runLoop

Runloop

2019-01-23  本文已影响6人  川少叶

1 什么是Runloop

Runloop就像他的名字一样，是线程中的循环。它用来接收循环中的各种事件和安排线程工作，并且在没有工作时，不让线程退出，而是进入睡眠。

运行循环，在程序运行过程中循环做一些事情，如果没有Runloop程序执行完毕就会立即退出，如果有Runloop程序会一直运行，并且时时刻刻在等待用户的输入操作。RunLoop可以在需要的时候自己跑起来运行，在没有操作的时候就停下来休息。充分节省CPU资源，提高程序性能

  1. 驱动程序一直运行，并响应输入
  2. 决定程序响应的Event
  3. 节约CPU的能耗
  4. Message Queue（调用解耦，产生Message的对象，不能产生之后，一直阻塞在处理该事件的过程中，不能再次产生Message）

Runloop和线程

RunLoop的五个类

Runloop.png Runloop的关系.png

CFRunLoopRef
CFRunLoopModeRef
CFRunLoopSourceRef
CFRunLoopTimerRef
CFRunLoopObserverRef
虽然runloop包含了五个类，但是公开的类只有图中的三个

2 Mode

一个Runloop 包含若干个Mode，每个Mode包含若干个Source/Timer/Observer
从上图可以看到一个runloop可以包含多个model，每个model都是独立的，而且runloop只能选择一个model运行，也就是currentModel。如果需要切换 Mode，在Runloop内部进行切换，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。


Mode的种类.png

系统默认注册了5个Mode:

根据Mr Peak的文章，GSEventReceiveRunLoopMode和UIInitializationRunLoopMode，属于private mode，其实还有其他的private mode，比如_kCFStreamBlockingOpenMode。

mode的切换，目前无法得知系统是如何进行切换的。从源码中发现的事实，切换的时候，会加锁保证多线程安全，并且有三处切换：

Source的种类

官方文档的分类
按照函数调用栈，Source的分类：

Timer

Timer是在哪个Mode下的问题

Observer

向外部报告Runloop当前状态的更改。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。可以观测的时间点有以下几个

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),     //从休眠中唤醒
    kCFRunLoopExit = (1UL << 7),
    kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU
};

处理流程

系统应用

1. 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()。

第二个Observer做的事情

2. 事件响应

苹果注册了一个 Source1 (基于 mach port 的) 用来接收系统事件，其回调函数为 __IOHIDEventSystemClientQueueCallback()。

当一个硬件事件(触摸/锁屏/摇晃等)发生后，首先由 IOKit.framework 生成一个 IOHIDEvent 事件并由 SpringBoard 接收。这个过程的详细情况可以参考这里。SpringBoard 只接收按键(锁屏/静音等)，触摸，加速，接近传感器等几种 Event，随后用 mach port 转发给需要的App进程。随后苹果注册的那个 Source1 就会触发回调，并调用 _UIApplicationHandleEventQueue() 进行应用内部的分发。

_UIApplicationHandleEventQueue() 会把 IOHIDEvent 处理并包装成 UIEvent 进行处理或分发，其中包括识别 UIGesture/处理屏幕旋转/发送给 UIWindow 等。通常事件比如 UIButton 点击、touchesBegin/Move/End/Cancel 事件都是在这个回调中完成的。

3. 手势识别

当上面的 _UIApplicationHandleEventQueue() 识别了一个手势时，其首先会调用 Cancel 将当前的 touchesBegin/Move/End 系列回调打断。随后系统将对应的 UIGestureRecognizer 标记为待处理。

苹果注册了一个 Observer 监测 BeforeWaiting (Loop即将进入休眠) 事件，这个Observer的回调函数是 _UIGestureRecognizerUpdateObserver()，其内部会获取所有刚被标记为待处理的 GestureRecognizer，并执行GestureRecognizer的回调。

当有 UIGestureRecognizer 的变化(创建/销毁/状态改变)时，这个回调都会进行相应处理。

4. 界面更新

当在操作 UI 时，比如改变了 Frame、更新了 UIView/CALayer 的层次时，或者手动调用了 UIView/CALayer 的 setNeedsLayout/setNeedsDisplay方法后，这个 UIView/CALayer 就被标记为待处理，并被提交到一个全局的容器去。

