iOS面试题（二十六）RunLoop

8.RunLoop

• 什么是RunLoop?(RunLoop的实现机制？剖析RunLoop的源码)
• 数据结构  （Mode/Source/Timer/Observer ）
• 事件循环机制（RunLoop有事做事，没事休息是由事件循环机制来维护的）
• RunLoop与NSTimer之间的关系是怎样的？（我们在使用NSTimer的时候，应该怎样考虑和RunLoop的关系，包括RunLoop所带来的影响）
• RunLoop与多线程之间有什么关系？（如何通过RunLoop来实现常驻线程？）

什么是RunLoop?

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。

事件循环是什么呢?

• 没有消息处理时，进入休眠以避免资源占用
• 有消息时，立刻被唤醒

runloop循环不是单纯的for...while循环,而是发生一个用户态到内核态切换,以及内核态到用户态的一个切换
它维护的事件循环,可以用来不断的处理消息或者事件,对他们进行管理
当没有消息进行处理时,会从用户态经过系统调用进入到内核态,由此可以用来当前进程/线程的休眠,会把控制权交给内核态，避免资源占用
当有消息需要处理时,会发生从内核态到用户态的切换,当前的用户线程会被唤醒
所以说,状态切换才是Runloop的关键
 

关于用户态和内核态

• 用户态:
  应用程序一般都是运行在用户态上,用户进程,包括我们开发所使用的绝大多数API,都是针对用户层面的
• 内核态:
  在内核态往往有些陷阱指令,中断,以及一些开机关机的操作
  并且内核态里面的一些内容,可以对用户态中的一些线程进行调度和管理,包括进程间的通信

何时切换:

• 当我们发生了系统调用,需要使用到操作系统以及一些底层内核相关的指令或者API时,就会触发系统调用，有些系统调用就会发生一个状态空间的切换，

为什么区分状态:

• 之所以通过切换空间来区分出了用户态和内核态,是对计算机的资源调度,资源管理进行一个统一操作,就可以合理安排资源调度,避免特殊的异常（比如说在内核态，有一些陷阱指令、中断、开机关机的操作）
• 试想下,如果每一个用户进程,或者说一个APP,都可以促使当前用户手机关机或者中断,就无法想象了.....

什么是事件循环？（总结）：

• 维护的事件循环,可以用来不断的处理消息或者事件,对他们进行管理。
• 同时当没有消息进行处理时,会从用户态发生到内核态的切换,由此可以用来当前线程的休眠,避免资源占用
  当有消息需要处理时,会发生从内核态到用户态的切换,当前的用户线程会被唤醒
• 所以说,状态切换才是Runloop的关键

入口函数：

在我们程序中,默认是从主函数进行程序启动
按说在main函数里,顺着执行体代码,进行依次执行,最后main函数就会退出,我们的程序也会随之退出
main函数为何能保持不退出?
在main函数中,会调用UIApplicationMain函数,
在内部会启动主线程的Runloop,可以不断的接收消息,比如点击屏幕事件,滑动列表以及处理网络请求的返回等
接收消息后对事件进行处理,处理完之后,就会继续等待
Runloop是对事件循环的一种维护机制，可以做到在有事做的时候做事，没有事情的时候会通过用户态发生到内核态的切换,避免资源占用，当前线程处于休眠的状态。

RunLoop的数据结构

在 OC 中实际提供了两个 RunLoop 的
一个是 NSRunLoop
一个是 CFRunLoop
NSRunLoop 是对 CFRunLoop 的封装，提供了一些面向对象的 API
NSRunLoop 是位于 Foundation 当中的，CFRunLoop 位于 CoreFoundation 当中的

RunLoop 的数据结构主要有三个

• CFRunLoop
• CFRunLoopMode
• Source/Timer/Observer

CFRunLoop

struct __CFRunLoop {
    CFRuntimeBase _base;
     ...
   
    /*C级别的一个线程对象 , RunLoop和线程是一一对应的关系*/
    pthread_t _pthread; 
    
    /*数据结构：NSMutableSet
      RunLoop当前所处的模式mode，其实是CFRunLoopMode的数据结构,
    */
    CFRunLoopModeRef _currentMode;
    
     /*多个mode的集合，从数据结构看出，
        RunLoop和它的mode是一对多的关系    
     */
    CFMutableSetRef _modes;

