runloop、自动释放池、线程、GCD

runloop

runloop是用来处理事件的循环。NSRunloop是CFRunloop的封装，CFRunloop是一套C接口，源码地址。
runloop处理消息的流程是“接收消息->恢复活跃->处理消息->进入休眠”。

runloop作用

• 保持程序持续运行,程序一启动就会开一个主线程，主线程一开起来就会跑一个主线程对应的RunLoop,RunLoop保证主线程不会被销毁，也就保证了程序的持续运行
• 处理App中的各种事件(比如：触摸事件，定时器事件，Selector事件等）
• 节省CPU资源，提高程序性能，程序运行起来时，当什么操作都没有做的时候，RunLoop就告诉CPU，现在没有事情做，我要去休息，这时CPU就会将其资源释放出来去做其他的事情，当有事情做的时候RunLoop就会立马起来去做事情。

runloop的构成

• CFRunLoopRef //runloop对象
  • CFRunLoopModeRef//运行模式
    • CFRunLoopSourceRef
    • CFRunLoopTimerRef
    • CFRunLoopObserverRef

它的结构关系如下

struct __CFRunLoop {
     pthread_t _pthread;//线程
    CFMutableSetRef _commonModes;     // commonModes下的两个mode（kCFRunloopDefaultMode和UITrackingMode）
    CFMutableSetRef _commonModeItems; // 在commonModes状态下运行的对象（例如Timer）
    CFMutableSetRef _modes;           // 运行的所有模式（CFRunloopModeRef类）
    CFRunLoopModeRef _currentMode;//在当前loop下运行的mode
    ...
};

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

CFRunLoopModeRef

一个RunLoop包含了多个Mode，每个Mode又包含了若干个Source/Timer/Observer。每次调用 RunLoop的主函数时，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Mode中的Source/Timer/Observer，让其互不影响。下面是5种Mode。

• kCFDefaultRunLoopMode 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时第进入的第一个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 这是一个占位用的Mode，不是一种真正的Mode

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。

sources0和_sources1

(1)以前的分法
Port-Based Sources
Custom Input Sources
Cocoa Perform Selector Sources
(2)现在的分法：
Source0 : 触摸事件，PerformSelectors，非基于Port的
Source1 : 基于Port的线程间通信，基于Port的

_timers

定时执行的定时器,底层基于使用mk_timer实现,受RunLoop的Mode影响（GCD的定时器不受RunLoop的Mode影响），当其加入到 RunLoop 时，RunLoop会注册对应的时间点，当时间点到时，RunLoop会被唤醒以执行那个回调。如果线程阻塞或者不在这个Mode下，触发点将不会执行，一直等到下一个周期时间点触发。

timer和source1（也就是基于port的source）可以反复使用，比如timer设置为repeat，port可以持续接收消息，而source0在一次触发后就会被runloop移除。

_observers

添加监听的方法:

添加监听

监听返回的状态:

enum CFRunLoopActivity {
    kCFRunLoopEntry              = (1 << 0),    // 即将进入Loop   
    kCFRunLoopBeforeTimers      = (1 << 1),    // 即将处理 Timer        
    kCFRunLoopBeforeSources     = (1 << 2),    // 即将处理 Source  
    kCFRunLoopBeforeWaiting     = (1 << 5),    // 即将进入休眠     
    kCFRunLoopAfterWaiting      = (1 << 6),    // 刚从休眠中唤醒   
    kCFRunLoopExit               = (1 << 7),    // 即将退出Loop  
    kCFRunLoopAllActivities     = 0x0FFFFFFFU  // 包含上面所有状态  
};

runloop流程

runloop流程

runloop与线程

线程和 RunLoop 之间是一一对应的，其关系是保存在一个全局的 Dictionary 里。线程刚创建时并没有 RunLoop，如果你不主动获取，那它一直都不会有。RunLoop 的创建是发生在第一次获取时，RunLoop 的销毁是发生在线程结束时。你只能在一个线程的内部获取其 RunLoop（主线程除外）。

