RunLoop原理及应用

RunLoop原理及应用

RunLoop原理

一个形象的比喻来说明RunLoop      

        进程是一家工厂，线程是一个流水线，Run Loop就是流水线上的主管；当工厂接到商家的订单分配给这个流水线时，Run Loop就启动这个流水线，让流水线动起来，生产产品；当产品生产完毕时，Run Loop就会暂时停下流水线，节约资源。
        RunLoop管理流水线，流水线才不会因为无所事事被工厂销毁；而不需要流水线时，就会辞退RunLoop这个主管，即退出线程，把所有资源释放。

        RunLoop并不是iOS平台的专属概念，在任何平台的多线程编程中，为控制线程的生命周期，接收处理异步消息都需要类似RunLoop的循环机制实现，Android的Looper就是类似的机制。

Runloop定义

        当有持续的异步任务需求时，我们会创建一个独立的生命周期可控的线程。RunLoop就是控制线程生命周期并接收事件进行处理的机制。

        RunLoop是iOS事件响应与任务处理最核心的机制，它贯穿iOS整个系统。

RunLoop特性

• 主线程的RunLoop在应用启动的时候就会自动创建
• 其他线程则需要在该线程下自己启动
• 不能自己创建RunLoop
• RunLoop并不是线程安全的，所以需要避免在其他线程上调用当前线程的RunLoop
• RunLoop负责管理autorelease pools
• RunLoop负责处理消息事件，即输入源事件和计时器事件

RunLoop 对象

• iOS 中有 2 套 API 来访问和使用RunLoop：
  ① Foundation：NSRunLoop（是CFRunLoopRef的封装，提供了面向对象的 API）
  ② Core Foundation：CFRunLoopRef
• NSRunLoop和CFRunLoopRef都代表着RunLoop对象
• NSRunLoop不开源，而CFRunLoopRef是开源的：CFRunLoopRef 源码
• 获取RunLoop对象的方式：

    // Foundation[NSRunLoop mainRunLoop];     // 获取主线程的 RunLoop 对象[NSRunLoop currentRunLoop];  // 获取当前线程的 RunLoop 对象// Core FoundationCFRunLoopGetMain();     // 获取主线程的 RunLoop 对象CFRunLoopGetCurrent();  // 获取当前线程的 RunLoop 对象

RunLoop关键代码解析

1.通知 observers：RunLoop 要开始进入 loop 了。紧接着就进入 loop。代码如下：

//通知 observers
if (currentMode->_observerMask & kCFRunLoopEntry ) __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopEntry);
//进入 loop
result = __CFRunLoopRun(rl, currentMode, seconds, returnAfterSourceHandled, previousMode);

2.开启一个 do while 来保活线程。通知 Observers：RunLoop 会触发 Timer 回调、Source0 回调，接着执行加入的 block。代码如下：

// 通知 Observers RunLoop 会触发 Timer 回调
if (currentMode->_observerMask & kCFRunLoopBeforeTimers)__CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeTimers);
// 通知 Observers RunLoop 会触发 Source0 回调
if (currentMode->_observerMask & kCFRunLoopBeforeSources)__CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeSources);
// 执行 block
__CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode);

接下来，触发 Source0 回调，如果有 Source1 是 ready 状态的话，就会跳转到 handle_msg 去处理消息。代码如下

if (MACH_PORT_NULL != dispatchPort ) {Boolean hasMsg = __CFRunLoopServiceMachPort(dispatchPort, &msg)if (hasMsg) goto handle_msg;
}

3.回调触发后，通知 Observers：RunLoop 的线程将进入休眠（sleep）状态。代码如下：

Boolean poll = sourceHandledThisLoop || (0ULL == timeout_context->termTSR);
if (!poll && (currentMode->_observerMask & kCFRunLoopBeforeWaiting)) {__CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeWaiting);
}

4.进入休眠后，会等待 mach_port 的消息，以再次唤醒。

只有在下面四个事件出现时才会被再次唤醒：

• 基于 port 的 Source 事件；
• Timer 时间到；
• RunLoop 超时；
• 被调用者唤醒。

等待唤醒的代码：

do {__CFRunLoopServiceMachPort(waitSet, &msg, sizeof(msg_buffer), &livePort) {// 基于 port 的 Source 事件、调用者唤醒if (modeQueuePort != MACH_PORT_NULL && livePort == modeQueuePort) {break;}// Timer 时间到、RunLoop 超时if (currentMode->_timerFired) {break;}
} while (1);

唤醒时通知 Observer：RunLoop 的线程刚刚被唤醒了。代码如下：

if (!poll && (currentMode->_observerMask & kCFRunLoopAfterWaiting))__CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopAfterWaiting);

5.RunLoop 被唤醒后就要开始处理消息了：如果是 Timer 时间到的话，就触发 Timer 的回调；如果是 dispatch 的话，就执行 block；如果是 source1 事件的话，就处理这个事件。消息执行完后，就执行加到 loop 里的 block。代码如下

handle_msg:
// 如果 Timer 时间到，就触发 Timer 回调
if (msg-is-timer) {__CFRunLoopDoTimers(runloop, currentMode, mach_absolute_time())
} 
// 如果 dispatch 就执行 block
else if (msg_is_dispatch) {__CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__(msg);
} // Source1 事件的话，就处理这个事件
else {CFRunLoopSourceRef source1 = __CFRunLoopModeFindSourceForMachPort(runloop, currentMode, livePort);sourceHandledThisLoop = __CFRunLoopDoSource1(runloop, currentMode, source1, msg);if (sourceHandledThisLoop) {mach_msg(reply, MACH_SEND_MSG, reply);}
}

