RunLoop

顾名思义

• 运行循环
• 在程序运行过程中循环做一些事情
• 一般来讲，一个线程一次只能执行一个任务，执行完成后线程就会退出。如果我们需要一个机制，让线程能随时处理事件但并不退出，通常的代码逻辑是这样的：

function loop() {
    initialize();
    do {
        var message = get_next_message();
        process_message(message);
    } while (message != quit);
}

这种模型通常被称作Event Loop。
实现这种模型的关键点在于：如何管理事件/消息，如何让线程在没有处理消息时休眠以避免资源占用、在有消息到来时立即被唤醒。

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上面的Event Loop的逻辑。线程执行了这个函数后，就会一直处于正常函数内部“接受消息->等待->处理”的循环中，直到这个循环结束（比如传入quit的消息），函数返回。

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应用范畴

• 定时器（Timer）、performSelector
• GCD Async Main Queue
• 事件响应、手势识别、界面刷新
• 网络请求
• AutoreleasePool

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RunLoop的基本作用

• 保持程序的持续运行
• 处理App中的各种事件（比如触摸事件、定时器事件等）
• 节省CPU资源，提高程序性能：该做事时做事，该休息时休息

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RunLoop对象

• iOS中有2套API来访问和使用RunLoop
  • Foundation：NSRunLoop
  • Core Foundation：CFRunLoopRef
• NSRunLoop和CFRunLoopRef都代表着RunLoop对象
  • NSRunLoop是基于CFRunLoopRef的一层OC包装（所以runloop的地址会不一样）
    • 提供了面向对象的API，但是这些API不是线程安全的
  • CFRunLoopRef是开源的
    • 提供了纯C函数的API，所有这些API都是线程安全的

    // OC获取当前的RunLoop
    NSRunLoop *currentRunloop = [NSRunLoop currentRunLoop];
    // OC获取主线程RunLoop
    NSRunLoop *mainRunLoop = [NSRunLoop mainRunLoop];
    // C语言获取当前的RunLoop
    CFRunLoopRef currentRunloop2 = CFRunLoopGetCurrent();
    // C语言获取主线程的RunLoop
    CFRunLoopRef mainRunloop2 = CFRunLoopGetMain();

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RunLoop与线程

• 每条线程都有唯一的一个与之对应的RunLoop对象
• RunLoop保存在一个全局的Dictionary里，线程作为key，RunLoop作为value
• 线程刚创建时并没有RunLoop对象，RunLoop会在第一次获取它时创建
• RunLoop会在线程结束时销毁
• 主线程的RunLoop已经自动获取（创建），子线程默认没有开启RunLoop
• 只能在一个线程的内部获取其RunLoop（主线程除外）。

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RunLoop相关的类

• Core Foundation中关于RunLoop的5个类
  • CFRunLoopRef
  • CFRunLoopModeRef
  • CFRunLoopSourceRef 事件产生的地方
  • CFRunLoopTimerRef
  • CFRunLoopObserverRef

CFRunLoopRef

typedef struct __CFRunLoop * CFRunLoopRef;
struct __CFRunLoop {
    pthread_t _pthread; // RunLoop所对应的线程
    CFMutableSetRef _commonModes;
    CFMutableSetRef _commonModeItems;
    CFRunLoopModeRef _currentMode; // _modes这个集合里面只有一个模式被称为当前模式_currentMode
    CFMutableSetRef _modes; // 这个集合里面装了很多CFRunLoopModeRef类型的对象
};  

CFRunLoopModeRef

• CFRunLoopModeRef代表RunLoop的运行模式
• 一个RunLoop包含若干个Mode，每个Mode又包含若干个Source0/Source1/Timer/Observer
• RunLoop启动时只能选择其中一个Mode，作为currentMode
• 如果需要切换Mode，只能退出当前Loop，在重新选择一个Mode进入
  • 目的：不同组的Source0/Source1/Timer/Observer能分隔开来，互不影响
• 如果Mode里没有任何Source0/Source1/Timer/Observer，RunLoop会立马退出

