《iOS之一起进大厂》系列-秒杀面试官的RunLoop底层原理面

2020-07-16 本文已影响0人一意孤行的程序猿

前面的话

写这篇文章我也参考和翻阅了很多相关的文章和面试题，发现有的文章是提供了答案，但是答案缺少前后场景，基本看不懂，看不懂就更别说记得住了。我觉得我写博客，前提是自己复习和学习，自己要看得懂和明白，不然写出来还有什么用。大家目标是为了面试，我是尽量舍去了一些面试时不可能口头或笔试写不出来的东西。这样简洁一些，而且能保持逻辑连贯性。

面试造火箭，入职拧螺丝。为了好的offer，也得拼了。

开始面试

我正在会议室略有紧张的等待面试，忽然看到一个穿着格子衬衫，大腹便便的中年男子拿着简历向我走来，我看着他头上快要绝顶的头发，心想这肯定是个iOS开发技术牛逼闪闪的老前辈。还好看过《iOS之一起进大厂》系列，我的知识很渊博，基础很牢固，不慌。刚紧张到提到嗓子眼的心，又按下去了。淡定从容，一点都不虚好伐，就是这么自信淡定。

我什么时候也能变成那样厉害的高手

变强了

面试露出了慈祥的笑容，你简历上提到不少RunLoop啊。那咱们就聊聊RunLoop，我问题比较多。看你接不接的住。

先说说RunLoop 是什么？

帅气迷人的面试官你好： Runloop是通过内部维护一个事件循环来对事件、消息进行管理的一个对象。是的，它是一个对象。大家用C语言过main函数的都知道，main函数运行完成后程序就结束退出了。但是为什么iOS的App的main函数运行完之后APP还能一直运行呢？这就是Runloop的功劳。这也是Runloop最基本的应用。参考下面iOS的main函数：

int main(int argc, char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
    }
}

Runloop是个对象，怎么获取呢?

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

再说说RunLoop的实现机制是什么？

内心OS: 有深了一层 ,还好我做好了准备。 为了方便Runloop机制的理解，下面写一段伪代码来表示一下RunLoop循环。

function runloop() {
    initialize();
    do {
        var message = get_next_message();//从队列获取消息
        process_message(message);//处理消息
    } while (message != quit);//当触发quit条件时，Runloop退出
}

从代码代码可以看出，Runloop的处理机制是 “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）。 RunLoop的核心是什么？ 就是它如何在没有消息处理时休眠，在有消息时又能唤醒。这样可以提高CPU资源使用效率 当然RunLoop它不是简单的while循环，不是用sleep来休眠，毕竟sleep这方法也是会占用cpu资源的。那它是如何实现真正的休眠的呢？那就是：没有消息需要处理时，就会从用户态切换到内核态，用户态进入内核态后，把当前线程控制器交给内核态，这样的休眠线程是被挂起的，不会再占用cpu资源。

这里要注意用户态和内核态 这两个概念，还有mach_msg()方法。内核态这个机制是依靠系统内核来完成的(苹果操作系统核心组件 Darwin 中的 Mach )。

下面是RunLoop实现的流程源码：

/// RunLoop的实现
int CFRunLoopRunSpecific(runloop, modeName, seconds, stopAfterHandle) {

    /// 首先根据modeName找到对应mode
    CFRunLoopModeRef currentMode = __CFRunLoopFindMode(runloop, modeName, false);
    /// 如果mode里没有source/timer/observer, 直接返回。
    if (__CFRunLoopModeIsEmpty(currentMode)) return;

    /// 1\. 通知 Observers: RunLoop 即将进入 loop。
    __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopEntry);

    /// 内部函数，进入loop
    __CFRunLoopRun(runloop, currentMode, seconds, returnAfterSourceHandled) {

        Boolean sourceHandledThisLoop = NO;
        int retVal = 0;
        do {

            /// 2\. 通知 Observers: RunLoop 即将触发 Timer 回调。
            __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeTimers);
            /// 3\. 通知 Observers: RunLoop 即将触发 Source0 (非port) 回调。
            __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeSources);
            /// 执行被加入的block
            __CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode);

