iOS探索：RunLoop本质、数据结构以及常驻线程实现

RunLoop的本质

RunLoop是通过内部维护的事件循环来对事件/消息进行管理的一个对象

• 没有消息需要处理时，休眠以避免资源占用，状态切换是从用户态通过系统调用切换到内核态

• 有消息处理时，立刻被唤醒，状态切换是从内核态通过系统调用切换到用户态

这里有一个问题，我们应用程序中的main函数为什么可以保持无退出呢

实际上呢，在我们的main函数中会调用UIApplicationMain函数，在这个函数中会启动一个运行循环（也就是我们所说的RunLoop），在这个运行循环中可以处理很多事件，例如屏幕的点击，滑动列表，或者网络请求的返回等等，在处理完事件之后，会进入等待，在这个循环中，并不是一个单纯的for循环或者while循环，而是从用户态到内核态的切换，以及再从内核态到用户态的切换，这里面的等待也不等于死循环，这里面最重要的是状态的切换

RunLoop的数据结构

在OC中，系统为我们提供了两个RunLoop，一个是CFRunLoop，另一个是NSRunLoop，而NSRunLoop是对CFRunLoop的一个封装，提供了面向对象的API，并且它们也分别属于不同的框架，NSRunLoop是属于Foundation框架，而CFRunLoop是属于Core Foundation框架

关于RunLoop的数据结构主要有三种：

• CFRunLoop

• CFRunLoopMode

• Source/Timer/Observer

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• pthread：代表的是线程，RunLoop与线程的关系是一一对应的

• currentMode：是一个CFRunLoopMode这样一个数据结构

• modes：是一个包含CFRunLoopMode类型的集合（NSMutableSet<CFRunLoopMode*>）

• commonModes：是一个包含NSString类型的集合（NSMutableSet<NSString*>）

• commonModeItems：也是一个集合，在这个集合中包含多个元素，其中包括多个Observer，多个Timer，多个Source

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• name：名称，例如NSDefaultRunLoopMode，所以说是通过这样一个名称来切换对应的模式，例如在上面的commonModes里面都是名称字符串，也就是说通过这些名称来支持多种模式

• source0：集合类型的数据结构

• source1：集合类型的数据结构

• obsevers：数组类型的数据结构

• timers：数组类型的数据结构

CFRunLoopSource

• source0：需要手动唤醒线程

• source1：具备唤醒线程的能力

CFRunLoopTimer

和NSTimer是toll-free bridge的（免费桥转换）

CFRunLoopObserver

我们可以通过注册一些Observer来实现对RunLoop相关时间点的观测

可以观测的时间点包括：

• kCFRunLoopEntry：RunLoop的入口时机，RunLoop将要启动的时候的回调通知

• kCFRunLoopBeforeTimers：RunLoop将要处理Timer事件的时候

• kCFRunLoopBeforeSources：RunLoop将要处理Source事件的时候

• kCFRunLoopBeforeWaiting：RunLoop将要进入休眠的时候，将要进行用户态到内核态的切换

• kCFRunLoopAfterWaiting：RunLoop将要进入唤醒的时候，内核态到用户态的切换后不久

• kCFRunLoopExit：RunLoop退出的时候

RunLoop的mode

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在RunLoop中，假如在mode1中运行，那么在mode2中事件的回调就会接收不到，RunLoop只接受在当前mode中的回调，那么这里有一个经典问题，当我们在滑动列表时，为什么会出现cell上的定时器停止的情况以及如何解决

因为在列表滑动的时候当前RunLoop的mode从Default切换到了Tracking，所以导致原来mode中的事件回调接收不到，想要解决便可将其加入commonModes中，下面我们来看一下commonMode

CommonMode的特殊性

• CommonMode并不是一个实际存在的模式

• 是同步Source/Timer/Observer到多个Mode中的一中技术方案

事件循环的实现机制

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• 在RunLoop启动之后会发送一个通知，来告知观察者