苹果注册了一个 Observer 监听 BeforeWaiting(即将进入休眠) 和 Exit (即将退出Loop) 事件，回调去执行一个很长的函数：
_ZN2CA11Transaction17observer_callbackEP19__CFRunLoopObservermPv()。这个函数里会遍历所有待处理的 UIView/CAlayer 以执行实际的绘制和调整，并更新 UI 界面。

5. 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。例如 10:00, 10:10, 10:20 这几个时间点。RunLoop为了节省资源，并不会在非常准确的时间点回调这个Timer。Timer 有个属性叫做 Tolerance (宽容度)，标示了当时间点到后，容许有多少最大误差。

    // 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];

如果某个时间点被错过了，例如执行了一个很长的任务，则那个时间点的回调也会跳过去，不会延后执行。就比如等公交，如果 10:10 时我忙着玩手机错过了那个点的公交，那我只能等 10:20 这一趟了。

CADisplayLink 是一个和屏幕刷新率一致的定时器（但实际实现原理更复杂，和 NSTimer 并不一样，其内部实际是操作了一个 Source）。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。在快速滑动TableView时，即使一帧的卡顿也会让用户有所察觉。Facebook 开源的 AsyncDisplayLink 就是为了解决界面卡顿的问题，其内部也用到了 RunLoop

6. PerformSelecter

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。run方法在子线程执行，必须打开runloop才能成功执行test方法

- (void)run {
    NSLog(@"current thread: %@", [NSThread currentThread]);
    
    [self performSelector:@selector(test) withObject:nil afterDelay:0];
    
    [[NSRunLoop currentRunLoop] run];
}

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。

[self performSelector:@selector(test) onThread:[NSThread currentThread] withObject:nil waitUntilDone:NO];

[[NSRunLoop currentRunLoop] run];

7. 关于GCD

实际上 RunLoop 底层也会用到 GCD 的东西，比如 RunLoop 是用 dispatch_source_t 实现的 Timer（评论中有人提醒，NSTimer 是用了 XNU 内核的 mk_timer，我也仔细调试了一下，发现 NSTimer 确实是由 mk_timer 驱动，而非 GCD 驱动的）。但同时 GCD 提供的某些接口也用到了 RunLoop， 例如 dispatch_async()。

当调用 dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), block) 时，libDispatch 会向主线程的 RunLoop 发送消息，RunLoop会被唤醒，并从消息中取得这个 block，并在回调 CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE() 里执行这个 block。但这个逻辑仅限于 dispatch 到主线程，dispatch 到其他线程仍然是由 libDispatch 处理的。

8. 关于网络请求

iOS 中，关于网络请求的接口自下至上有如下几层:
1 CFSocket 是最底层的接口，只负责 socket 通信。
2 CFNetwork 是基于 CFSocket 等接口的上层封装，ASIHttpRequest 工作于这一层。
3 NSURLConnection 是基于 CFNetwork 的更高层的封装，提供面向对象的接口，AFNetworking 工作于这一层。
4 NSURLSession 是 iOS7 中新增的接口，表面上是和 NSURLConnection 并列的，但底层仍然用到了 NSURLConnection 的部分功能 (比如 com.apple.NSURLConnectionLoader 线程)，AFNetworking2 和 Alamofire 工作于这一层。

下面主要介绍下 NSURLConnection 的工作过程。

通常使用 NSURLConnection 时，你会传入一个 Delegate，当调用了 [connection start] 后，这个 Delegate 就会不停收到事件回调。实际上，start 这个函数的内部会会获取 CurrentRunLoop，然后在其中的 DefaultMode 添加了4个 Source0 (即需要手动触发的Source)。CFMultiplexerSource 是负责各种 Delegate 回调的，CFHTTPCookieStorage 是处理各种 Cookie 的。

当开始网络传输时，我们可以看到 NSURLConnection 创建了两个新线程：com.apple.NSURLConnectionLoader 和 com.apple.CFSocket.private。其中 CFSocket 线程是处理底层 socket 连接的。NSURLConnectionLoader 这个线程内部会使用 RunLoop 来接收底层 socket 的事件，并通过之前添加的 Source0 通知到上层的 Delegate。