            /// 4\. RunLoop 触发 Source0 (非port) 回调。
            sourceHandledThisLoop = __CFRunLoopDoSources0(runloop, currentMode, stopAfterHandle);
            /// 执行被加入的block
            __CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode);

            /// 5\. 如果有 Source1 (基于port) 处于 ready 状态，直接处理这个 Source1 然后跳转去处理消息。
            if (__Source0DidDispatchPortLastTime) {
                Boolean hasMsg = __CFRunLoopServiceMachPort(dispatchPort, &msg)
                if (hasMsg) goto handle_msg;
            }

            ///6\. 通知 Observers: RunLoop 的线程即将进入休眠(sleep)。
            if (!sourceHandledThisLoop) {
                __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeWaiting);
            }

            /// 7\. 调用 mach_msg 等待接受 mach_port 的消息。线程将进入休眠, 直到被下面某一个事件唤醒。
            /// • 一个基于 port 的Source 的事件。
            /// • 一个 Timer 到时间了
            /// • RunLoop 自身的超时时间到了
            /// • 被其他什么调用者手动唤醒
            __CFRunLoopServiceMachPort(waitSet, &msg, sizeof(msg_buffer), &livePort) {
                mach_msg(msg, MACH_RCV_MSG, port); // thread wait for receive msg
            }

            /// 8\. 通知 Observers: RunLoop 的线程刚刚被唤醒了。
            __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopAfterWaiting);

            /// 收到消息，处理消息。
            handle_msg:

            /// 9.1 如果一个 Timer 到时间了，触发这个Timer的回调。
            if (msg_is_timer) {
                __CFRunLoopDoTimers(runloop, currentMode, mach_absolute_time())
            } 

            /// 9.2 如果有dispatch到main_queue的block，执行block。
            else if (msg_is_dispatch) {
                __CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__(msg);
            } 

            /// 如果没超时，mode里没空，loop也没被停止，那继续loop。
        } while (retVal == 0);
    }

    /// 10\. 通知 Observers: RunLoop 即将退出。
    __CFRunLoopDoObservers(rl, currentMode, kCFRunLoopExit);
}

源码我删减了很多，看源码里的注释，可以了解个Runloop运行的流程。咱们还是围绕RunLoop的核心来理解，既然上面提到休眠是通过内核来完成的，那唤醒条件呢？下面几个就是主要的唤醒Runloop的事件：

收到基于 port 的 Source1 的事件
Timer到时间执行
RunLoop自身的超时时间到了
被其他调用者手动唤醒

关于RunLoop的source1和source0

上面介绍了source1包括系统事件捕捉和基于port的线程间通信。什么是系统事件捕捉？又如何理解基于port的线程间通信？其实，我们手指点击屏幕，首先产生的是一个系统事件，通过source1来接受捕捉，然后由Springboard程序包装成source0分发给应用去处理，因此我们在App内部接受到触摸事件，就是source0，这一前一后的关系。source1 通过程序包装是会变成 source0的

RunLoop的有几种Mode, RunLoop设置Mode作用是什么？

RunLoop的运行模式共有5种，RunLoop只会运行在一个模式下，要切换模式，就要暂停当前模式，重写启动一个运行模式

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）
kCFRunLoopCommonModes, 伪模式，不是一种真正的运行模式
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

RunLoop设置Mode作用 设置Mode作用是指定事件在运行循环（Loop）中的优先级。线程的运行需要不同的模式，去响应各种不同的事件，去处理不同情境模式。(比如可以优化tableview的时候可以设置UITrackingRunLoopMode下不进行一些操作)

为什么只有主线程的Runloop是自动开启的？

看iOS的main函数代码，代码自动生成了autoreleasepool，这里就是调用了runloop。app启动时main函数就自动开启了主线程的runloop。

int main(int argc, char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
    }
}

PerformSelector:afterDelay:这个方法在子线程中是否起作用?为什么?怎么解决?