• 将要处理Timer/Source0事件这样一个通知的发送

• 处理Source0事件

• 如果有Source1要处理，这时会通过一个go to语句的实现来进行代码逻辑的跳转，处理唤醒是收到的消息

• 如果没有Source1要处理，线程就将要休眠，同时发送一个通知，告诉观察者

• 然后线程进入一个用户态到内核态的切换，休眠，然后等待唤醒，唤醒的条件大约包括三种：
  1、Source1
  2、Timer事件
  3、外部手动唤醒

• 线程刚被唤醒之后也要发送一个通知告诉观察者，然后处理唤醒时收到的消息

• 回到将要处理Timer/Source0事件这样一个通知的发送

• 然后再次进行上面步骤，这就是一个RunLoop的事件循环机制

这里有一个这样的问题：当我们点击一个app，从我们点击到程序启动、程序运行再到程序杀死这个过程，系统都发生了什么呢

实际上当我们调用了main函数之后，会调用UIApplicationMain函数，在这个函数内部会启动主线程的RunLoop，然后经过一系列的处理，最终主线程的RunLoop会处于一个休眠状态，然后我们此时如果点击一下屏幕，会转化成一个Source1来讲我们的主线程唤醒，然后当我们杀死程序时，会调用RunLoop的退出，同时发送通知告诉观察者

RunLoop与多线程

• 线程与RunLoop是一一对应的

• 自己创建的线程默认没有RunLoop

实现一个常驻线程

• 为当前线程开启一个RunLoop

• 向该RunLoop中添加一个Port/Source等维持RunLoop的事件循环

• 启动该RunLoop

请看下面的一个代码逻辑

#import "WXObject.h"

static NSThread *thread = nil;
/** 是否继续事件循环*/
static BOOL runAlways = YES;

@implementation WXObject

+ (NSThread *)threadForDispatch {
    
    if (thread == nil) {
        @synchronized (self) {
            if (thread == nil) {
                thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(runRequest) object:nil];
                [thread setName:@"alwaysThread"];
                //启动线程
                [thread start];
            }
        }
    }
    
    return thread;
}

+ (void)runRequest {
    
    //创建一个Source
    CFRunLoopSourceContext context = {0, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL};
    CFRunLoopSourceRef source = CFRunLoopSourceCreate(kCFAllocatorDefault, 0, &context);
    
    //创建RunLoop，同时向RunLoop的defaultMode下面添加Source
    CFRunLoopAddSource(CFRunLoopGetCurrent(), source, kCFRunLoopDefaultMode);
    
    //如果可以运行
    while (runAlways) {
        @autoreleasepool {
            //令当前RunLoop运行在defaultMode下
            CFRunLoopRunInMode(kCFRunLoopDefaultMode, 1.0e10, true);
        }
    }
    
    //某一时机，静态变量runAlways变为NO时，保证跳出RunLoop，线程推出
    CFRunLoopRemoveSource(CFRunLoopGetCurrent(), source, kCFRunLoopDefaultMode);
    CFRelease(source);
}

@end

• 首先我们在这里定义两个全局静态变量，一个是我们自定义的线程thread，还有一个是用来控制是否事件循环

• 然后我们创建线程，用@synchronized来保证线程安全，创建的时候添加入口方法，然后启动线程，当线程调用start方法时，会调用下面入口方法

• 在这个方法中首先创建source，传入一个上下文，然后创建RunLoop，同时向RunLoop的defaultMode下面添加Source，CFRunLoopGetCurrent()这个方法如果获取不到就会创建一个RunLoop，然后添加到defaultMode中

• 通过我们前面定义的静态变量来进行判断，如果可以运行，就令当前RunLoop运行在defaultMode下，这里用了一个自动释放池，减小内存峰值消耗，这里需要注意的是，如果我们上面添加到的是defaultMode，这里也需要运行在defaultMode中，否则会出现死循环

• 某一时机，静态变量runAlways变为NO时，保证跳出RunLoop，线程推出，释放source

以上就是实现一个常驻线程的代码逻辑

GitHub

Demo