runloop与GCD

• runLoop 的超时时间就是使用 GCD 中的 dispatch_source_t来实现的
• 执行GCD MainQueue 上的异步任务
  runloop用到了GCD，当调用 dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), block) 时，libDispatch 会向主线程的 RunLoop 发送消息，RunLoop会被唤醒，并从消息中取得这个 block，并在回调 CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE() 里执行这个 block。但这个逻辑仅限于 dispatch 到主线程，dispatch 到其他线程仍然是由 libDispatch 处理的。

runloop与自动释放池

苹果在主线程 RunLoop 里注册了两个 Observer：
第一个 Observer 监视的事件是 Entry(即将进入Loop)，其回调内会调用 _objc_autoreleasePoolPush() 创建自动释放池。其 order 是-2147483647，优先级最高，保证创建释放池发生在其他所有回调之前。
第二个 Observer 监视了两个事件： BeforeWaiting(准备进入睡眠) 和 Exit(即将退出Loop)，
BeforeWaiting(准备进入睡眠)时调用_objc_autoreleasePoolPop() 和 _objc_autoreleasePoolPush() 释放旧的池并创建新池；
Exit(即将退出Loop) 时调用 _objc_autoreleasePoolPop() 来释放自动释放池。这个 Observer 的 order 是 2147483647，优先级最低，保证其释放池子发生在其他所有回调之后。

Runloop的作用

NSTimer

方式一

[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];

方式二

     NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(newThread) object:nil];
    [thread start];

- (void)newThread{
    @autoreleasepool{
        //在当前Run Loop中添加timer，模式是默认的NSDefaultRunLoopMode
        timer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1 target:self selector:@selector(incrementCounter:) userInfo: nil repeats:YES];
        //开始执行新线程的Run Loop，如果不启动run loop，timer的事件是不会响应的
        [[NSRunLoop currentRunLoop] run];
    }  
}

自动释放池

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。

事件响应

苹果注册了一个 Source1 (基于 mach port 的) 用来接收系统事件，其回调函数为 __IOHIDEventSystemClientQueueCallback()。

当一个硬件事件(触摸/锁屏/摇晃等)发生后，首先由 IOKit.framework 生成一个 IOHIDEvent 事件并由 SpringBoard 接收。

这个过程的详细情况可以参考这里。

SpringBoard 只接收按键(锁屏/静音等)，触摸，加速，接近传感器等几种 Event，随后用 mach port 转发给需要的App进程。

随后苹果注册的那个 Source1 就会触发回调，并调用_UIApplicationHandleEventQueue() 进行应用内部的分发。

_UIApplicationHandleEventQueue() 会把 IOHIDEvent 处理并包装成 UIEvent 进行处理或分发，其中包括识别 UIGesture/处理屏幕旋转/发送给 UIWindow 等。通常事件比如 UIButton 点击、touchesBegin/Move/End/Cancel 事件都是在这个回调中完成的。

手势识别

当上面的 _UIApplicationHandleEventQueue() 识别了一个手势时，其首先会调用 Cancel 将当前的 touchesBegin/Move/End 系列回调打断。

随后系统将对应的 UIGestureRecognizer 标记为待处理。

苹果注册了一个 Observer 监测 BeforeWaiting (Loop即将进入休眠) 事件，这个Observer的回调函数是 _UIGestureRecognizerUpdateObserver()，其内部会获取所有刚被标记为待处理的 GestureRecognizer，并执行GestureRecognizer的回调。

当有 UIGestureRecognizer 的变化(创建/销毁/状态改变)时，这个回调都会进行相应处理。

UI更新

即准备进入睡眠和即将退出 loop 两个时间点，会调用函数更新 UI 界面.

