教你如何轻松搞定 Runloop

认识 Runloop

• Runloop 就是运行循环，如果没有 Runloop，程序一运行就会退出，有 Runloop 就相当于在程序内部开了一个死循环
• 在 iOS 开发中，有两套 API 可以访问 Runloop：NSRunloop 和 CFRunloopRef，它们是等价的，可以相互转换
• NSRunloop 是基于 CFRunloopRef 的 OC 包装
• 参考资料：苹果官方文档、CFRunloopRef 源码

Runloop 的本质

• Mach 是 XNU 的内核，进程、线程和虚拟内存等对象通过端口发消息进行通信，Runloop 通过 mach_msg() 函数发送消息
• 如果没有 port 消息，内核会将线程置于等待状态 mach_msg_trap()
• 如果有消息，判断消息类型处理事件，并通过 modeItem 的 callback 进行回调

Runloop 的作用

• 保证程序的持续运行
• 处理 APP 中的各类事件
• 节省 CPU 资源，提高程序性能（有事情就做，没事情就休息）

Runloop 与线程的关系

• Runloop 与线程一一对应
• 主线程中的 Runloop 在程序运行时已经创建并启动了
• 子线程中的 Runloop 需要我们手动创建并开启
• Runloop 在线程结束时，也会销毁

获取 Runloop 对象

• 获取主线程 Runloop 对象

NSRunLoop *mainRL = [NSRunLoop mainRunLoop];
CFRunLoopRef mainRLRef = CFRunLoopGetMain();

• 获取当前线程 Runloop 对象

NSRunLoop *currentRL = [NSRunLoop currentRunLoop];
CFRunLoopRef currentRlRef = CFRunLoopGetCurrent();

• 通过子线程创建 Runloop

NSRunLoop *curRunloop = [NSRunLoop currentRunLoop];

这个方法本身是懒加载的，如果是第一次调用该方法，那么就创建子线程对应的 Runloop。

• 补充：Runloop 对象是利用字典进行存储的，key 值对应线程对象，value 值对应该线程的 Runloop，在子线程中 Runloop 不会自动创建。

Runloop 的相关类

与 Runloop 相关的共有五个类：CFRunLoopRef、CFRunLoopModeRef、CFRunLoopTimerRef、CFRunLoopSourceRef、CFRunLoopObserverRef

Runloop 五个相关类之间的关系

1. CFRunLoopRef（ Runloop 对象）

   • Runloop 对象就是 Runloop 本身

2. CFRunLoopModeRef（ Runloop 的运行模式）

   • 一个 Runloop 包含若干个 Mode，而每个 Mode 又包含若干个 Source/Timer/Observer，每次 RunLoop 启动时，只能指定其中一个 Mode，这个 Mode 被称作 CurrentMode。如果需要切换 Mode，只能退出 Loop，再重新指定一个 Mode 进入，这样就可以分隔开不同组的 Source/Timer/Observer，让其互不影响。
   • Mode 的分类，系统默认注册了 5 个 Mode：
     • kCFRunLoopDefaultMode：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
     • UIInitializationRunLoopMode: 在刚启动 App 时进入的第一个 Mode，启动完成后就不再使用
     • GSEventReceiveRunLoopMode: 接受系统事件的内部 Mode，通常用不到
     • kCFRunLoopCommonModes: 占位用的 Mode，不是一种真正的 Mode，就相当于 KCFRunLoopDefaultMode 和 UITrackingRunLoopMode的合体

3. CFRunLoopTimerRef（ Timer 事件）

   • 基于时间的触发器，基本等同于 NSTimer
   • NSTimer 在各种模式下的运行效果

   [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:2.0 target:self selector:@selector(run) userInfo:nil repeats:YES];
   

   以上 scheduledTimerWithTimeInterval 方法内部默认把创建的定时器对象添加到当前的 Runloop 中，并且指定运行模式为 NSDefaultRunLoopMode

   NSTimer *timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:2.0 target:self selector:@selector(run) userInfo:nil repeats:YES];
   [[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];
   

   以上 timerWithTimeInterval 方法创建定时器，如果想要定时器工作，还需要添加到 Runloop 中，并指定运行模式

   • 注意：当 Runloop 切换到非指定模式，定时器就会停止工作

4. CFRunLoopSourceRef（ Runloop 要处理的事件源）

   • 事件源也就是输入源，只需要对它的分类有所了解就可以了
   • 以前的分法（根据官方文档）
     • Port-Based Sources（基于端口的源）
     • Custom Input Sources（自定义输入源）
     • Cocoa Perform Selector Sources（可执行选择器源）
   • 现在的分法（基于函数的调用栈）
     • Source0：非基于 Port 的（用户操作事件）
     • Source1：基于 Port 的（系统事件）

5. CFRunLoopObserverRef（ Runloop 的监听者）

   • 主要用于监听 Runloop 的状态

   • Runloop 的状态主要有：

     typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
         kCFRunLoopEntry = (1UL << 0),   //即将进入 Runloop
         kCFRunLoopBeforeTimers = (1UL << 1),    //即将处理 NSTimer
         kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2),   //即将处理 Sources
         kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5),   //即将进入休眠
         kCFRunLoopAfterWaiting = (1UL << 6),    //刚从休眠中唤醒
         kCFRunLoopExit = (1UL << 7),            //即将退出 Runloop
         kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU   //所有状态改变
     };
     

