玩转Runloop - 代码示例使用Source, Observ

作者: 4d1487047cf6 | 来源:发表于2017-04-12 22:56 被阅读174次

Runloop是一个神奇的东西，它贯穿了一个iOS应用的生命周期而一直为伴。本文会对Runloop有一部分讲解，但看这篇文章之前，你仍需要对Runloop有一个基本的了解，可以看大神的这篇文章。我留意到网络上对Runloop原理讲解的文章很多，但示例代码很少。本文主要用代码展示一些Runloop的玩法，会涉及到部分的CoreFoundation的API调用。

大家都知道Runloop的一个Mode里可包含三样东西：Source, Observer, Timer，它们被称为Mode Item。简而言之，Runloop依据Mode去跑，任何一个Item都需要添加进一个Mode里才为之有效。这里涉及的方法有：

CFRunLoopAddSource()
CFRunLoopAddObserver()
CFRunLoopAddTimer()

以上是Core Foundation的API，我省略了参数没写，CF的API太吓人了。lol。

好吧，其实分别涉及三个参数：Runloop自身，item自身，以及Mode囖！
在Cocoa对Runloop的封装里，API就没那么丰富了。添加mode item的方法有：

addTimer:forMode:
addPort:forMode:

Timer也就是NSTimer对象，在常规开发里涉及Runloop最多可能也就它了；Port就厉害了，Mach port是iOS系统(Darwin)的进程间通信方式，属于Source的一种，这个下面再说。

Observer

首先我们说Observer。它是一个对象没错，但简单点理解：它是一个回调。

Apple的Runloop实现中会在特定的6个时刻尝试触发Observer调用（这里的时刻是也可以理解为一种事件）。分别是：

typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
    kCFRunLoopEntry         = (1UL << 0), // 即将进入Loop
    kCFRunLoopBeforeTimers  = (1UL << 1), // 即将处理 Timer
    kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2), // 即将处理 Source
    kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5), // 即将进入休眠
    kCFRunLoopAfterWaiting  = (1UL << 6), // 刚从休眠中唤醒
    kCFRunLoopExit          = (1UL << 7), // 即将退出Loop
    kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU // 所有时刻
};

为什么我说“尝试触发”而不是“触发”呢？（自己想）

例如：iOS模板工程的main函数里使用了@autoreleasepool包裹，实际苹果向主线程Runloop注册了两个Observer。一个监听Entry事件，这个Observer回调中调用_objc_autoreleasePoolPush()来创建自动释放池；一个监听BeforeWaiting和Exit事件，这个Observer调用_objc_autoreleasePoolPop()和_objc_autoreleasePoolPush()来释放引用池和新建池，Exit时释放池。因此实现了每一个Runloop循环都释放引用池的效果。

说了那么多，我们如何自己写一个Observer呢？
Cocoa里没有涉及Observer的的API，我们使用CoreFoundation的。

在这里我们将注册一个监听所有事件的Observer。
我们新建一个线程，开启它的Runloop，然后把自定义的observer添加进它的Runloop里。

#import "RLThread.h"
@implementation RLThread

- (void)main {
    [[NSThread currentThread] setName:@"MyRunLoopThread"];

    CFRunLoopRef myCFRunLoop = CFRunLoopGetCurrent();
    CFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreateWithHandler(NULL, kCFRunLoopAllActivities, YES, 0, ^(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity) {
        switch (activity) {
            case kCFRunLoopEntry:
                NSLog(@"observer: loop entry");
                break;
            case kCFRunLoopBeforeTimers:
                NSLog(@"observer: before timers");
                break;
            case kCFRunLoopBeforeSources:
                NSLog(@"observer: before sources");
                break;
            case kCFRunLoopBeforeWaiting:
                NSLog(@"observer: before waiting");
                break;
            case kCFRunLoopAfterWaiting:
                NSLog(@"observer: after waiting");
                break;
            case kCFRunLoopExit:
                NSLog(@"observer: exit");
                break;
            case kCFRunLoopAllActivities:
                NSLog(@"observer: all activities");
                break;
            default:
                break;
        }
    });
    CFRunLoopAddObserver(myCFRunLoop, observer, kCFRunLoopDefaultMode);

