iOS RunLoop理解

RunLoop概念

一个APP之所以能在程序运行起来不停止，就是RunLoop的原因，RunLoop就像一个死循环，等待处理外部手机操作，网络请求以及内部通讯等命令,其实RunLoop是管理线程的一种机制，这种机制不仅在iOS上有，在Node.js中的EventLoop，Android中的Looper，都有类似的模式。

RunLoop作用

一个RunLoop是一个事件处理环，系统利用这个事件处理环来安排事务，协调输入的各种事件。RunLoop的目的是让你的线程在有工作的时候忙碌，没有工作的时候休眠。
RunLoop 实际上就是一个对象，这个对象管理了其需要处理的事件和消息，并提供了一个入口函数来执行上面 Event Loop 的逻辑。线程执行了这个函数后，就会一直处于这个函数内部 “接受消息->等待->处理” 的循环中，直到这个循环结束（比如传入 quit 的消息），函数返回。

RunLoop和线程

RunLoop是为了线程而生，没有线程，它就没有存在的必要。RunLoop是线程的基础架构部分。线程和RunLoop之间是以键值对的形式一一对应的，其中key是thread，value是RunLoop。

RunLoop中API

CocoaTouch和CoreFundation都提供了Runloop对象方便配置和管理线程的RunLoop。OSX/iOS 系统中，提供了两个这样的对象：NSRunLoop 和 CFRunLoopRef。
CFRunLoopRef 是在 CoreFoundation 框架内的，它提供了纯 C 函数的 API，所有这些 API 都是线程安全的。
NSRunLoop 是基于 CFRunLoopRef 的封装，提供了面向对象的 API，但是这些 API 不是线程安全的。
CocoaTouch层面提供的API比较简单：
每个线程，包括程序的主线程都有与之相应的RunLoop对象。
主线程的RunLoop默认是启动的，通过[NSRunLoop mainRunLoop]获得。子线程的RunLoop如果要启动需要手动调用。在任何一个CocoaTouch程序的线程中，都可以通过NSRunLoop *runloop = [NSRunLoop currentRunLoop]来获取到当前线程的RunLoop。开启子线程RunLoop，可以使用[[NSRunLoop currentRunLoop]runUntilDate:[NSDate distantFuture]];
那么，开启的RunLoop什么时候销毁呢?答案是当该线程销毁时，该线程的RunLoop肯定被销毁或者RunLoop的mode为空的时候销毁，那么怎么判断mode为空呢？答案是该mode中没有observer,source,timer事件就为空。

CoreFundation层面提供的API相对更多一点：
在 CoreFoundation 里面关于 RunLoop 有5个类:
1.CFRunLoopRef
它只提供了两个自动获取的函数：CFRunLoopGetMain() 和 CFRunLoopGetCurrent()。

2.CFRunLoopModeRef
一个 RunLoop 包含若干个 Mode，每个 Mode 又包含若干个 Source/Timer/Observer。但是每次RunLoop运行时，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。这样做主要是为了分隔开不同组的 Source/Timer/Observer，让其互不影响。

3.CFRunLoopSourceRef
处理事件源。Source有两个版本：Source0 和 Source1。分别处理不同事件，Source0处理外部交互事件，Source1处理内部通信等事件。

4.CFRunLoopTimerRef
处理Timer事件。

5.CFRunLoopObserverRef
观察者，监听RunLoop不同状态。

typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
    kCFRunLoopEntry         = (1UL << 0), // 即将进入Loop
    kCFRunLoopBeforeTimers  = (1UL << 1), // 即将处理 Timer
    kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2), // 即将处理 Source
    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Loop
};

-(void)observerRunLoop
{
    //监听kCFRunLoopDefaultMode下的RunLoop状态
    CFRunLoopMode mode =kCFRunLoopDefaultMode;
    