常见的2种Mode

• kCFRunLoopDefaultMode（等价于NSDefaultRunLoopMode）：App的默认Mode，通常主线程是在这个Mode下运行
• 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
• 另外还有一种模式：kCFRunLoopCommonModes 默认包括kCFRunLoopDefaultMode、UITrackingRunLoopMode两种模式

typedef struct __CFRunLoopMode * CFRunLoopModeRef;
struct __CFRunLoopMode {
    CFStringRef _name; // mode的名称
    CFMutableSetRef _sources0;
    CFMutableSetRef _sources1; // source里面装了很多CFRunLoopSourceRef类型的对象
    CFMutableArrayRef _observers;// 里面装了很多CFRunLoopObserverRef类型的对象
    CFMutableArrayRef _timers; // 里面装了很多CFRunLoopTimerRef类型的对象
};

CFRunLoopObserverRef

/* RunLoop Observer Activities */
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
};

// 监听事件的状态变化（只有c语言接口）
// 方法一
void observeRunLoopActivities(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity, void *info){
    switch (activity) {
        case kCFRunLoopEntry:
            NSLog(@"kCFRunLoopEntry");
            break;
        case kCFRunLoopBeforeTimers:
            NSLog(@"kCFRunLoopBeforeTimers");
            break;
        case kCFRunLoopBeforeSources:
            NSLog(@"kCFRunLoopBeforeSources");
            break;
        case kCFRunLoopBeforeWaiting:
            NSLog(@"kCFRunLoopBeforeWaiting");
            break;
        case kCFRunLoopAfterWaiting:
            NSLog(@"kCFRunLoopAfterWaiting");
            break;
        case kCFRunLoopExit:
            NSLog(@"kCFRunLoopExit");
            break;
            
        default:
            break;
    }
}

    // 创建observer
    CFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreate(kCFAllocatorDefault, kCFRunLoopAllActivities, YES, 0, observeRunLoopActivities, NULL);
    // 添加observer到RunLoop中
    CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetMain(), observer, kCFRunLoopCommonModes);
    // 释放observer
    CFRelease(observer);
    
// 方法二
    CFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreateWithHandler(kCFAllocatorDefault, kCFRunLoopAllActivities, YES, 0, ^(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity) {
        switch (activity) {
            case kCFRunLoopEntry: {
                CFRunLoopMode mode = CFRunLoopCopyCurrentMode(CFRunLoopGetCurrent());
                NSLog(@"kCFRunLoopEntry - %@",mode);
                CFRelease(mode);
                break;
            }
            case kCFRunLoopExit:{
                CFRunLoopMode mode = CFRunLoopCopyCurrentMode(CFRunLoopGetCurrent());
                NSLog(@"kCFRunLoopExit- %@",mode);
                CFRelease(mode);
                break;
            }
                
            default:
                break;
        }
    });
    // 添加observer到RunLoop中
    CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetMain(), observer, kCFRunLoopCommonModes);
    // 释放observer
    CFRelease(observer);

根据源码分析，得到如下关系图

runloop

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RunLoop的运行逻辑

• Source0
  • 触摸事件处理
  • performSelector: onThread:(提供一个线程，就可以让对应方法去该线程去执行)
• Source1
  • 基于Port的线程间通信
  • 系统事件捕捉
• Timers
  • NSTimer
  • performSelector: withObject: afterDelay:
• Observers
  • 用于监听RunLoop的状态
  • UI刷新（BeforeWaiting）
  • AutoReleasePool（BeforeWaiting）

如下图所示

runloop流程

RunLoop休眠的实现原理

休眠的实现原理

实质：从用户态切换到内核态，去等待消息，没有消息就让线程休眠，不在占用cpu，有消息就唤醒线程。

RunLoop在实际开发中的应用

• 控制线程生命周期（线程保活，比如AFNetWorking都是在子线程中等待的，所以是一直保活）

• 解决NSTimer在滑动时停止工作的问题

static int count = 0;
NSTimer *timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:1.0 repeats:YES block:^(NSTimer * _Nonnull timer) {
        NSLog(@"%d",++count);
    }];
// NSDefaultRunLoopMode/UITrackingRunLoopMode才是真正存在的模式    
// NSRunLoopCommonModes并不是一个真的模式，它只是一个标记
// timer能在_commonModes数组中存放的模式下工作
[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];
//    [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1.0 repeats:YES block:^(NSTimer * _Nonnull timer) {
//        NSLog(@"%d",++count);
//    }];

• 监控应用卡顿
• 性能优化