    /*也是一个集合里面都是字符串，
     有别于_modes里面的元素CFRunLoopModeRef
    */
    CFMutableSetRef _commonModes; 
    /*
     也是一个集合，包含多个Observer(观察者)、Timer、Source。
     我们可以为RunLoop添加Observer(观察者)，包括Timer、Source都可以提交到某一个RunLoop对应的
     某一个_currentMode上面。
    */
    CFMutableSetRef _commonModeItems;
   
};

CFRunLoopMode具体的成员变量

struct __CFRunLoopMode {
    CFStringRef _name;            // Mode Name, 例如 @"kCFRunLoopDefaultMode"
    CFMutableSetRef _sources0;    // 结构 
    CFMutableSetRef _sources1;    // Set
    CFMutableArrayRef _observers; // Array
    CFMutableArrayRef _timers;    // Array
    ...
};

CFRunLoopSource

在 CF 框架当中官方名称叫 CFRunLoopSource ，有两种 source0 和 source1
唤醒线程就是从内核态切换到用户态

CFRunLoopTimer

和平时所使用的 NSTimer 是具备免费桥转换的

CFRunLoopObserver

观测时间点

• KCFRunLoopEntry
• KCFRunLoopBeforeTimers
• KCFRunLoopBeforeSources
• KCFRunLoopBeforeWaiting
• KCFRunLoopAfterWaiting
• KCFRunLoopExit

可以通过注册一些 Observer 来实现对 RunLoop 的一些相关时间点的监测或者观察

问：我们可以监听 RunLoop 哪些时间点？

• RunLoop 的入口事迹，当 RunLoop 准备启动的时候系统会给我们一个回调通知，这个通知掉 CFRunLoopEntry
• 代表的含义：通知观察者 RunLoop 将要对 Timer 一些相关事件进行处理了
• 代表将要处理一些 Source 事件
• 通知对应观察者，当前 RunLoop 将要进入休眠状态，这个通知或者说观测点是非常重要的一个观测点，在 RunLoop 发送这个通知的时候，即将要发生用户态到内核态的切换
• 这也是一个重要的观测点，这个通知发出的时机恰好是从内核态切换到用户态之后的不久之间
• 代表 RunLoop 退出的通知

各个数据之间的关系

RunLoop 的 Mode

一个 RunLoop 可以对应多个 mode，每个 mode 当中又可以有多个 Sources1，Timers，Observers
当 RunLoop 运行在某一个 mode 上的时候，比如说运行在 mode1 上面，这个时候如果 mode2 当中某一个 timer 事件或者 Observe 事件回调了，这个时候是没有办法接收对应 mode2 当中所回调过来的事件，这就 RunLoop 有多个 mode 的原因，实际上起到的就是一个屏蔽的效果，当运行到 mode1 上时，只能接收处理 mode1 当中的 Sources1，Timers，Observers

思考：一个 Timer 要想同时加入到两个 mode 里面，需要怎么做？如果说这个 Timer 既想要它在 mode1 上可以正常运行，在每一个事件回调中做正常的处理，在 mode2 上也需要做相应的处理和事件的回调接收

系统提供了添加到两个 mode 的机制的，这样可以保证当 RunLoop 发生 mode 切换的时候也可以让对应的 Timer 等事件正常处理接收

这实际上就涉及到了 CommonMode（CommonMode 的特殊性）：

CommonMode 本身是有它的特殊性的，CommonMode 并不是一个实际存在的模式，在 OC 当中经常会通过 NSRunLoopCommonModes 字符串常量来表达 CommonMode
CommonMode 本身和 defaultMode 是有区分的，调用一个线程运行在 CommonMode 上面和运行在具体的 defaultMode 上是有区别的

这里有个概念叫 “CommonModes”：一个 Mode 可以将自己标记为”Common”属性（通过将其 ModeName 添加到 RunLoop 的 “commonModes” 中）。每当 RunLoop 的内容发生变化时，RunLoop 都会自动将 _commonModeItems 里的 Source/Observer/Timer 同步到具有 “Common” 标记的所有Mode里。
应用场景举例：主线程的 RunLoop 里有两个预置的 Mode：kCFRunLoopDefaultMode 和 UITrackingRunLoopMode。这两个 Mode 都已经被标记为”Common”属性。DefaultMode 是 App 平时所处的状态，TrackingRunLoopMode 是追踪 ScrollView 滑动时的状态。当你创建一个 Timer 并加到 DefaultMode 时，Timer 会得到重复回调，但此时滑动一个TableView时，RunLoop 会将 mode 切换为 TrackingRunLoopMode，这时 Timer 就不会被回调，并且也不会影响到滑动操作。
有时你需要一个 Timer，在两个 Mode 中都能得到回调，一种办法就是将这个 Timer 分别加入这两个 Mode。还有一种方式，就是将 Timer 加入到顶层的 RunLoop 的 “commonModeItems” 中。”commonModeItems” 被 RunLoop 自动更新到所有具有”Common”属性的 Mode 里去。

