RunLoop

2023-04-10 本文已影响0人冰棍儿好烫嘴

什么是RunLoop

RunLoop：运行循环，在程序运行过程中循环做一些事情
应用范畴：
- 定时器（Timer）、PerformSelector
- GCD Async Main Queue
- 事件响应、手势识别、界面刷新
- 网络请求
- AutoreleasePool

如果没有RunLoop

执行完第18行代码后，会即将退出程序

如果有了RunLoop

int main(int argc, char * argv[]) {
    NSString * appDelegateClassName;
    @autoreleasepool {

    }
    return UIApplicationMain(argc, argv, nil, appDelegateClassName);
}
UIApplicationMain中会创建RunLoop对象，RunLoop中的伪代码实现大概是如下的代码：
int retVal = 0;
do{
  //睡眠中等待消息
  int message = sleep_and_wait();
  //处理消息
  retVal = process_message(message);
}while(0 == retVal);

程序并不会马上退出，而是保持运行状态
RunLoop的基本作用:
1.保持程序的基本运行
2.处理App中的各种事件（比如触摸事件、定时器事件等）
3.节省CPU资源，提高程序性能：该做事时做事，该休息时休息
......

RunLoop对象

iOS中有2套API来访问和使用RunLoop
Foundation：NSRunLoop (OC语言)
Core Foundation:CFRunLoopRef （C语言）
NSRunLoop和CFRunLoopRef都代表着RunLoop对象
NSRunLoop是基于CFRunLoopRef的一层OC包装
CFRunLoopRef是开源的：https://opensource.apple.com/tarballs/CF/

RunLoop与线程

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会在线程销毁时销毁
主线程的RunLoop已经自动获取（创建），子线程默认没有开启RunLoop

获取RunLoop对象

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

RunLoop相关的类

Core Foundation中关于RunLoop的5个类
CFRunLoopRef
CFRunLoopModeRef
CFRunLoopSourceRef
CFRunLoopTimerRef
CFRunLoopObserverRef

CFRunLoop底层结构的主要代码
CFRunLoopMode底层结构的主要代码

CFRunLoopModeRef

CFRunLoopModeRef代表RunLoop的运行模式
一个RunLoop包含若干个Mode，每个Mode又包含若干个Source0/Source1/Timer/Observer
RunLoop启动时只能选择其中一个Mode，作为currentMode
如果需要切换Mode，只能退出当前Loop，再重新选择一个Mode进入：不同组的Source0/Source1/Timer/Observer能分隔开来，互不影响。
如果Mode里没有任何Source0/Source1/Timer/Observer，RunLoop会立马退出
常见的2种Mode：
kCFRunLoopDefaultMode (NSDefaultRunLoopMode):App的默认Mode，通常主线程是在这个Mode下运行
UITrackingRunLoopMode：界面跟踪Mode，用于ScrollView追踪触摸滑动，保证界面滑动时不受其他Mode影响

RunLoop的运行逻辑

Source0
触摸事件处理
performSelector: onThread:
Source1
基于Port的线程间通信
系统事件捕捉
Timers
NSTimer
performSelector: withObject: afterDelay:
Observers
用于监听RunLoop的状态
UI刷新（BeforeWaiting）
Autorelease pool（BeforeWaiting）