    NSRunLoop *myRunLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];
    [myRunLoop addPort:[NSPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];

    BOOL done = NO;
    do
    {
        // Start the run loop but return after each source is handled.
        SInt32   result = CFRunLoopRunInMode(kCFRunLoopDefaultMode, 30, YES);
        if (result == kCFRunLoopRunFinished) {
            NSLog(@"====runloop finished(no sources or timers), exit");
            done = YES;
        } else if (result == kCFRunLoopRunStopped) {
            NSLog(@"====runloop stopped, exit");
            done = YES;
        } else if (result == kCFRunLoopRunTimedOut) {
            NSLog(@"====runloop timeout, exit");
            done = NO;
        } else if (result == kCFRunLoopRunHandledSource) {
            NSLog(@"====runloop process a source, exit");
            done = YES;
        }
    }
    while (!done);
}

这个线程启动后讲进入它的main方法。我们定义了一个监听所有事件的observer，在回调里打印出每个事件描述。从创建observer的方法CFRunLoopObserverCreateWithHandler(...)可见observer包含了一个block回调。当然也可使用另外一个CFRunLoopObserverCreate(...)方法，里面包含了一个回调函数指针参数，道理是一样的。

如果在observer的回调函数里打断点，可以看到调用函数栈，最终它是通过一串很长的函数__CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__来调用出去。

Paste_Image.png
这串很长的函数的源代码：

static void __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(CFRunLoopObserverCallBack func, CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity, void *info) {
    if (func) {
        func(observer, activity, info);
    }
    asm __volatile__(""); // thwart tail-call optimization
}

可见它会判断是否func存在才去回调，而它就是设置在observer的回调函数（这里就是那个block）了。

在开启Runloop前，添加了一个Port，防止Runloop在无source和timer的情况下直接退出，仅仅有observer是不够的。前面说过port是一种source，当然这里你也可以添加timer，这里添加一个不会使用到的port只是写起来方便。众所周知大名鼎鼎的AFNetworking也使用了这种套路，不过它是addPort完之后就直接调用-run来开启Runloop了。

开启Runloop

这里说下开启Runloop的几种方法：

Cocoa API

runMode:beforeDate:
指定Runloop的Mode和超时时间。返回YES，如果Runloop跑起来并且处理了一个source，或者超时时间到；如果没有添加source或timer，则直接退出Runloop并返回NO。

注意这里timer并不是source。如果处理了一次timer并不会导致返回，原因在于timer也许是重复的。

run
Runloop默认以NSRunloopDefaultMode一直跑下去，实际是通过循环调用runMode:beforeDate:去实现的。用这个方法跑无法在Runloop过程中改变mode，因此如果希望Runloop有所终止就不应用此方法，而是用第一个。
run:untilDate:
跟run差不多但有超时时间。

CoreFoundation API

CFRunLoopRunResult CFRunLoopRunInMode(CFRunLoopMode mode, CFTimeInterval seconds, Boolean returnAfterSourceHandled);

指定mode和timeout，第三个参数指定是否在处理了一个source后就返回。返回值类型为一个整型枚举：

typedef CF_ENUM(SInt32, CFRunLoopRunResult) {
    kCFRunLoopRunFinished = 1, // 没有timer或source
    kCFRunLoopRunStopped = 2,  // runloop被外界终止(调用CFRunloopStop）
    kCFRunLoopRunTimedOut = 3,  // 超时返回
    kCFRunLoopRunHandledSource = 4 // 处理了一个source而返回
};

可见CF的API提供了比Cocoa更丰富的接口。所以我们采用CF的API，可根据返回值类型而决定是否要重启Runloop。很多的Runloop实践都是将开启Runloop的方法嵌套在一个while循环里来实现的。如上一节的Demo所示。

上面的线程跑起来后，将会进入到一个Runloop的循环到随眠，直至Runloop超时后被重启（因为没有source和timer来唤醒Runloop）。observer回调的输出可见于log：