总结：
什么是RunLoop?它是怎么做到有事做事，没事休息的？
1、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。
2、程序运行会调用main函数，在main函数里面调用UIApplicationMain，UIApplicationMain函数会启动主线程的runloop。
3、runloop运行后，会调用系统方法mach_msg()，会使得程序从用户态变成核心态，此时线程处于休眠状态。
4、当有外界条件变化(Source/Timer/Observer)，mach_msg会使得程序从核心态变成用户态，此时线程处于活跃状态。

RunLoop与线程是怎么样的关系

1、RunLoop与线程是一一对应的关系。
2、一个线程默认是没有runloop的(主线程除外)，我们需要为它手动创建。

问题13、如何实现一个常驻线程

• 为当前线程开启一个RunLoop
  可以通过[CFRunLoop getCurrent]或者 [NSRunLoop currentRunLoop]来创建,因为获取RunLoop这个方法本身会查找,如果当前线程没有runloop,会在系统内部为我们创建
• 向该RunLoop中添加一个port / Source等维护RunLoop的事件循环
  RunLoop如果没有事件需要处理的话,默认情况下,是不能自己维持事件循环,会直接退出,所以需要添加port / Source来维持事件循环机制
• 启动该RunLoop
  调用run方法
• 运行的模式和上面添加资源的模式必须是同一个，否则会因为外部使用个while循环就导致死循环。

#import "MCObject.h"

@implementation MCObject
//定义两个k静态全局变量

// 自定义线程
static NSThread *thread = nil;
// 标记当前线程是否要继续事件循环
static BOOL runAlways = YES;

+ (NSThread *)threadForDispatch{
    if (thread == nil) {
        @synchronized(self) {
            if (thread == nil) {//采用线程安全的方式去创建thread,入口方法为runRequest
                // 线程的创建
                thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(runRequest) object:nil];
                [thread setName:@"com.imooc.thread"];
                // 启动
                [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);
    
    // 为thread线程创建RunLoop，同时向RunLoop的DefaultMode下面添加Source
    CFRunLoopAddSource(CFRunLoopGetCurrent(), source, kCFRunLoopDefaultMode);
    
    //while循环维持RunLoop的事件循环
    // 如果可以运行
    while (runAlways) {
        //确保每次yRunLoop运行一圈的时候能够对内存进行释放
        @autoreleasepool {
            /* 令当前RunLoop运行在DefaultMode下面,注意这个运行的mode和上面添加资源的mode必须是同一个mode
               否则把事件源添加到另一个mode上,而运行的defaultMode下,是无法维持运行的
               函数内部会调用mach_msg,发生由用户态到核心态的切换,当前线程就会休眠,就停在里面,不是死循环
               1.0e10是让循环运行到指定时间退出,这个代表很久远的时间
               true代表资源被处理后是否马上返回
             */
            CFRunLoopRunInMode(kCFRunLoopDefaultMode, 1.0e10, true);
        }
    }
    
    // 如果Runloop的mode中没有对应的事件源可以处理,runloop就会自动退出
    // 所以我们在某一时机 将source移除,静态变量runAlways = NO时 可以保证跳出RunLoop，线程退出并s释放掉
    CFRunLoopRemoveSource(CFRunLoopGetCurrent(), source, kCFRunLoopDefaultMode);
    CFRelease(source);
}

@end

问题14、怎样保证子线程数据回来更新UI的时候，不打断用户的滑动操作？

在用户进行滑动的过程中,当前的RunLoop运行在UITrackingRunLoopMode模式下,
而我们一般对网络请求是放在子线程中,子线程返回给主线程的数据要抛给主线程用来更新UI,
可以把这部分逻辑包装起来,提交到主线程的default模式下,这样的话,当用户滑动时,default模式下的任务不会执行,
当用户手停止时,mode就切换到了default模式下,就会处理子线程的数据了,这样就不会打断用户的滑动操作了

 

1、把子线程抛给主线程进行UI更新的逻辑，可以包装起来，提交到主线程的NSDefaultRunLoopMode模式下面。
2、因为用户滑动操作是在UITrackingRunLoopMode模式下进行的。

//参考代码事件
[self.tableView performSelectorOnMainThread:@selector(setImage:) withObject:image waitUntilDone:NO modes:@[NSDefaultRunLoopMode]];