创建添加observer监听runloop的所有状态
第一种方法：
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    //创建observer
    CFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreate(kCFAllocatorDefault, kCFRunLoopAllActivities, YES, 0, observeRunLoopActicities, NULL);
    //kCFRunLoopCommonModes默认包括kCFRunLoopDefaultMode，UITrackingRunLoopMode
    //添加observer到RunLoop中
    CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetMain(), observer, kCFRunLoopCommonModes);
    //释放
    CFRelease(observer);
}
void observeRunLoopActicities(CFRunLoopObserverRef observer,CFRunLoopActivity activity,void *info){
    switch (activity) {
        case kCFRunLoopEntry:
            NSLog(@"kCFRunLoopEntry");
            break;
        case kCFRunLoopBeforeTimers:
            NSLog(@"kCFRunLoopBeforeTimers");
            break;
        case kCFRunLoopBeforeSources:
            NSLog(@"kCFRunLoopBeforeSources");
            break;
        case kCFRunLoopBeforeWaiting:
            NSLog(@"kCFRunLoopBeforeWaiting");
            break;
        case kCFRunLoopAfterWaiting:
            NSLog(@"kCFRunLoopAfterWaiting");
            break;
        case kCFRunLoopExit:
            NSLog(@"kCFRunLoopExit");
            break;
        default:
            break;
    }
}
第二种方法：
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    ··先创建一个textview，然后滚动，观察打印结果
    //创建observer
    CFRunLoopObserverRef observer =  CFRunLoopObserverCreateWithHandler(kCFAllocatorDefault, kCFRunLoopAllActivities, YES, 0, ^(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity) {
        switch (activity) {
            case kCFRunLoopEntry:{
                CFRunLoopMode mode = CFRunLoopCopyCurrentMode(CFRunLoopGetCurrent());
                NSLog(@"kCFRunLoopEntry - %@",mode);
                CFRelease(mode);
                break;
            }
            case kCFRunLoopExit:{
                CFRunLoopMode mode = CFRunLoopCopyCurrentMode(CFRunLoopGetCurrent());
                NSLog(@"kCFRunLoopExit - %@",mode);
                CFRelease(mode);
                break;
            }
            default:
                break;
        }
    });
    //添加observer到RunLoop中
    CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetMain(), observer, kCFRunLoopCommonModes);
    //释放
    CFRelease(observer);
}

RunLoop的运行逻辑

RunLoop休眠的实现原理

RunLoop休眠的细节：
RunLoop休眠和while（1）是不一样的，while（1）虽然也不会继续往下进行执行代码，但是一直在执行死循环，属于线程阻塞，CPU是一直没有休息的；而RunLoop休眠是CPU进入休息状态。有一个比较底层的函数mach_msg（）直接进入休眠状态，睡觉，属于内核层面的API，不占用CPU的资源。

RunLoop在实际开发中的应用

控制线程生命周期（线程保活，AFNetworking）
利用RunLoop保持子线程一直活在内存中。

新建一个类继承NSThread，重写dealloc方法，方便监听子线程什么时候销毁
LDThread.h文件
#import <Foundation/Foundation.h>
@interface LDThread : NSThread

@end

LDThread.m文件
#import "LDThread.h"
@implementation LDThread
- (void)dealloc{
    NSLog(@"%s",__func__);
}
@end

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    LDThread *thread = [[LDThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];
    [thread start];
}
- (void)run{
    NSLog(@"%s %@",__func__,[NSThread currentThread]);
}
最终打印结果：
-[ViewController run] <LDThread: 0x60000003abc0>{number = 7, name = (null)}  //number=7说明是子线程，如果是主线程，number=1
-[LDThread dealloc]

那么如果有需求，当前的子线程不要挂，要一直存在，比如touchBegan方法里，点击一次，就在子线程里走一次run方法，代码如下：

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event{
    LDThread *thread = [[LDThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];
    [thread start];
}
- (void)run{
    NSLog(@"%s %@",__func__,[NSThread currentThread]);
}
打印结果：
-[ViewController run] <LDThread: 0x600001541f00>{number = 8, name = (null)}
-[LDThread dealloc]

-[ViewController run] <LDThread: 0x60000157c080>{number = 9, name = (null)}
-[LDThread dealloc]
每点击一次，创建一个子线程，实现完毕就会被销毁

现在不希望线程挂掉，有没有什么办法呢？

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event{
    LDThread *thread = [[LDThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];
    [thread start];
}
- (void)run{
    NSLog(@"%s %@",__func__,[NSThread currentThread]);
     while (1) ;
}
这种方法虽然可以保证子线程不死，但是是已经阻塞了，也没办法做别的事情了，不可取。

那么现在用RunLoop去做，让子线程在有事情做的时候就去做，没事情做的时候就休眠

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    self.thread = [[LDThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];
    [self.thread start];
}

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event{
    [self performSelector:@selector(test) onThread:self.thread withObject:nil waitUntilDone:YES];
}
//子线程需要执行的任务
- (void)test{
    NSLog(@"%s %@",__func__,[NSThread currentThread]);
}
//这个方法的目的：线程保活
- (void)run{
    NSLog(@"%s %@",__func__,[NSThread currentThread]);
    //往RunLoop里面添加Source/Timer/Observer，这里如果不添加的话，Runloop会直接退出。因为RunLoop里边是空的
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:[[NSPort alloc] init] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
    [[NSRunLoop currentRunLoop] run];
    NSLog(@"%s ---end---",__func__);
}

