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iOS 多线程：RunLoop

2019-11-10  本文已影响0人  哈布福禄克

1. RunLoop 简介

1.1 什么是 RunLoop？

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，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不断地处理任务，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。
  • RunLoop 并不保证线程安全。我们只能在当前线程内部操作当前线程的 RunLoop 对象，而不能在当前线程内部去操作其他线程的 RunLoop 对象方法。
  • 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，而子线程的 RunLoop对象需要我们主动创建和维护。

主线程开启 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);  // 判断是否需要退出

    return 0;
}

RunLoop 就是线程中的一个循环，RunLoop 会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让线程进行休息。

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 的运行机制。

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

这 5 个类的相互关系：
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）被称作当前运行模式（CurrentMode）。
  • 如果需要切换运行模式（CFRunLoopModeRef），只能退出当前 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 。

2.1 CFRunLoopRef 类

CFRunLoopRef 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：
 1、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：
 2、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

其中kCFRunLoopDefaultMode、UITrackingRunLoopMode、kCFRunLoopCommonModes是我们开发中需要用到的模式

2.3 CFRunLoopSourceRef

CFRunLoopSourceRef是事件源，它有两种分类方法。

1、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

2、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。

2.4 CFRunLoopTimerRef

CFRunLoopTimerRef是定时源，理解为基于时间的触发器，基本上就是NSTimer。

- (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");
}

等价于：

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

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。

- (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);
}

3. RunLoop原理

RunLoop运行逻辑图.png

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：

1、通知观察者RunLoop已经启动
2、通知观察者即将要开始的定时器
3、通知观察者任何即将启动的非基于端口的源
4、启动任何准备好的非基于端口的源
5、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
6、通知观察者线程进入休眠状态
7、将线程置于休眠知道任一下面的事件发生：
   1.某一事件到达基于端口的源
   2.定时器启动
   3.RunLoop设置的时间已经超时
   4.RunLoop被显示唤醒
8、通知观察者线程将被唤醒
9、处理未处理的事件
   1.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
   2.如果输入源启动，传递相应的消息
   3.如果RunLoop被显示唤醒而且时间还没超时，重启RunLoop。进入步骤2
10、通知观察者RunLoop结束。

4. RunLoop实战应用

1、 NSTimer的使用
2、 ImageView推迟显示
有时候，我们会遇到这种情况：
当界面中含有UITableView，而且每个UITableViewCell里边都有图片。这时候当我们滚动UITableView的时候，如果有一堆的图片需要显示，那么可能会出现卡顿的现象。

    1. 监听UIScrollView的滚动
      因为UITableView继承自UIScrollView，所以我们可以通过监听UIScrollView的滚动，实现UIScrollView相关delegate即可。
    1. 利用PerformSelector设置当前线程的RunLoop的运行模式

3 、后台常驻线程（很常用）
我们在开发应用程序的过程中，如果后台操作特别频繁，经常会在子线程做一些耗时操作（下载文件、后台播放音乐等），我们最好能让这条线程永远常驻内存。

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];

    // 创建线程，并调用run1方法执行任务
    self.thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run1) object:nil];
    // 开启线程
    [self.thread start];    
}

- (void) run1
{
    // 这里写任务
    NSLog(@"----run1-----");

    // 添加下边两句代码，就可以开启RunLoop，之后self.thread就变成了常驻线程，可随时添加任务，并交于RunLoop处理
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:[NSPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
    [[NSRunLoop currentRunLoop] run];

    // 测试是否开启了RunLoop，如果开启RunLoop，则来不了这里，因为RunLoop开启了循环。
    NSLog(@"未开启RunLoop");
}

运行之后发现打印了----run1-----，而未开启RunLoop则未打印。
这时，我们就开启了一条常驻线程，下边我们来试着添加其他任务，除了之前创建的时候调用了run1方法，我们另外在点击的时候调用run2方法。

那么，我们在touchesBegan中调用PerformSelector，从而实现在点击屏幕的时候调用run2方法。

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event
{   
    // 利用performSelector，在self.thread的线程中调用run2方法执行任务
    [self performSelector:@selector(run2) onThread:self.thread withObject:nil waitUntilDone:NO];
}

- (void) run2
{
    NSLog(@"----run2------");
}
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