实践

1. 滚动scrollview导致定时器失效

在界面上有一个UIscrollview控件（tableview，collectionview等），如果此时还有一个定时器在执行一个事件，你会发现当你滚动scrollview的时候，定时器会失效。

解决方案

  1. 把定时器的runloop的model改为NSRunLoopCommonModes 模式，这个模式是一种占位mode，并不是真正可以运行的mode，它是用来标记一个mode的。默认情况下default和tracking这两种mode 都会被标记上NSRunLoopCommonModes 标签。
  2. 使用GCD创建定时器，GCD创建的定时器不会受runloop的影响

2. 常驻线程

需要创建一个在后台一直存在的程序，来做一些需要频繁处理的任务。比如检测网络状态，AFNetworking。

默认情况一个线程创建出来，运行完要做的事情，线程就会消亡。而程序启动的时候，就创建的主线程已经加入到runloop，所以主线程不会消亡。

这个时候我们就需要把自己创建的线程加到runloop中来，就可以实现线程常驻后台。

解决方案

  1. 添加NSPort。
  2. 添加NSTimer

需要注意的是：

[[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:[[NSPort alloc] init] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
    
 while (weakSelf && !weakSelf.isStoped) {
            [[NSRunLoop currentRunLoop] runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate:[NSDate distantFuture]];
        }

// 用于停止子线程的RunLoop
- (IBAction)stop {
    if (!self.thread) return;
    
    // 在子线程调用stop（waitUntilDone设置为YES，代表子线程的代码执行完毕后，这个方法才会往下走）
    [self performSelector:@selector(stopThread) onThread:self.thread withObject:nil waitUntilDone:YES];
}

- (void)stopThread
{
    // 设置标记为YES
    self.stopped = YES;
    
    // 停止RunLoop
    CFRunLoopStop(CFRunLoopGetCurrent());
    NSLog(@"%s %@", __func__, [NSThread currentThread]);
    
    // 清空线程
    self.thread = nil;
}

- (void)dealloc
{
    NSLog(@"%s", __func__);
    
    [self stop];
}

3. 在所有UI相应操作之前处理任务

比如我们点击了一个按钮，在ui关联的事件开始执行之前，我们需要执行一些其他任务，可以在observer中实现。AsyncDisplayKit也是这种思路处理的

面试题

讲讲 RunLoop，项目中有用到吗？

  1. 什么是Runloop
    Runloop就像他的名字一样，是线程中的循环。它用来接收循环中的各种事件和安排线程工作，并且在没有工作时，不让线程退出，而是进入睡眠。
  2. Runloop和线程之间的关系
  3. 介绍mode，mode中的Source0，Source1，Timer，Observers
  4. 从源码入手，介绍整个流程
  5. 应用
    • 线程保活
    • Timer
    • 在定时器、GCD、performSelector、事件响应、手势识别、界面刷新、网络请求、AutoreleasePool等等很多地方用

runloop内部实现逻辑？

runloop和线程的关系？

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

timer 与 runloop 的关系？

Runloop里面有多种mode，每种mode包含多个Timer，Source，Observer，一般timer属于common mode，它是一种标记，包含default和Tracking两种mode。

程序中添加每3秒响应一次的NSTimer，当拖动tableview时timer可能无法响应要怎么解决？

将timer加入到commonModes

runloop 是怎么响应用户操作的， 具体流程是什么样的？

Source1捕捉用户操作，然后把这个事件包装成事件队列EventQueue，然后放到source0中处理

说说runLoop的几种状态

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),     //从休眠中唤醒
    kCFRunLoopExit = (1UL << 7),
    kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU
};

runloop的mode作用是什么？

RunLoop启动时只能选择其中一个Mode，作为currentMode
隔离不同的Source，Timer，和Observer，互不影响，在该模式下工作就会很流畅。

参考文章

http://blog.ibireme.com/2015/05/18/runloop/
http://www.jianshu.com/p/3105b7f9fb8c
Mr Peak:http://mrpeak.cn/blog/ios-runloop/

面试题

https://www.jianshu.com/p/dd07f431a8c7
https://www.jianshu.com/p/de752066d0ad

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