但是上面的方法会造成ViewController和thread都不会被释放，相互引用造成了强引用，所以这里需要完善一下，代码如下所示：

#import "ViewController.h"
#import "LDThread.h"
#import <objc/runtime.h>
@interface ViewController ()
@property (nonatomic,strong) LDThread *thread;
@property (nonatomic,assign,getter = isStoped)BOOL stopped;
@end
@implementation ViewController
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    __weak typeof(self) weakSelf = self;
    self.stopped = NO;
    self.thread = [[LDThread alloc] initWithBlock:^{
        NSLog(@"%@ ---begin---",[NSThread currentThread]);
        //往RunLoop里面添加Source/Timer/Observer，这里如果不添加的话，Runloop会直接退出。因为RunLoop里边是空的
        [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:[[NSPort alloc] init] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
        while (weakSelf  && !weakSelf.stopped) {
            [[NSRunLoop currentRunLoop] runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate:[NSDate distantFuture]];
        }
//        [[NSRunLoop currentRunLoop] run];//这种开启方法开启了无限次循环，它专门用于开启一个永不销毁的线程，所以调用runloopStop也无法停止。如果想手动停止子线程，就不能调用 [[NSRunLoop currentRunLoop] run];
        NSLog(@"%@ ---end---",[NSThread currentThread]);
    }];
    [self.thread start];
}

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event{
    if(!self.thread) return;
    [self performSelector:@selector(test) onThread:self.thread withObject:nil waitUntilDone:YES];
}
//子线程需要执行的任务
- (void)test{
    NSLog(@"%s %@",__func__,[NSThread currentThread]);
}
//用于停止子线程的RunLoop
- (void)stop{
    //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__);
    //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(stop) onThread:self.thread withObject:nil waitUntilDone:YES];
}
@end

解决NSTimer在滑动时停止工作的问题

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    //不用RunLoop设置mode的话，在滑动tableview时，timer被停止，停止滚动之后才会继续工作。
    static int count = 0;
    NSTimer *timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:1.0 repeats:YES block:^(NSTimer * _Nonnull timer) {
        NSLog(@"%d",++count);
    }];
//设置如下的mode之后，定时器在拖拽tableview时不受影响
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode];
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:UITrackingRunLoopMode];
    
    //NSDefaultRunLoopMode、UITrackingRunLoopMode才是真正存在的模式
    //NSRunLoopCommonModes并不是一个真的模式，只是一个标记，timer能在_commonModes数组中存放的模式下工作,_commonModes数组中放着两种模式：NSDefaultRunLoopMode和UITrackingRunLoopMode
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];
}

监控应用卡顿
性能优化

线程的封装（创建一条可控制生命周期的线程）

LDPermenantThread.h文件
#import <Foundation/Foundation.h>

typedef void(^LDPermenantThreadTask)(void);

//这里创建的新类是继承自NSObject的，而不是NSThread的，之所以这样做，是不想外界能直接访问NSThread里边的一些方法，只想让它访问我给提供的接口。
@interface LDPermenantThread : NSObject
/*
 开启线程
 */
- (void)run;
/*
 在当前子线程执行一个任务
 */
- (void)executeTask:(LDPermenantThreadTask)task;
/*
 结束线程
 */
- (void)stop;
@end

LDPermenantThread.m文件
#import "LDPermenantThread.h"
/* LDThread 主要就是用来监听线程周期的,正式用的时候就不用这个类了，直接用NSThread就可以了，这个类在调试的时候监听是否能销毁就可以了**/
@interface LDThread : NSThread
@end
@implementation LDThread
- (void)dealloc{
    NSLog(@"%s",__func__);
}
@end

