iOS底层 -- RunLoop之底层结构

什么是RunLoop

• 运行循环
• 在程序运行过程中循环做一些事情

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

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

一、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
• CFRunLoopRef 是开源的

二、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

三、获取RunLoop对象

• Foundation

[NSRunLoop currentRunLoop];  // 获得当前线程的RunLoop对象
[NSRunLoop mainRunLoop];  // 获得主线程的RunLoop对象

• Core Foundation

CFRunLoopGetCurrent();  // 获得当前线程的RunLoop对象
CFRunLoopGetMain();  // 获得主线程的RunLoop对象

四、RunLoop相关的类

Core Foundation中关于RunLoop的5个类

• CFRunLoopRef
• CFRunLoopModeRef
• CFRunLoopSourceRef
• CFRunLoopTimerRef
• CFRunLoopObserverRef

下图是这几种类的关系

4.1 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，再重新选择一个Mode进入
  • 为什么要先退出再进入
  • 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

4.2 CFRunLoopModeRef

常见的2种Mode

• kCFRunLoopDefaultMode（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
• kCFRunLoopCommonModeskCFRunLoopCommonModes默认包括kCFRunLoopDefaultMode、UITrackingRunLoopMode

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

通过打印当前主线程的runloop可以查看所有信息

NSLog(@"%@",[NSRunLoop mainRunLoop]);

五、RunLoop的运行逻辑

• Source0

  • 触摸事件处理
  • performSelector:onThread:

• 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）
  • Autorelease pool（BeforeWaiting）

代码例子佐证如下

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    // 函数调用栈
    NSLog(@"111111");
}

打印结果

六、RunLoop的运行逻辑

• CFRunLoopObserverRef

01、通知Observers：进入Loop
02、通知Observers：即将处理Timers
03、通知Observers：即将处理Sources
04、处理Blocks
05、处理Source0（可能会再次处理Blocks）
06、如果存在Source1，就跳转到第8步
07、通知Observers：开始休眠（等待消息唤醒）
08、通知Observers：结束休眠（被某个消息唤醒）
  01> 处理Timer
  02> 处理GCD Async To Main Queue
  03> 处理Source1
09、处理Blocks
10、根据前面的执行结果，决定如何操作
  01> 回到第02步
  02> 退出Loop
11、通知Observers：退出Loop

6.1 添加Observer监听RunLoop的所有状态

代码如下

// 监听runloop状态的变化
void observeRunLoopActicities(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;
    }
}

// 监听runloop
- (void)observeRunloop {
    // kCFRunLoopCommonModes默认包括kCFRunLoopDefaultMode、UITrackingRunLoopMode
    // 创建Observer
    CFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreate(kCFAllocatorDefault, kCFRunLoopAllActivities, YES, 0, observeRunLoopActicities, NULL);
    // 添加Observer到RunLoop中
    CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetMain(), observer, kCFRunLoopCommonModes);
    // 释放
    CFRelease(observer);
}

// 验证触摸事件为source0
- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    NSLog(@"开始触摸操作");
    dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2.0 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
        NSLog(@"开始定时器操作");
    });
}

运行结果如下

6.2 监听runloop的运行

拖拽一个textView至界面中

- (void)observeRunloopModeChagne {
    // 创建Observer
    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
    CFRelease(observer);
}

然后开始拖拽textView视图，打印结果如下

由结果可知，当拖拽时为UITrackingRunLoopMode模式，否则为kCFRunLoopDefaultMode模式