    CFRunLoopObserverRef observer=CFRunLoopObserverCreateWithHandler(CFAllocatorGetDefault(), 0, YES, 0, ^(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity) {
        switch (activity) {
            case kCFRunLoopEntry:
                SDLog(@"RunLoop启动");
                break;
            case kCFRunLoopBeforeWaiting:
                SDLog(@"RunLoop即将休眠");
                break;
            case kCFRunLoopAfterWaiting:
                SDLog(@"RunLoop被唤醒");
                break;
            case kCFRunLoopBeforeTimers:
                SDLog(@"RunLoop即将处理Timers");
                break;
            case kCFRunLoopBeforeSources:
                SDLog(@"RunLoop即将处理Sources");
                break;
            case kCFRunLoopExit:
                SDLog(@"RunLoop退出");
                break;
                
            default:
                break;
        }
    });
    
    CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetCurrent(), observer, mode);
}

RunLoop关于mode的应用

RunLoop包含5中mode(模式)，每种模式接受不同的事件源。
a. kCFRunLoopDefaultMode: App的默认 Mode，通常主线程是在这个 Mode 下运行的。
b. 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。
c. 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。
d.GSEventReceiveRunLoopMode: 接受系统事件的内部 Mode，通常用不到。
e. kCFRunLoopCommonModes: 这是一个占位的 Mode，没有实际作用。

每种mode中又包含三种item(soures,observer,timer)，如果一个Mode中一个item都没有，则这个RunLoop会直接退出。我们的RunLoop要想工作，必须要让它存在一个Item(source,observer或者timer)，主线程之所以能够一直存在，并且随时准备被唤醒就是因为系统为其添加了很多item。

mode:最常见的两种模式，默认模式(空闲)NSDefaultRunLoopMode，UI模式UITrackingRunLoopMode，比如UI相关事件(滑动，点击等)，就是主线程RunLoop在UITrackingRunLoopMode模式下进行监视处理的。

1.例如：performSelector方法

//performSelector默认是在当前RunLoop的默认模式下执行方法
[self performSelector:@selector(test) withObject:self];
//可以通过performSelector指定RunLoop模式的方式解决RunLoop问题
    [self performSelector:@selector(test) withObject:self afterDelay:3 inModes:@[NSRunLoopCommonModes]];

2.例如：处理滑动时间和定时器冲突的问题

主线程调用timer，添加到NSDefaultRunLoopMode的RunLoop中，此时滑动scrollview,那么timer将停止打印，若添加到UITrackingRunLoopMode的RunLoop中,滑动scrollview，那么timer可以打印，但是不滑动时不打印。原因就是滑动时主线程RunLoop在UITrackingRunLoopMode模式下运行，timer如果放到该模式下就能检测到，如果放到NSDefaultRunLoopMode模式下就检测不到。如果想在两种模式下都检测到，就都需要添加，当然，iOS为我们提供了复合的Mode-NSRunLoopCommonModes，包含上述两种模式。
解决方法就是添加到NSRunLoopCommonModes。

NSTimer * timer=[NSTimer timerWithTimeInterval:1.0 repeats:YES block:^(NSTimer * _Nonnull timer) {
    }];
    
 [[NSRunLoop currentRunLoop]addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];
    
 [timer setFireDate:[NSDate distantPast]];

还有种解决办法，就是子线程执行timer，或者使用dispatch_source_set_timer在全局并行队列执行。

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        
        timer=[NSTimer timerWithTimeInterval:1.0 repeats:YES block:^(NSTimer * _Nonnull timer) {
            
            
        }];
        
        [[NSRunLoop currentRunLoop]addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];
        
        [timer setFireDate:[NSDate distantPast]];
        
       //注意要开启子线程的RunLoop，因为子线程RunLoop默认关闭

        [[NSRunLoop currentRunLoop]runUntilDate:[NSDate distantFuture]];
    });

timer=dispatch_source_t timer = dispatch_source_create(DISPATCH_SOURCE_TYPE_TIMER, 0, 0, dispatch_get_global_queue(0, 0));
    dispatch_source_set_timer(timer, DISPATCH_TIME_NOW, 1 * NSEC_PER_SEC, 0 * NSEC_PER_SEC);
    dispatch_source_set_event_handler(timer, ^{
        
    });
    dispatch_resume(timer);