/*  LDPermenantThread **/
@interface LDPermenantThread ()
@property (nonatomic,strong) /*LDThread*/NSThread *innerThread;
@property (nonatomic,assign,getter =  isStopped) BOOL stopped;
@end
@implementation LDPermenantThread
#pragma mark - public methods
- (instancetype)init{
    if (self = [super init]) {
        self.stopped = NO;
        __weak typeof(self) weakSelf = self;
        self.innerThread = [[/*LDThread*/NSThread alloc] initWithBlock:^{
            [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:[[NSPort alloc] init] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
            while (weakSelf && !weakSelf.isStopped) {
                [[NSRunLoop currentRunLoop] runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate:[NSDate distantFuture]];
            }
        }];
    }
    return self;
}

- (void)run{
    if (!self.innerThread) return;
    [self.innerThread start];
}

- (void)executeTask:(LDPermenantThreadTask)task{
    if (!self.innerThread || !task) return;
    [self performSelector:@selector(__executeTask:) onThread:self.innerThread withObject:nil waitUntilDone:NO];
}

- (void)stop{
    if (!self.innerThread) return;
    [self performSelector:@selector(__stop) onThread:self.innerThread withObject:nil waitUntilDone:YES];
}
- (void)dealloc{
    NSLog(@"%s",__func__);
    [self stop];
}
#pragma mark - private methods
- (void)__stop{
    self.stopped = YES;
    CFRunLoopStop(CFRunLoopGetCurrent());
    self.innerThread = nil;
}
- (void)__executeTask:(LDPermenantThreadTask)task{
    task();
}
@end

ViewController.m文件
#import "ViewController.h"
#import "LDPermenantThread.h"
@interface ViewController ()
@property (nonatomic,strong) LDPermenantThread *thread;
@property (nonatomic,strong) UIButton *stopButton;
@end

@implementation ViewController
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    [self.view addSubview:self.stopButton];
    self.thread = [[LDPermenantThread alloc] init];
    [self.thread run];
}

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event{
    
    [self.thread executeTask:^{
        NSLog(@"执行任务 -  %@",[NSThread currentThread]);
    }];
}
//停止按钮的点击事件
- (void)stop{
    [self.thread stop];
}
- (void)dealloc{
    NSLog(@"%s",__func__);
}
- (UIButton *)stopButton{
    if (_stopButton == nil) {
        _stopButton = [UIButton buttonWithType:UIButtonTypeCustom];
        _stopButton.frame = CGRectMake(100, 100, 100, 50);
        [_stopButton setTitle:@"停止" forState:UIControlStateNormal];
        [_stopButton setTitleColor:[UIColor redColor] forState:UIControlStateNormal];
        [_stopButton addTarget:self action:@selector(stop) forControlEvents:UIControlEventTouchUpInside];
    }
    return _stopButton;
}
@end

上面的是用OC语言，那么用C语言怎么实现呢，init的代码如下：

- (instancetype)init{
    if (self = [super init]) {
        self.stopped = NO;
        __weak typeof(self) weakSelf = self;
        self.innerThread = [[/*LDThread*/NSThread alloc] initWithBlock:^{
            NSLog(@"begin ----");
            //创建上下文(要初始化一下结构体)
            CFRunLoopSourceContext context = {0};
            
            //创建source
            CFRunLoopSourceRef source = CFRunLoopSourceCreate(kCFAllocatorDefault, 0, &context);
            
            //往RunLoop中添加source
            CFRunLoopAddSource(CFRunLoopGetCurrent(), source, kCFRunLoopDefaultMode);
            
            //销毁source
            CFRelease(source);
            
            //启动
            while (weakSelf && !weakSelf.isStopped) {
                //第三个参数：returnAfterSourceHandled，设置为true，代表执行完source后就会退出当前loop
                CFRunLoopRunInMode(kCFRunLoopDefaultMode, 1.0e10, true);
            }
            //或者写成：
            CFRunLoopRunInMode(kCFRunLoopDefaultMode, 1.0e10, false);//这样就不需要stopped这个属性了。更精简了
            NSLog(@"end ----");
        }];
    }
    return self;
}

RunLoop

什么是RunLoop

RunLoop对象

RunLoop与线程

获取RunLoop对象

RunLoop相关的类

CFRunLoopModeRef

RunLoop的运行逻辑

RunLoop的运行逻辑

RunLoop休眠的实现原理

RunLoop在实际开发中的应用

线程的封装（创建一条可控制生命周期的线程）

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