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<深入理解RunLoop> 笔记

<深入理解RunLoop> 笔记

作者: AprSnow | 来源:发表于2018-07-18 15:01 被阅读10次

    深入理解RunLoop

    #0

    RunLoop 是一种机制,让线程能随时处理事件但并不退出。
    RunLoop 实际上就是一个对象,这个对象管理了其需要处理的事件和消息,并提供了一个入口函数来执行 Event Loop 的逻辑。线程执行了入口函数后,就会一直处于这个函数内部 “接受消息 -> 等待 -> 处理” 的循环中,直到这个循环结束。

    #1

    iOS 系统中,提供了两个这样的对象:NSRunLoopCFRunLoopRef
    CFRunLoopRef 是在 CoreFoundation 框架内的,它提供了纯 C 函数的 API,所有这些 API 都是线程安全的。
    NSRunLoop 是基于 CFRunLoopRef 的封装,提供了面向对象的 API,但是这些 API 不是线程安全的。

    #2

    pthread_tNSThread 是一一对应的,可以通过 pthread_main_thread_np()[NSThread mainThread] 来获取主线程;也可以通过 pthread_self()[NSThread currentThread] 来获取当前线程。CFRunLoop 是基于 pthread 来管理的。

    有两个可以自动获取 RunLoop 的函数:CFRunLoopGetMain()CFRunLoopGetCurrent()。其获取RunLoop的逻辑为:
    有一个全局的Dictionary用来存放RunLoop,key 是 pthread_t, value 是 CFRunLoopRef
    第一次获取RunLoop时,初始化全局Dic,并先为主线程创建一个RunLoop
    从Dic中获取线程的RunLoop,取不到时,创建一个,同时注册一个回调,当线程销毁时,顺便也销毁其对应的 RunLoop

    线程和 RunLoop 之间是一一对应的,其关系保存在一个全局的 Dictionary 里。线程刚创建时并没有 RunLoop,如果你不主动获取,那它一直都不会有。RunLoop 的创建是发生在第一次获取时,RunLoop 的销毁是发生在线程结束时。你只能在一个线程的内部获取其 RunLoop(主线程除外)。

    #3

    CoreFoundation 里面关于 RunLoop 有5个类:

    CFRunLoopRef
    CFRunLoopModeRef
    CFRunLoopSourceRef
    CFRunLoopTimerRef
    CFRunLoopObserverRef
    

    关系如下:

    一个 RunLoop 包含若干个 Mode,每个 Mode 又包含若干个 Source/Timer/Observer。每次调用 RunLoop 的主函数时,只能指定其中一个 Mode,这个Mode被称作 CurrentMode。如果需要切换 Mode,只能退出 Loop,再重新指定一个 Mode 进入。这样做主要是为了分隔开不同组的 Source/Timer/Observer,让其互不影响。

    #4

    CFRunLoopSourceRef 是事件产生的地方。
    CFRunLoopTimerRef 是基于时间的触发器,当其加入到 RunLoop 时,RunLoop会注册对应的时间点,当时间点到时,RunLoop会被唤醒以执行那个回调。
    CFRunLoopObserverRef 是观察者,每个 Observer 都包含了一个回调(函数指针),当 RunLoop 的状态发生变化时,观察者就能通过回调接受到这个变化。

    Source/Timer/Observer 被统称为 mode item,一个 item 可以被同时加入多个 mode。但一个 item 被重复加入同一个 mode 时是不会有效果的。如果一个 mode 中一个 item 都没有,则 RunLoop 会直接退出,不进入循环。

    #5

    CFRunLoop对外暴露的管理 Mode 接口有2个:

    CFRunLoopAddCommonMode
    CFRunLoopRunInMode
    

    Mode 暴露的管理 mode item 的接口有下面几个:

    CFRunLoopAddSource
    CFRunLoopAddObserver
    CFRunLoopAddTimer
    CFRunLoopRemoveSource
    CFRunLoopRemoveObserve
    CFRunLoopRemoveTimer
    

    #6

    RunLoop 内部的逻辑大致如下:

    实际上 RunLoop 就是这样一个函数,其内部是一个 do-while 循环。当你调用 CFRunLoopRun() 时,线程就会一直停留在这个循环里;直到超时或被手动停止,该函数才会返回。

    #7

    RunLoop 的核心是基于 mach port 的,其进入休眠时调用的函数是 mach_msg()

    Darwin 是操作系统的核心,其架构:

    在硬件层上面的三个组成部分:MachBSDIOKit
    内核的内环被称作 Mach,其作为一个微内核,仅提供了诸如处理器调度、IPC (进程间通信)等非常少量的基础服务。
    Mach 中,所有的东西都是通过自己的对象实现的,进程、线程和虚拟内存都被称为”对象”。Mach 的对象间不能直接调用,只能通过消息传递的方式实现对象间的通信。”消息”是 Mach 中最基础的概念,消息在两个端口 (port) 之间传递,这就是 MachIPC (进程间通信) 的核心。

    #8

    在用户态调用 mach_msg_trap() 时会触发陷阱机制,切换到内核态;内核态中内核实现的 mach_msg() 函数会完成实际的工作,如下图:

    RunLoop 的核心就是一个 mach_msg() ,在模拟器里跑起一个 iOS 的 App,然后在 App 静止时点击暂停,主线程调用栈停留在 mach_msg_trap()

    App 启动后 RunLoop 默认注册了5个Mode:

    1. kCFRunLoopDefaultMode: App的默认 Mode,通常主线程是在这个 Mode 下运行的。
    2. 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。
    3. 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。
    4. GSEventReceiveRunLoopMode: 接受系统事件的内部 Mode,通常用不到。
    5. kCFRunLoopCommonModes: 这是一个占位的 Mode,没有实际作用。

    #9 autoreleasepool

    App启动后,苹果在主线程 RunLoop 里注册了两个 Observer,其回调都是 _wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler()
    第一个 Observer 监视的事件是 Entry(即将进入Loop),其回调内会调用 _objc_autoreleasePoolPush() 创建自动释放池。其 order 是-2147483647,优先级最高,保证创建释放池发生在其他所有回调之前。
    第二个 Observer 监视了两个事件:

    • BeforeWaiting(准备进入休眠) 时调用_objc_autoreleasePoolPop()_objc_autoreleasePoolPush() 释放旧的池并创建新池;
    • Exit(即将退出Loop) 时调用 _objc_autoreleasePoolPop() 来释放自动释放池。这个 Observer 的 order 是 2147483647,优先级最低,保证其释放池子发生在其他所有回调之后。
      在主线程执行的代码,通常是写在诸如事件回调、Timer回调内的。这些回调会被 RunLoop 创建好的 AutoreleasePool 环绕着,所以不会出现内存泄漏,开发者也不必显示创建 Pool 了。

    #10 定时器

    NSTimer 其实就是 CFRunLoopTimerRef,他们之间是 toll-free bridged 的。一个 NSTimer 注册到 RunLoop 后,RunLoop 会为其重复的时间点注册好事件。
    CADisplayLink 是一个和屏幕刷新率一致的定时器,如果在两次屏幕刷新之间执行了一个长任务,那其中就会有一帧被跳过去(和 NSTimer 相似),造成界面卡顿的感觉。

    #11 网络

    关于网络请求的接口自下至上有如下几层:

    CFSocket
    CFNetwork       ->ASIHttpRequest
    NSURLConnection ->AFNetworking
    NSURLSession    ->AFNetworking2, Alamofire
    

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