6.根据当前 RunLoop 的状态来判断是否需要走下一个 loop。当被外部强制停止或 loop 超时时，就不继续下一个 loop 了，否则继续走下一个 loop 。代码如下：

if (sourceHandledThisLoop && stopAfterHandle) {// 事件已处理完retVal = kCFRunLoopRunHandledSource;
} else if (timeout) {// 超时retVal = kCFRunLoopRunTimedOut;
} else if (__CFRunLoopIsStopped(runloop)) {// 外部调用者强制停止retVal = kCFRunLoopRunStopped;
} else if (__CFRunLoopModeIsEmpty(runloop, currentMode)) {// mode 为空，RunLoop 结束retVal = kCFRunLoopRunFinished;
}

处理流程图如下：

RunLoop机制

主线程 (有 RunLoop 的线程) 几乎所有函数都从以下六个之一的函数调起:

• CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION

        用于向外部报告 RunLoop 当前状态的更改，框架中很多机制都由 RunLoopObserver 触发，如 CAAnimation

• CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_BLOCK

        消息通知、非延迟的perform、dispatch调用、block回调、KVO

• CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE
• CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_TIMER_CALLBACK_FUNCTION

        延迟的perform, 延迟dispatch调用,定时器

• CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE0_PERFORM_FUNCTION

• 处理App内部事件、App自己负责管理（触发），如UIEvent、CFSocket。普通函数调用，系统调用

• CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE1_PERFORM_FUNCTION

        由RunLoop和内核管理，Mach port驱动，如CFMachPort、CFMessagePort

 

RunLoop输入源

按照同步异步分类

• 一种是来自另一个线程或者来自不同应用的异步消息；（不是当前线程触发的？）
• 另一种是来自预订时间或者重复间隔的同步事件。（本线程的事件？）

按照类型分类

Source0

触摸事件、performSelector:onThread:

Source1

基于Port的线程间的通信,系统事件的捕捉.

(两个线程之间相互传递消息的处理,系统事件捕捉,其实也包括触摸事件,只是把事件捕捉到以后传递给Source0).

Timer

NSTimer定时器,performSelector:withObject:afterDelay(这个方法的底层实现也就是NSTimer来实现的)

Observers

用于监听RunLoop的状态,UI的刷新(BeforeWaiting),Autorelease pool(BeforeWaiting)

(在RunLoop休眠之前都会去执行UI的刷新啊、Autorelease pool的释放等)

        在启动RunLoop之前，必须添加监听的输入源事件或者定时源事件，否则调用[runloop run]会直接返回，而不会进入循环让线程长驻。

如果没有添加任何输入源事件或Timer事件，线程会一直在无限循环空转中，会一直占用CPU时间片，没有实现资源的合理分配。

没有while循环且没有添加任何输入源或Timer的线程，线程会直接完成，被系统回收。

//错误做法
NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];
while (!self.isCancelled && !self.isFinished) {[runLoop runUntilDate:[NSDate dateWithTimeIntervalSinceNow:3]];
};
//正确做法
NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];
[runLoop addPort:[NSMachPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
while (!self.isCancelled && !self.isFinished) {@autoreleasepool {[runLoop runUntilDate:[NSDate dateWithTimeIntervalSinceNow:3]];}
}

RunLoop的运行模式

        RunLoop的运行模式共有5种，RunLoop只会运行在一个模式下，要切换模式，就要暂停当前模式，重写启动一个运行模式。每一种事件源添加进Runloop的时候

- kCFRunLoopDefaultMode, App的默认运行模式，通常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）
- kCFRunLoopCommonModes, 伪模式，不是一种真正的运行模式
- 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

RunLoop有很多种模式,对应的_currentMode只有一种.

CFRunLoopModeRef

1.CFRunLoopModeRef它是代表RunLoop的运行模式

2.一个RunLoop包含若干个Mode,每个Mode又包含若干个Source0/Source1/Timer/Observer

3.RunLoop启动时只能选择其中一个Mode,作为currentMode

4.如果需要切换Mode,只能退出当前RunLoop,再重新选择一个Mode进入

5.不同组的Source0/Source1/Timer/Observer能分割开来,互不影响

6.如果Mode里面没有任何Source0/Source1/Timer/Observer,RunLoop会立马退出

2.Source0和Source1区别：
Source0不能主动触发事件。Source0只有一个回调（函数指针），使用时先调用 CFRunLoopSourceSignal (source)将Source 标记为待处理，然后调用 CFRunLoopWakeUp (runloop) 唤醒 RunLoop，让RunLoop处理事件。
Source1 能主动唤醒 RunLoop 的线程。Source1有一个 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。

RunLoop 的六个状态

typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {kCFRunLoopEntry , // 进入 loopkCFRunLoopBeforeTimers , // 触发 Timer 回调kCFRunLoopBeforeSources , // 触发 Source0 回调kCFRunLoopBeforeWaiting , // 等待 mach_port 消息kCFRunLoopAfterWaiting ), // 接收 mach_port 消息kCFRunLoopExit , // 退出 loopkCFRunLoopAllActivities  // loop 所有状态改变
}

RunLoop的应用