当调用 NSObject 的 performSelecter:afterDelay: 后，实际上其内部会创建一个 Timer 并添加到当前线程的 RunLoop 中。所以如果当前线程没有 RunLoop，则这个方法会失效。

当调用 performSelector:onThread: 时，实际上其会创建一个 Timer 加到对应的线程去，同样的，如果对应线程没有 RunLoop 该方法也会失效。

UITableViewCell上有个UILabel，显示NSTimer实现的秒表时间，手指滚动TableView的Cell时，label是否刷新？为什么？

不刷新了。因为NSTimer对象是以NSDefaultRunLoopMode添加到主运行循环中的时候, TableView（ScrollView）滚动过程中会因为mode的切换，而导致NSTimer将不再被调度。当我们滚动的时候，也希望不调度，那就应该使用默认模式。如果希望在滚动时，定时器也能运行，那就应该使用common mode。通过 CFRunloopAddTimer(runloop,timer ,commonMode) 实现。就是同步把事件源timer用同一个mode.

AFNetworking 中如何运用 Runloop?

AFURLConnectionOperation 这个类是基于 NSURLConnection 构建的，其希望能在后台线程接收 Delegate 回调。为此 AFNetworking 单独创建了一个线程，并在这个线程中启动了一个 RunLoop：

+ (void)networkRequestThreadEntryPoint:(id)__unused object {
    @autoreleasepool {
        [[NSThread currentThread] setName:@"AFNetworking"];
        NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];
        [runLoop addPort:[NSMachPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
        [runLoop run];
    }
}

+ (NSThread *)networkRequestThread {
    static NSThread *_networkRequestThread = nil;
    static dispatch_once_t oncePredicate;
    dispatch_once(&oncePredicate, ^{
        _networkRequestThread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(networkRequestThreadEntryPoint:) object:nil];
        [_networkRequestThread start];
    });
    return _networkRequestThread;
}

RunLoop 启动前内部必须要有至少一个 Timer/Observer/Source，所以 AFNetworking 在 [runLoop run] 之前先创建了一个新的 NSMachPort 添加进去了。通常情况下，调用者需要持有这个 NSMachPort (mach_port) 并在外部线程通过这个 port 发送消息到 loop 内；但此处添加 port 只是为了让 RunLoop 不至于退出，并没有用于实际的发送消息。

- (void)start {
    [self.lock lock];
    if ([self isCancelled]) {
        [self performSelector:@selector(cancelConnection) onThread:[[self class] networkRequestThread] withObject:nil waitUntilDone:NO modes:[self.runLoopModes allObjects]];
    } else if ([self isReady]) {
        self.state = AFOperationExecutingState;
        [self performSelector:@selector(operationDidStart) onThread:[[self class] networkRequestThread] withObject:nil waitUntilDone:NO modes:[self.runLoopModes allObjects]];
    }
    [self.lock unlock];
}

当需要这个后台线程执行任务时，AFNetworking 通过调用 [NSObject performSelector:onThread:..] 将这个任务扔到了后台线程的 RunLoop 中。

解释一下Runloop在 NSTimer中的的作用

NSTimer 其实就是 CFRunLoopTimerRef，这两个类之间，是可以交换使用的。一个 NSTimer 注册到 RunLoop 后，RunLoop 会为其重复的时间点注册事件。例如 10:00, 10:10, 10:20 这几个时间点。RunLoop 为了节省资源，在发生阻塞状态并不会准时回调给Timer。某个时间点被错过了，不会在延期时间后给你执行。比如等公交，如果10:10 有一趟公交，我没赶上，那我只能等 10:20 这一趟。10:10分那趟不会再回来的。

Runloop 和线程的关系？

Runloop 和是一对一的关系，一个线程对应一个 Runloop。主线程的默认就有了 Runloop。可以通过数据结构看出来，创建线程时，线程默认是没有runloop的，需要手工创建线程的runloop。

有了线程，你觉得为什么还要有runloop？

Runloop最主要的作用就是它如何在没有消息处理时休眠，在有消息时又能唤醒。这样可以提高CPU资源使用效率。runloop 另外一个作用是消息处理。只有线程，是做不到这点的。

GCD 在Runloop中的使用？

GCD由子线程返回到主线程,只有在这种情况下才会触发 RunLoop。会触发 RunLoop 的 Source 1 事件。

AFNetworking 中如何运用 Runloop?

