深入浅出 RunLoop
前言
文章主要分为四个部分
- 一、RunLoop 简介
- 二、RunLoop 相关接口
- 三、RunLoop 相关逻辑流程
- 四、RunLoop 实际应用
一、RunLoop 简介
1.1 RunLoop 基本概念
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。RunLoop 机制能让线程随时处理事件但并不退出。这里说的随时是指：程序需要运行时就保持程序的持续运行，不需要的时候就进入休眠状态。
NSRunLoop 和 CFRunLoopRef 都是和RunLoop 机制相关的类。CFRunLoopRef 基于 CoreFoundation 框架内，是纯 C 函数的 API，所有这些 API 都是线程安全的。CFRunLoopRef 的代码是开源的。NSRunLoop 是基于 CFRunLoopRef ，提供了面向对象的 API，但是这些 API 不是线程安全的。
1.2 RunLoop 和 线程的关系
关于RunLoop 和线程之间的关系要知道以下几点:
- 苹果不允许直接创建 RunLoop，它只提供了两个自动获取的函数：CFRunLoopGetMain() 和 CFRunLoopGetCurrent()。
- 线程和 RunLoop 是一一对应的，其关系是保存在一个全局的 Dictionary 里。
- 只能在当前线程中操作当前线程的RunLoop，而不能去操作其他线程的RunLoop。
- 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对象需要我们主动获取，因为子线程刚创建时并没有 RunLoop，如果你不主动获取，那它一直都不会有。
1.3 为什么 main 函数不会 return掉 ？
int main(int argc, char * argv[]) {
@autoreleasepool {
return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
}
}
上面main函数同一般函数相比，启动程序后并不会立刻 return 掉。其中UIApplicationMain函数内部默认开启了主线程的 RunLoop ，并执行了一段无限循环的代码。UIApplicationMain函数一直没有返回，所以运行程序之后会保持持续运行状态。
//无限循环代码模式
int main(int argc, char * argv[]) {
BOOL running = YES;
do {
// 执行各种任务，处理各种事件
// ......
} while (running);
return 0;
}
二、RunLoop 相关接口
2.1 RunLoop 的结构
和 RunLoop 相关的主要涉及五个类：
- CFRunLoopRef：RunLoop对象
- CFRunLoopModeRef：运行模式
- CFRunLoopSourceRef：输入源/事件源
- CFRunLoopTimerRef：定时源
- CFRunLoopObserverRef：观察者
RunLoop的结构
从上图可以看出，RunLoop 对象中可以包含多个 Mode，每个 Mode 又包含多个个 Source、Timer、Observer。
2.2 RunLoop 中的 Mode
关于Mode首先要知道一个RunLoop 对象中可能包含多个Mode，且每次调用 RunLoop 的主函数时，只能指定其中一个 Mode(CurrentMode)。切换 Mode，需要重新指定一个 Mode 。主要是为了分隔开不同的 Source、Timer、Observer，让它们之间互不影响。
总共是有五种Mode:
-
kCFRunLoopDefaultMode：默认模式，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，实际是kCFRunLoopDefaultMode和UITrackingRunLoopMode的结合。
有这样一个场景，假设自己封装一个无限轮播视图，很有可能会出现这样一种情况：当你滑动轮播视图时，轮播视图的定时器不再起作用，不能通过定时器调整UIScrollView的偏移值。之所以会出项上述现象，是因为主线程的 RunLoop 里有两个 Mode：kCFRunLoopDefaultMode 和 UITrackingRunLoopMode。默认情况下是defaultMode，但是当滑动UIScrollView时，RunLoop 会将 mode 切换为 TrackingRunLoopMode，这时 Timer 就不会被回。如果想在滑动的时候不让定时器失效，可以使用CommonMode来解决。
[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];
2.3 Mode 中的 CFRunLoopSourceRef
CFRunLoopSourceRef是事件源，主要有两种分类方式，一种是苹果官方的分类方式，另一种是按照函数调用栈栈分类方式。
2.3.1 官方分类
- Port-Based Sources（基于端口）
- Custom Input Sources（自定义）
- Cocoa Perform Selector Sources
2.3.2 按照函数调用栈分类
- Source0 ：非基于 Port。只包含了一个回调（函数指针），不能主动触发事件。使用时，需先调用
CFRunLoopSourceSignal(source)，将 Source 标记为待处理，然后手动调用CFRunLoopWakeUp(runloop)唤醒 RunLoop，让其处理这个事件。 - Source1：基于Port，通过内核和