3.开启常驻子线程

NSRunLoop提供了添加item的API,也可以通过添加item让子线程RunLoop活下来。

[NSRunLoop currentRunLoop]addTimer:(nonnull NSTimer *) forMode:(nonnull NSRunLoopMode)

[[NSRunLoop currentRunLoop]addPort:[[NSPort alloc]init] forMode:NSDefaultRunLoopMode];

[NSRunLoop currentRunLoop]addObserver:(nonnull NSObject *) forKeyPath:(nonnull NSString *) options:(NSKeyValueObservingOptions) context:(nullable void *):

例如：让一个子线程处理处理完一个任务之后，再处理另一个任务。

/*单纯使用线程间通讯是做不到的，因为子线程一旦执行完任务就销毁了啊，无法再被唤醒，除非使用该子线程常驻不被销毁。
*/
[self performSelector:@selector(test) onThread:子线程 withObject:nil waitUntilDone:YES]；

/*这样就可以考虑在子线程中开启该子线程RunLoop，并让RunLoop做任务让该子线程保持存活，那么做什么任务呢，根据之前的知识，可以是source事件，可以是timer事件，也可以是observer，推荐使用基于端口的source0事件。
*/
    NSRunLoop *runloop=[NSRunLoop currentRunLoop];
    [runloop addPort:[NSPort port]forMode:NSDefaultRunLoopMode];
    [runloop run];

RunLoop的内部逻辑

RunLoop_1.png

RunLoop循环内部会不断创建和销毁自动释放池处理一些垃圾数据(使用过的变量等)
自动释放池第一次创建：当RunLoop启动时
自动释放池最后一次销毁：当RunLoop销毁时
自动释放池其他时间创建和销毁：当RunLoop即将进入休眠的时候，释放之前的自动释放池(回收数据)，创建新的自动释放池。

RunLoop在常用SDK中应用场景

AFNetworking(相当于一个线程常驻的方式)
这个类是基于 NSURLConnection 构建的，其希望能在后台线程接收 Delegate 回调。为此 AFNetworking 单独创建了一个线程，并在这个线程中启动了一个 RunLoop：

+ (void)networkRequestThreadEntryPoint:(id)__unused object {
    @autoreleasepool {
        [[NSThread currentThread] setName:@"AFNetworking"];
        NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];
        [runLoop addPort:[NSMachPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
        [runLoop run];
    }
}
 
+ (NSThread *)networkRequestThread {
    static NSThread *_networkRequestThread = nil;
    static dispatch_once_t oncePredicate;
    dispatch_once(&oncePredicate, ^{
        _networkRequestThread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(networkRequestThreadEntryPoint:) object:nil];
        [_networkRequestThread start];
    });
    return _networkRequestThread;
}
RunLoop 启动前内部必须要有至少一个 Timer/Observer/Source，所以 AFNetworking 在 [runLoop run] 之前先创建了一个新的 NSMachPort 添加进去了。通常情况下，调用者需要持有这个 NSMachPort (mach_port) 并在外部线程通过这个 port 发送消息到 loop 内；但此处添加 port 只是为了让 RunLoop 不至于退出，并没有用于实际的发送消息。

据说使用NSURLConnection的老前辈都需要通过RunLoop调试子线程的网络回调。

PerformSelecter
当调用 NSObject 的 performSelecter:afterDelay: 后，实际上其内部会创建一个 Timer 并添加到当前线程的 RunLoop 中。所以如果当前线程没有 RunLoop，则这个方法会失效。
当调用 performSelector:onThread: 时，实际上其会创建一个 Timer 加到对应的线程去，同样的，如果对应线程没有 RunLoop 该方法也会失效。

AsyncDisplayKit
ASDK 仿照 QuartzCore/UIKit 框架的模式，实现了一套类似的界面更新的机制：即在主线程的 RunLoop 中添加一个 Observer，监听了 kCFRunLoopBeforeWaiting 和 kCFRunLoopExit 事件，在收到回调时，遍历所有之前放入队列的待处理的任务，然后一一执行。

参考文章：https://blog.ibireme.com/2015/05/18/runloop/