   • 实现 Runloop 的监听

     //创建监听对象，当 Runloop 的状态改变时就会调用该方法
     CFRunLoopObserverRef observer =   CFRunLoopObserverCreateWithHandler(CFAllocatorGetDefault(), kCFRunLoopAllActivities, YES, 0, ^(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity) {
         switch (activity) {
             case kCFRunLoopEntry:
                 NSLog(@"进入runloop");
                 break;
             case kCFRunLoopBeforeTimers:
                 NSLog(@"即将处理time事件");
                 break;
             case kCFRunLoopBeforeSources:
                 NSLog(@"即将处理source事件");
                 break;
             case kCFRunLoopBeforeWaiting:
                 NSLog(@"即将休眠");
                 break;
             case kCFRunLoopAfterWaiting:
                 NSLog(@"runloop被唤醒");
                 break;
             case kCFRunLoopExit:
                 NSLog(@"runloop退出");
                 break;
             default:
                 break;
         }
     });
     //设置监听
     CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetCurrent(), observer, kCFRunLoopDefaultMode);
     

Runloop 的启动

1. 选择一个运行模式，且只能选择一个
2. 判断当前选择的运行模式是否为空
3. 检查当前运行模式里面是否有 Source 或 Timer，如果都没有，则 Runloop 立即退出
4. 至少有 Source 或 Timer 中的任意一个，则 Runloop 开启
5. 在检查的时候不会检查 Observer

Runloop 的运行处理逻辑

Runloop 的运行处理逻辑

• 在运行 Runloop 时，RUnloop 会自动处理之前未处理的消息，并通知相关的监听者，具体的处理逻辑如下：
  1. 通知观察者 Runloop 已经启动
  • 通知观察者即将要开始的定时器
  • 通知观察者即将启动的非基于端口的源
  • 启动已经准备好的非基于端口的源
  • 如果有基于端口的源并处于等待状态，立即启动，跳到第九步
  • 通知观察者 Runloop 进入休眠
  • Runloop 进入休眠，等待发生以下事件时唤醒
    • 有事件到达基于端口的源
    • 定时器启动
    • Runloop 超时
    • Runloop 被外界手动唤醒
  • 通知观察者，线程刚被唤醒
  • 处理唤醒时收到的消息，之后跳到第二步
    • 如果有用户定义的定时器启动，处理定时器事件并重启 Runloop
    • 如果输入源启动，传递相应的信息
    • 如果 Runloop 被外界手动唤醒且未超时，重启 Runloop
  • 通知观察者，Runloop 即将结束

Runloop 的应用

• 常驻线程

  • 在子线程中创建一个 Runloop
  • 需要至少指定 Runloop 的 Source 或者 Timer 中的任意一个（一般情况下指定 Source，比较简单）
  • 需要指定 Runloop 的运行模式（保证 Runloop 不退出）
  • 需要手动开启 Runloop

  //线程常驻
  //创建子线程
  -(IBAction)createThread:(id)sender {
      NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];
      [thread start];
      self.thread = thread;
  }
  //继续执行任务
  -(IBAction)goOn:(id)sender {
      NSLog(@"继续执行任务");
      //线程间的通信
      [self performSelector:@selector(goOnRun) onThread:self.thread withObject:nil waitUntilDone:YES];
  }
  -(void)run {
      NSLog(@"run --- %@", [NSThread currentThread]);
      NSRunLoop *curRunloop = [NSRunLoop currentRunLoop];
      [curRunloop addPort:[NSPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
      [curRunloop run];
  }
  -(void)goOnRun {
      NSLog(@"goOnRun --- %@", [NSThread currentThread]);
  }
  

• imageView 的显示

  • 控制方法在特定模式下可用

  [self.imageView performSelector:@selector(setImage:) withObject:[UIImage imageNamed:@"Snip2016"] afterDelay:3.0];
  

  以上方法默认添加到当前的 Runloop 中，并且指定运行模式为默认 KCFRunLoopDefaultMode，如果 Runloop 切换运行模式，则图片不会加载到 imageView 上。

  [self.imageView performSelector:@selector(setImage:) withObject:[UIImage imageNamed:@"Snip2016"] afterDelay:3.0 inModes:@[NSRunLoopCommonModes]];
  

  以上方法添加到当前 Runloop 中，且指定运行模式为 NSRunLoopCommonModes

• 自动释放池

  • 进入 Runloop 的时候第一次创建
  • 退出 Runloop 的时候最后一次释放（超时或线程销毁）
  • 其他时候的创建与释放
    • 当 Runloop 即将休眠的时候会把之前的自动释放池释放，再重新创建一个新的自动释放池

void msg(int n)
{
        NSLog(@"runloop被唤醒");
        NSLog(@"runloop处理事件---%zd",n);
}
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
         NSLog(@"runloop启动了");
        
            do {
                NSLog(@"runloop询问，还有事情需要我处理吗？");
                NSLog(@"没有事情的话，我就睡觉了");
                NSLog(@"runloop进入到休眠");
          
                int number = 0;
                scanf("%zd",&number);
                msg(number);
            
            } while (1);
        }
        return 0;
}