2017-04-12 15:09:28.465 RunloopPlayer[89041:22264822] observer: loop entry
2017-04-12 15:09:28.465 RunloopPlayer[89041:22264822] observer: before timers
2017-04-12 15:09:28.465 RunloopPlayer[89041:22264822] observer: before sources
2017-04-12 15:09:28.466 RunloopPlayer[89041:22264822] observer: before waiting
2017-04-12 15:09:58.466 RunloopPlayer[89041:22264822] observer: after waiting
2017-04-12 15:09:58.467 RunloopPlayer[89041:22264822] observer: exit
2017-04-12 15:09:58.467 RunloopPlayer[89041:22264822] ====runloop timeout, exit
2017-04-12 15:09:58.467 RunloopPlayer[89041:22264822] observer: loop entry
2017-04-12 15:09:58.468 RunloopPlayer[89041:22264822] observer: before timers
2017-04-12 15:09:58.468 RunloopPlayer[89041:22264822] observer: before sources
2017-04-12 15:09:58.469 RunloopPlayer[89041:22264822] observer: before waiting

可见Runloop在28秒处进入到58秒被唤醒而退出，恰好是设置的超时时间。程序设定若是由于timeout退出的Runlooph会被重启。

以上是observer的使用和开启Runloop的方法。下面我们将通过添加Source来进一步考察Runloop的机制。

Source

Source分两种版本：source0和source1。source1是基于mach port的，而source0为自定义的source。

最新的iOS Cocoa 已发现无法使用mach port的API了，可能跟iOS加强沙盒安全有关。CF的我没试，知道的同学可以告诉我。

在iOS应用里，苹果注册了一些自定义的source（包括source0和source1）来响应各种硬件事件。（有些文章说硬件事件都注册成了source1，我自己测试并不全是这样。例如，我测试发现锁屏事件是被source0触发的，而屏幕旋转事件为source1。不知道真机与模拟器会不会不一样，如果有什么黑盒我遗漏的欢迎同学们指出。。这里先不过多纠结这个问题了）

下面说说source0的用法。

自定义source

source主要包含了一个context结构

typedef struct {
    CFIndex version;
    void *  info;
    const void *(*retain)(const void *info);
    void    (*release)(const void *info);
    CFStringRef (*copyDescription)(const void *info);
    Boolean (*equal)(const void *info1, const void *info2);
    CFHashCode  (*hash)(const void *info);
    void    (*schedule)(void *info, CFRunLoopRef rl, CFRunLoopMode mode);
    void    (*cancel)(void *info, CFRunLoopRef rl, CFRunLoopMode mode);
    void    (*perform)(void *info);
} CFRunLoopSourceContext;

可见它主要都是一些回调。本例中我们用到后三个，其中schedule是source被添加到Runloop后的回调，cancel为Runloop退出并清除source时的回调，最后也是最关键的perform为source被触发时的回调。

刚才的demo，在Runloop启动前，加入如下代码：

CFRunLoopSourceContext context = {0, (__bridge void *)(self), NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, RunloopSourceScheduleRoutine, RunloopSourceCancelRoutine, RunloopSourcePerformRoutine };
source = CFRunLoopSourceCreate(NULL, 0, &context);
runLoop = CFRunLoopGetCurrent();
CFRunLoopAddSource(runLoop, source, kCFRunLoopDefaultMode);

这样就添加了一个source。

再定义schedule，cancel，perform几个回调函数, 它们已经被加入到source context结构中：

void RunloopSourceScheduleRoutine(void *info, CFRunLoopRef rl, CFRunLoopMode mode) {
    NSLog(@"Schedule routine: source is added to runloop");
}

void RunloopSourceCancelRoutine(void *info, CFRunLoopRef rl, CFRunLoopMode mode) {
    NSLog(@"Cancel Routine: source removed from runloop");
}

void RunloopSourcePerformRoutine(void *info) {
    NSLog(@"Perform Routine: source has fired");
}

