基于Runloop的任务管理器

1、工具背景

• 在性能优化的过程中,除了方法耗时优化,任务调度执行的时机也很重要,有些任务必须要在主线程执行,有些任务可以在子线程执行,不论是主线程任务还是子线程任务,我们都需要合理管理我们任务执行的时机
• 在主线程执行的任务执行时机过早,那就会导致后面的任务等待,在启动优化、卡顿优化过程中,这些任务比较多
• 在子线程的任务,我们不能一味的开启子线程操作,线程越多,内存资源,cpu资源也会越多

2、实现机制

• 针对上述问题,在恰当的时机触发任务执行显得尤为重要,一般情况下针,对于任务调度时机我们都是在代码流程或者延时操作处理,但是这样不仅工作量繁琐,而且效果也不太好
• iOS的Runloop用于管理App的运行状态,并且拥有良好的状态切换机制,当runloop没事干的时候会进入waiting状态,而且runloop API提供了状态切换监听方法,在触发kCFRunLoopBeforeWaiting时,在回调里唤醒runloop执行任务
• 代码部分
  在一些第三方框架或者一些runloop的高级使用方案中,我们也不乏看见作者会添加runloop的监听,这里贴上我对主线程runloop的监听代码:

- (void)addRunloopObserver {
    CFRunLoopObserverContext context = {
        0,
        ( __bridge void *)(self),
        &CFRetain,
        &CFRelease,
        NULL
    };
    //监听runloop即将进入睡眠状态
    static CFRunLoopObserverRef defaultModeObsever;
    defaultModeObsever = CFRunLoopObserverCreate(NULL,
                                                 kCFRunLoopBeforeWaiting,
                                                 YES,
                                                 NSIntegerMax,
                                                 &Callback,
                                                 &context
                                                 );
    
    //添加RunLoop的观察者
    CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetMain(), defaultModeObsever, kCFRunLoopCommonModes);
    CFRelease(defaultModeObsever);
}

• Callback为runloop状态发生变化后的回调方法
• CFRunLoopGetMain()这里添加的监听是MainRunloop:
• kCFRunLoopCommonModes这里的原理同NSTimer添加到CommonModes一样,这样同样可以监听runloop在TrackingMode下的变化

3、实现步骤

• 将需要管理的任务直接调用工具add方法添加进来,需要在子线程中执行的任务,需要把触发子线程的操作也算包含在task中
• 添加进来后要考虑采用什么数据类型去管理task,这里参考了SDWebImage的MemoryCache缓存原理,创建一个NSMapTable进行target和task的管理,这里传入target主要是考虑到某些task在后续会取消,NSMapTable的Key对应target,指针类型是weak,这样不会造成target的引用计数增加,而且当target释放的时候,对应的task也可自动移除

• 一个Target可能不止对应一个task,所以NSMapTable的value我采用的是一个可变字典,key用于标识一个task,value为task实体,key的生成有两种:
  • 外部传入uniqueKey,这样在某些target重复利用的过程中可以防止相同任务的重复添加,避免错误的task执行
  • 自动生成的key,由Tool自定义生成规则,这里我才用task自增长id和字符串拼接的方式,可以添加多个任务
• 代码部分

+ (void)addTask:(void(^)(void))task {
    [self addTarget:nil task:task];
}

+ (void)addTarget:(id)target task:(void(^)(void))task {
    [self addTarget:target uniqueKey:nil task:task];
}
//添加任务
+ (void)addTarget:(id)target uniqueKey:(NSString *)uniqueKey task:(void(^)(void))task {
    if (![NSThread isMainThread]) {
        //在子线程中添加的任务,最终执行的时候不是在原来的子线程,为了避免不必要的线程处理问题,请在mainThread中添加task
        return;
    }
    GLRunloopTaskTool *taskTool = [GLRunloopTaskTool shareInstance];
    //如果target存在task,查看是否需要检查uniqueKey
    id tar = target ? : taskTool;
    NSMutableDictionary *taskInfo = [taskTool.taskCache objectForKey:tar];
    if (!taskInfo) {
        taskInfo = [NSMutableDictionary dictionary];
        [taskTool.taskCache setObject:taskInfo forKey:tar];
    }
    if (uniqueKey) {
        [taskInfo setObject:task forKey:uniqueKey];
    } else {
        NSString *key = [NSString stringWithFormat:@"gl_runloop_task_tool_value_%d",taskTool.increase_Index % INT_MAX];
        [taskInfo setObject:task forKey:key];
    }
    taskTool.increase_Index++;
}

+ (void)removeTasks:(id)target {
    GLRunloopTaskTool *taskTool = [GLRunloopTaskTool shareInstance];
    id tar = target ? : taskTool;
    [taskTool.taskCache removeObjectForKey:tar];
}

+ (void)removeAllTasks {
    [[GLRunloopTaskTool shareInstance].taskCache removeAllObjects];
}

4、Observer回调/Task执行

static void Callback(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity, void *info){
    GLRunloopTaskTool *taskTool = (__bridge GLRunloopTaskTool *)(info);
    if (taskTool.taskCache.count) {
        NSLog(@"start task");
        id target = taskTool.taskCache.keyEnumerator.allObjects.firstObject;
        NSLog(@"target = %@",target);
        NSMutableDictionary *taskInfo = [taskTool.taskCache objectForKey:target];
        NSLog(@"taskInfo start = %@",taskInfo);
        NSString *taskKey = taskInfo.allKeys.firstObject;
        void(^task)(void) = [taskInfo objectForKey:taskKey];
        if (task) {
            //执行任务
            task();
            NSLog(@"excute task=%@",task);
        }
        [taskInfo removeObjectForKey:taskKey];
        NSLog(@"taskInfo end = %@",taskInfo);
        if (taskInfo.count == 0) {
            [taskTool.taskCache removeObjectForKey:target];
            NSLog(@"taskInfo.count== %lu,taskCache.count=%lu",(unsigned long)taskInfo.count,(unsigned long)taskTool.taskCache.count);
        }
        if (taskTool.taskCache.count) {
            CFRunLoopWakeUp(CFRunLoopGetMain());
        }
    }
}

• 获取当前的runloop状态,如果activity为kCFRunLoopBeforeWaiting,即表示runloop即将进入空闲状态,准备休息了,这个时候如果有活要干,这是时机最好不过了,在上面添加监听的方法中,也可以只监听kCFRunLoopBeforeWaiting状态,这样在回调里不需要判断状态是否为kCFRunLoopBeforeWaiting
• 当需要执行任务的时候,runloop会被唤醒,状态切换为kCFRunLoopAfterWaiting`,然后去执行task
• 为了避免还有任务未执行完,我在执行任务时通过CFRunLoopWakeUp(CFRunLoopGetMain());手动唤醒runloop,这样可以确保runloop唤醒,如果不手动唤醒在执行某些任务时可能不会触发Runloop的唤醒操作,这样剩下的task就无法执行
• task执行后,从对应的target移除,如果target待执行任务为0,那么从cache中删除管理的target

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