    if ([self isCancelled]) {
        [self performSelector:@selector(cancelConnection) onThread:[[self class
        ] networkRequestThread] withObject:nil waitUntilDone:NO modes:[self.
        runLoopModes allObjects]];

    } else if ([self isReady]) {
        self.state = AFOperationExecutingState;
        [self performSelector:@selector(operationDidStart) onThread:[[self 
        class] networkRequestThread] withObject:nil waitUntilDone:NO modes:[
        self.runLoopModes allObjects]];

    }
    [self.lock unlock];
}
+ (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;
}

AFNetworking使用的是

- (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread\*)thr withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait

这个方法，但是为什么它没有使用

- (void)performSelectorInBackground:(SEL)aSelector withObject:(id)arg

这个方法呢？

通过断点，发现了AFNetwokring网络请求中一些函数的调用顺序：

1.networkRequestThread

2.networkRequestThreadEntryPoint

3.operationDidStart

为什么operationDidStart会在networkRequestThreadEntryPoint之后调用？

在networkRequestThreadEntryPoint里主要是生成网络线程的runloop并且让它跑起来，里面的

[runLoop addPort:[NSMachPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode]

这主要是为了在没有任何网络请求的时候让网络线程保持监听状态，否则网络线程的loop会直接返回，之后再调用网络线程请求就没有意义了。再结合调用堆栈，发现operationDidStart是在runloop callout出来的，而networkRequestThreadEntryPoint是网络线程的入口方法。这跟之前的例子是一样的。所以，我猜测

- (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread\*)thr withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait

这个方法背后是由主线程将aSelector作为消息注册到runloop中时间发生在networkRequestThreadEntryPoint方法调用之前，所以在networkRequestThreadEntryPoint方法中调用。 NSRunLoop currentRunLoop的时候其实runloop本身应该已经被创建了。原因是因为在这个地方断点，打印runloop对象可以发现里面已经注册了source0的消息，如下截图：

currentRunloop.png

也就是说父线程在

- (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait**函数中将aSelector

注册成source0，这是该函数背后的大致实现。通过查阅apple官方文档，基本属实，如下所示：

官方文档.png

通过上面的分析，可以得出使用performSelector方法可以将子线程runloop的初始化实现在子线程的初始化方法里实现，如果使用performSelectorInBackground

方法，那么子线程runloop的初始化和业务逻辑就会混到一起，并且每一次都会重新初始化。AFNetworking通过一个静态全局的子线程去管理所有的网络请求，其对应的runloop也只需要初始化一次。

通过以上分析，可以知道如果需要让一个子线程去持续的监听时间，就需要启动它的runloop并且忘其中注册source，timer，oberserver三者之一的消息类型。在默认情况下子线程的runloop是不会自己创建和启动的。

线程之间的通讯：NSMachPort

NSNotificationCenter是iOS中全局的观察者，可以用于不同页面之间消息传递解耦。

先看一段代码：

代码1

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];

    NSLog(@"current thread = %@", [NSThread currentThread]);

    [[NSNotificationCenter defaultCenter] addObserver:self selector:@selector(
        handleNotification:) name:TEST_NOTIFICATION object:nil];

    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0
        ), ^{

        [[NSNotificationCenter defaultCenter] postNotificationName:TEST_NOTIFICATION object:nil userInfo:nil];
    });
}

- (void)handleNotification:(NSNotification *)notification
{
    NSLog(@"current thread = %@", [NSThread currentThread]);

    NSLog(@"test notification");
}

@end

输出如下：

输出

current thread = <NSThread: 0x7fbb23412f30>{number = 1, name = main}
current thread = <NSThread: 0x7fbb23552370>{number = 2, name = (null)}
test[865:45174] test notification

在主线程中注册了一个通知，在子线程中抛出事件，最后在子线程中处理事件。

但是有些时候，可能需要在同一个线程中处理事件，比如更新UI的操作只能放到主线程中进行。所以，需要做一次线程之间消息的转发。如果是子线程往主线程转发，通过GCD即可实现。但是如果是任意两个线程之间通讯，则需要依赖NSMachPort通过它往目标线程的runloop中注册事件来完成。

@interface ViewController () <NSMachPortDelegate>

@property (nonatomic) NSMutableArray    *notifications;         // 通知队列
@property (nonatomic) NSThread          *notificationThread;    // 期望线程
@property (nonatomic) NSLock            *notificationLock;      // 用于对通知队列加锁的锁对象，避免线程冲突
@property (nonatomic) NSMachPort        *notificationPort;      // 用于向期望线程发送信号的通信端口

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];

    NSLog(@"current thread = %@", [NSThread currentThread]);

    // 初始化
    self.notifications = [[NSMutableArray alloc] init];
    self.notificationLock = [[NSLock alloc] init];

    self.notificationThread = [NSThread currentThread];
    self.notificationPort = [[NSMachPort alloc] init];
    self.notificationPort.delegate = self;

    // 往当前线程的run loop添加端口源
    // 当Mach消息到达而接收线程的run loop没有运行时，则内核会保存这条消息，直到下一次进入run loop
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:self.notificationPort
                                forMode:(__bridge NSString *)
                                kCFRunLoopCommonModes];

    [[NSNotificationCenter defaultCenter] addObserver:self selector:@selector(
        processNotification:) name:@"TestNotification" object:nil];

    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0
        ), ^{

        [[NSNotificationCenter defaultCenter] postNotificationName:TEST_NOTIFICATION object:nil userInfo:nil];

    });
}

//NSMacPort回调方法
- (void)handleMachMessage:(void *)msg {

    [self.notificationLock lock];

    while ([self.notifications count]) {
        NSNotification *notification = [self.notifications objectAtIndex:0];
        [self.notifications removeObjectAtIndex:0];
        [self.notificationLock unlock];
        [self processNotification:notification];
        [self.notificationLock lock];
    };

    [self.notificationLock unlock];
}

- (void)processNotification:(NSNotification *)notification {

    if ([NSThread currentThread] != _notificationThread) {
        // Forward the notification to the correct thread.
        [self.notificationLock lock];
        [self.notifications addObject:notification];
        [self.notificationLock unlock];
        [self.notificationPort sendBeforeDate:[NSDate date]
                                   components:nil
                                         from:nil
                                     reserved:0];
    }
    else {
        // Process the notification here;
        NSLog(@"current thread = %@", [NSThread currentThread]);
        NSLog(@"process notification");
    }
}

@end

输入如下：

test[1474:92483] current thread = <NSThread: 0x7ffa4070ed50>{number = 1, name = main}
test[1474:92483] current thread = <NSThread: 0x7ffa4070ed50>{number = 1, name = main}
test[1474:92483] process notification

Runloop和多线程

线程之间的通讯：NSMachPort

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