其他线程通信，接收、分发系统事件。 包含了一个 mach_port 和一个回调（函数指针），被用于通过内核和其他线程相互发送消息。这种 Source 能主动唤醒 RunLoop 的线程。
函数调用栈分类举例
创建一个按钮，添加点击事件，并在按钮回调事件添加断点，当执行到断点出左侧会出现相关栈调用信息。从上图可以看出:点击事件就是在
Sources0中处理的。至于 Source1 主要是用来接收、分发系统事件，然后再分发到Sources0中处理。
2.4 Mode 中的 CFRunLoopTimerRef
CFRunLoopTimerRef 是定时源，你可以简单把它理解为NSTimer。其包含一个时间点和一个回调（函数指针）。当被加入到 RunLoop 时，RunLoop 会注册对应的时间点，当时间到时，RunLoop 会执行对应时间点的回调。
2.5 Mode 中的 CFRunLoopObserverRef
CFRunLoopObserverRef是观察者，主要用来监听RunLoop 的状态，主要有以下几种状态。
- kCFRunLoopEntry : 即将进入RunLoop
- kCFRunLoopBeforeTimers :即将处理Timer
- kCFRunLoopBeforeSources:即将处理Source
- kCFRunLoopBeforeWaiting :即将进入休眠
- kCFRunLoopAfterWaiting:即将从休眠中唤醒
- kCFRunLoopExit :即将从RunLoop中退出
- kCFRunLoopAllActivities:监听全部状态改变
可以通过以下代码验证RunLoop的几种状态:
// 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
CFRelease(observer);
三、RunLoop 相关逻辑流程
RunLoop 逻辑流程
上图是笔者从网上找到的一张 RunLoop 运行的相关流程逻辑图。具体来说主要执行逻辑是这样的：
- 1、通知观察者 RunLoop 已经启动。
- 2、通知观察者即将要开始定时器。
- 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(Source0)。
- 5、如果基于端口的源(Source1)准备好并处于等待状态，进入步骤9。
- 6、通知观察者线程进入休眠状态。
- 7、将线程置于休眠状态，知道下面的任一事件发生才唤醒线程。
. 某一事件到达基于端口的源
. 定时器启动。
. RunLoop 设置的时间已经超时。
. RunLoop 被唤醒。 - 8、通知观察者线程将被唤醒。
- 9、处理未处理的事件。
.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。
.如果输入源启动，传递相应的消息。
.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。
四、RunLoop 实际应用
4.1 后台常驻线程
借助RunLoop可以实现线程后台常驻的功能，关键是在于两行代码，具体请看如下代码。
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
self.thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(runOne) object:nil];
[self.thread start];
}
- (void) runOne{
NSLog(@"----任务1-----");
// 下面两句代码可以实现线程保活
[[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");
}
- (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(runTwo) onThread:self.thread withObject:nil waitUntilDone:NO];
}
- (void) runTwo{
NSLog(@"----任务2------");
}
实现了上述代码之后，每次点击屏幕都会打印----任务2------,这说明子线程处于活跃状态。
在一些分析AFNetworking源码的文章中，也经常会出现如下这些代码。其核心也是为了实现线程后台常驻。
+ (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;
}
当后台线程执行任务时，通过 performSelector:onThread:..方法将任务放在后台线程的 RunLoop 中。
- (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];
}
4.2 AutoreleasePool
应用程序一旦启动，主线程 RunLoop 里注册了两个 Observer。一个 Observer 监听即将进入Loop事件，回调内会调用 _objc_autoreleasePoolPush() 创建自动释放池，并保证创建释放池发生在其他所有回调之前。另外一个 Observer 监视了两个事件(RunLoop即将进入休眠和即将退出 RunLoop 事件) ，前者会调用_objc_autoreleasePoolPop() 和 _objc_autoreleasePoolPush() 释放旧的池并创建新池；后者会调用 _objc_autoreleasePoolPop() 来释放自动释放池，并保证释放自动释放池事件发生在其它回调之后。