当在操作 UI 时，某个需要变化的 UIView/CALayer 就被标记为待处理，然后被提交到一个全局的容器去，再在上面的回调执行时才会被取出来进行绘制和调整。

GCD

RunLoop 底层会用到 GCD 的东西，GCD 的某些 API 也用到了 RunLoop。如当调用了 dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), block)时，主队列会把该 block 放到对应的线程（恰好是主线程）中，主线程的 RunLoop 会被唤醒，从消息中取得这个 block，回调 CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE() 来执行这个 block

AFNetWorking 3.0以前的线程保活

子线程默认是完成任务后结束。当要经常使用子线程，每次开启子线程比较耗性能。此时可以开启子线程的 RunLoop，保持 RunLoop 运行，则使子线程保持不死。AFNetworking 基于 NSURLConnection 时正是这样做的，希望在后台线程能保持活着，从而能接收到 delegate 的回调。
这一点充分体现了：我们控制了runloop ,就是控制了app 的生死。

           /* 返回一个线程 */
+ (NSThread *)networkRequestThread {
        static NSThread *_networkRequestThread = nil;
        static dispatch_once_t oncePredicate;
        dispatch_once(&oncePredicate, ^{
            // 创建一个线程，并在该线程上执行下一个方法
            _networkRequestThread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self
                                                            selector:@selector(networkRequestThreadEntryPoint:)
                                                              object:nil];
            // 开启线程
            [_networkRequestThread start];
        });
        return _networkRequestThread;
    }
/* 在新开的线程中执行的第一个方法 */
+ (void)networkRequestThreadEntryPoint:(id)__unused object {
    @autoreleasepool {
        [[NSThread currentThread] setName:@"AFNetworking"];
        // 获取当前线程对应的 RunLoop
        NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];
        // 为 RunLoop 添加 source，模式为 DefaultMode
        [runLoop addPort:[NSMachPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
        // 开始运行 RunLoop
        [runLoop run];
        / /或者
       //[[NSRunLoop currentRunLoop] runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate:[NSDate dateWithTimeIntervalSinceNow:4]];
    }
}

因为 RunLoop 启动前必须设置一个 mode，而 mode 要存在则至少需要一个 source / timer。所以上面的做法是为 RunLoop 的 DefaultMode 添加一个 NSMachPort 对象，虽然消息是可以通过 NSMachPort 对象发送到 loop 内，但这里添加的 port 只是为了 RunLoop 一直不退出，而没有发送什么消息。当然我们也可以添加一个超长启动时间的 timer 来既保持 RunLoop 不退出也不占用资源

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。

监控系统卡顿

监控主线程状态，在一定时间内没有变化，就可判定为卡顿。这个会在之后的文章讲。

MachPort

MachPort的工作方式其实是将NSMachPort的对象添加到一个线程所对应的RunLoop中，并给NSMachPort对象设置相应的代理。在其他线程中调用该MachPort对象发消息时会在MachPort所关联的线程中执行相关的代理方法。

@interface DPMessageViewController ()
@property (nonatomic, strong) UIAlertAction * ac;
@end

@implementation DPMessageViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    NSPort *port = [NSMachPort port];
    port.delegate = self;
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:port forMode:NSDefaultRunLoopMode];
    
    [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(oooooo:) toTarget:[DPMessageViewModel new] withObject:port];
}

- (void)handlePortMessage:(NSPortMessage *)message{
    NSLog(@"子线程的消息%@", message);
    
}
@end
@interface DPMessageViewModel : NSObject
{
    NSPort *remotePort;
    NSPort *myPort;
}
@end

@implementation DPMessageViewModel

- (void)oooooo:(NSMachPort *)port{
    @autoreleasepool {
        remotePort = port;
        [[NSThread currentThread] setName:@"MyWorkerClassThread"];
         [[NSRunLoop currentRunLoop] run];
        myPort = [NSPort port];
        myPort.delegate = self;
        [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:myPort forMode:NSDefaultRunLoopMode];
        [self sendPortMessage];
       
      
    }
}
- (void)sendPortMessage{
     NSMutableArray *array  =[[NSMutableArray alloc]initWithArray:@[@"1",@"2"]];
     [remotePort sendBeforeDate:[NSDate date] msgid:100 components:array from:myPort reserved:0];
}
- (void)handlePortMessage:(NSPortMessage *)message{
    NSLog(@"接收到父线程的消息...\n");
}
@end

总结

• 线程是独立调度和分派的基本单位，RunLoop和自动释放池为线程服务；
• RunLoop是一个事件循环，让线程休眠和线程保活成为了可能，线程休眠可以节省CPU资源；
• 自动释放池一定存在于线程之中，解决了资源的释放问题。

参考