+ (void)networkRequestThreadEntryPoint:(id)__unused object {
    @autoreleasepool {
        [[NSThread currentThread] setName:@"AFNetworking"];
        NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];
        [runLoop addPort:[NSMachPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
        [runLoop run];
    }
}

+ (NSThread *)networkRequestThread {
    static NSThread *_networkRequestThread = nil;
    static dispatch_once_t oncePredicate;
    dispatch_once(&oncePredicate, ^{
        _networkRequestThread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(networkRequestThreadEntryPoint:) object:nil];
        [_networkRequestThread start];
    });
    return _networkRequestThread;
}

- (void)start {
    [self.lock lock];
    if ([self isCancelled]) {
        [self performSelector:@selector(cancelConnection) onThread:[[self class] networkRequestThread] withObject:nil waitUntilDone:NO modes:[self.runLoopModes allObjects]];
    } else if ([self isReady]) {
        self.state = AFOperationExecutingState;
        [self performSelector:@selector(operationDidStart) onThread:[[self class] networkRequestThread] withObject:nil waitUntilDone:NO modes:[self.runLoopModes allObjects]];
    }
    [self.lock unlock];
}

当需要这个后台线程执行任务时，AFNetworking 通过调用 [NSObject performSelector:onThread:..] 将这个任务扔到了后台线程的 RunLoop 中。

PerformSelector:afterDelay:这个方法在子线程中是否起作用？

不起作用，子线程默认没有 Runloop。当调用 NSObject 的 performSelecter:afterDelay: 后，实际上其内部会创建一个 Timer 并添加到当前线程的 RunLoop 中。所以如果当前线程没有 RunLoop，则这个方法会失效。可以使用 GCD的dispatch_after来实现afterDelay这样的需求。

当调用 performSelector:onThread: 时，实际上其会创建一个 Timer 加到对应的线程去，同样的，如果对应线程没有 RunLoop 该方法也会失效，

CADispalyTimer和Timer哪个更精确

当然是CADisplayLink 更精确。

iOS设备的屏幕刷新频率是固定的，CADisplayLink在正常情况下会在每次刷新结束都被调用，精确度相当高。

看上面Runloop在 NSTimer中的使用的问题，就知道NSTimer的触发时间到的时候，runloop如果在阻塞状态，触发时间就会推迟到下一个runloop周期。可见 NSTimer的定时是很不靠谱的。

CADisplayLink使用场合相对专一，适合做UI的不停重绘，比如自定义动画引擎或者视频播放的渲染。NSTimer的使用范围要广泛的多，各种需要单次或者循环定时处理的任务都可以使用。在UI相关的动画或者显示内容使用 CADisplayLink比起用NSTimer的好处就是我们不需要在格外关心屏幕的刷新频率了，因为它本身就是跟屏幕刷新同步的。

面试结束

小伙子很不错，问了这么多问题，都答上来了，这让我很没面子啊，明天继续来面试，还有很多问题呢。面试官内心(我明天得找回场子来)。明天还有更精彩的面试其他内容。我的内心OS:天呐噜，明天还有！！这是要在走秃(走向秃顶的道路) 越走越远啊。（为了下一篇文章，强行做引子，哈哈）

坚持看到这里的同学，你们个个都是人才，我好喜欢。

《iOS之一起进大厂》系列-秒杀面试官的RunLoop底层原理面

前面的话

开始面试

先说说RunLoop 是什么？

再说说RunLoop的实现机制是什么？

RunLoop的有几种Mode, RunLoop设置Mode作用是什么？

为什么只有主线程的Runloop是自动开启的？

PerformSelector:afterDelay:这个方法在子线程中是否起作用?为什么?怎么解决?

UITableViewCell上有个UILabel，显示NSTimer实现的秒表时间，手指滚动TableView的Cell时，label是否刷新？为什么？

AFNetworking 中如何运用 Runloop?

解释一下Runloop在 NSTimer中的的作用

Runloop 和线程的关系？

有了线程，你觉得为什么还要有runloop？

GCD 在Runloop中的使用？

AFNetworking 中如何运用 Runloop?

PerformSelector:afterDelay:这个方法在子线程中是否起作用？

CADispalyTimer和Timer哪个更精确

面试结束

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