然后再主线程定义触发source的函数（比如在ViewController设置一个点击事件）：

- (IBAction)fireSourceToRunloopOf2ndThread:(id)sender {
    CFRunLoopSourceRef source = self.anotherThread->source;
    CFRunLoopSourceSignal(source);
    CFRunLoopWakeUp(self.anotherThread->runLoop);
}

CFRunLoopSourceSignal和CFRunLoopWakeUp函数触发一个source并把目标线程的Runloop从随眠中换醒来。

调用顺序日志：

2017-04-12 16:45:52.445 RunloopPlayer[91055:22478145] Schedule routine: source is added to runloop
2017-04-12 16:45:52.449 RunloopPlayer[91055:22478145] observer: loop entry
2017-04-12 16:45:52.450 RunloopPlayer[91055:22478145] observer: before timers
2017-04-12 16:45:52.450 RunloopPlayer[91055:22478145] observer: before sources
2017-04-12 16:45:52.451 RunloopPlayer[91055:22478145] observer: before waiting
2017-04-12 16:46:00.677 RunloopPlayer[91055:22478145] observer: after waiting
2017-04-12 16:46:00.678 RunloopPlayer[91055:22478145] observer: before timers
2017-04-12 16:46:00.678 RunloopPlayer[91055:22478145] observer: before sources
2017-04-12 16:46:00.678 RunloopPlayer[91055:22478145] Perform Routine: source has fired
2017-04-12 16:46:00.679 RunloopPlayer[91055:22478145] observer: exit
2017-04-12 16:46:00.679 RunloopPlayer[91055:22478145] ====runloop process a source, exit
2017-04-12 16:46:12.857 RunloopPlayer[91055:22478145] Cancel Routine: source removed from runloop

注意在16:46:00时候触发source，从日志可看出，Runloop的事件处理时序是对应官方描述的。引用一个图：

RunLoop_1.png

在本例中Runloop被唤醒后跳回到了第2步。

在perform回调中打个断点可看到函数调用栈：

Paste_Image.png
自定义的perform回调最终就是通过那一长串函数__CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE0_PERFORM_FUNCTION__来调用出去。这里与observer的回调是类似的。

实际上observer和source的核心就是一个回调。

Perform Selector Source

我们实际编程中会较常接触到的，这也是一种自定义的Source。
它们是Cocoa对CFRunloopSource的高层封装，它们都可以用Core Foundation的Source API去实现。

Hint: 这里的withObject:参数对应CFRunLoopSourceContext的void *info;

performSelector方法簇包含了以下方法：

performSelectorOnMainThread:withObject:waitUntilDone:
performSelectorOnMainThread:withObject:waitUntilDone:modes:
performSelector:onThread:withObject:waitUntilDone:
performSelector:onThread:withObject:waitUntilDone:modes:
performSelector:withObject:afterDelay:
performSelector:withObject:afterDelay:inModes:
cancelPreviousPerformRequestsWithTarget:
cancelPreviousPerformRequestsWithTarget:selector:object:

我们也可以用它来对目标线程添加并触发一个source。例如在一个控制器里（主线程），触发一个source：

- (IBAction)start2ndThread:(UIButton *)sender {
    RLThread *thread = [[RLThread alloc] init];
    self.anotherThread = thread;
    [thread start];
}

- (IBAction)performOn2ndThread:(id)sender {
    NSThread *theThread = self.anotherThread;
    [self performSelector:@selector(greetingFromMain:) onThread:theThread withObject:@"hello" waitUntilDone:NO modes:@[NSDefaultRunLoopMode]];
}

- (void)greetingFromMain:(NSString *)greeting {
    NSLog(@"greeting from main: %@", greeting);
}

函数调用栈刚才自定义source是类似的：

Paste_Image.png

第2行多了一项__NSThreadPerformPerform调用, 这就是Cocoa的封装。

输出日志这里不贴出来了，类似的。

Timer

关于Timer的用法资料就很多了，暂时这里先不详述，日后待更。

本文的示例代码以上传Github, 欢迎来查看点赞~

参考资料：

玩转Runloop - 代码示例使用Source, Observ

Observer

开启Runloop

Cocoa API

CoreFoundation API

Source

自定义source

Perform Selector Source

Timer

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