一、什么是RunLoop?
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RunLoop
就是运行循环,在程序运行过程中循环做一些事情,在很多地方都会应用到,例如:定时器、PerformSelector、GCD Async Main Queue、事件响应、手势识别、界面刷新、网络请求、AutoreleasePool
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- 如果没有
RunLoop
的话,例如以下代码,在执行完第13行代码后,会即将退出程序
- 如果没有
没有RunLoop的话
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- 如果有了
RunLoop
的话,例如以下代码,程序并不会马上退出,而是保持运行状态
- 如果有了
有了RunLoop
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- 我们见到的程序长时间保持活跃状态都是
RunLoop
的功劳,UIApplicationMain()
会创建主线程,主线程内部会主动开启一个RunLoop
,而RunLoop本质上就是一个do-while
循环,只要条件满足,就会不停的循环,进而程序一直保持运行的状态。RunLoop源码如下所示:
- 我们见到的程序长时间保持活跃状态都是
void CFRunLoopRun(void) { /* DOES CALLOUT */
int32_t result;
do {
result = CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopGetCurrent(),kCFRunLoopDefaultMode, 1.0e10, false);
CHECK_FOR_FORK();
} while (kCFRunLoopRunStopped != result && kCFRunLoopRunFinished != result);
}
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- RunLoop的作用有:
保持程序处于持续运行
处理App中的各种事件,例如触摸事件、定时器事件
节省CPU资源、提高程序性能:该做事的时候做事
二、RunLoop对象
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- iOS中有两套API来访问和使用RunLoop:
Foundation
中的NSRunLoop
、Core Foundation
中的CFRunLoopRef
,其中的NSRunLoop
和CFRunLoopRef
都代表着RunLoop
对象,NSRunLoop
是基于CFRunLoopRef
的一层OC包装
- iOS中有两套API来访问和使用RunLoop:
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CFRunLoop
是开源的,地址是:https://opensource.apple.com/tarballs/CF/,CFRunLoopRef
提供了两个自动获取RunLoop的函数:CFRunLoopGetMain()、CFRunLoopGetCurrent()
,其内部逻辑如下:
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/// 全局的Dictionary,key 是 pthread_t, value 是 CFRunLoopRef
static CFMutableDictionaryRef loopsDic;
/// 访问 loopsDic 时的锁
static CFSpinLock_t loopsLock;
/// 获取一个 pthread 对应的 RunLoop。
CFRunLoopRef _CFRunLoopGet(pthread_t thread) {
OSSpinLockLock(&loopsLock);
if (!loopsDic) {
// 第一次进入时,初始化全局Dic,并先为主线程创建一个 RunLoop。
loopsDic = CFDictionaryCreateMutable();
CFRunLoopRef mainLoop = _CFRunLoopCreate();
CFDictionarySetValue(loopsDic, pthread_main_thread_np(), mainLoop);
}
/// 直接从 Dictionary 里获取。
CFRunLoopRef loop = CFDictionaryGetValue(loopsDic, thread));
if (!loop) {
/// 取不到时,创建一个
loop = _CFRunLoopCreate();
CFDictionarySetValue(loopsDic, thread, loop);
/// 注册一个回调,当线程销毁时,顺便也销毁其对应的 RunLoop。
_CFSetTSD(..., thread, loop, __CFFinalizeRunLoop);
}
OSSpinLockUnLock(&loopsLock);
return loop;
}
CFRunLoopRef CFRunLoopGetMain() {
return _CFRunLoopGet(pthread_main_thread_np());
}
CFRunLoopRef CFRunLoopGetCurrent() {
return _CFRunLoopGet(pthread_self());
}
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3.从上述源代码可以看出,
RunLoop
与线程之间的关系如下:每条线程都有唯一的一个与之对应的RunLoop对象
RunLoop保存在一个全局的Dictionary里,线程作为Key,RunLoop作为Value
线程刚创建时并没有RunLoop对象,RunLoop会在第一次获取它时创建
RunLoop会在线程结束时销毁
主线程的RunLoop默认已经自动创建了,而子线程默认没有开启RunLoop
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- 获取
RunLoop
对象的方法:
- Foundation框架:
- 获取
[NSRunLoop currentRunLoop]; // 获得当前线程的RunLoop对象
[NSRunLoop mainRunLoop]; // 获得主线程的RunLoop对象
- Core Foundation框架:
CFRunLoopGetCurrent(); // 获得当前线程的RunLoop对象
CFRunLoopGetMain(); // 获得主线程的RunLoop对象
三、RunLoop对外的接口
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- 在 CoreFoundation 里面关于 RunLoop 有5个类:
CFRunLoopRef、CFRunLoopModeRef、CFRunLoopSourceRef、CFRunLoopTimerRef、CFRunLoopObserverRef
,它们之间的关系如下所示:
RunLoop
- 在 CoreFoundation 里面关于 RunLoop 有5个类:
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- 从上图,我们可以看出来,一个RunLoop里面可以有多个mode,每个mode又可以多个source,observer,timer。可是每次RunLoop只能指定一个mode运行,如果想要切换mode,就必须先退出RunLoop,然后重新指定mode运行,这样做的目的就是避免mode之间相互影响。
注意: 如果Mode里没有任何Souce0、Souce1、Timer、Observer,RunLoop会立马退出
下面我们就详细说说关于RunLoop的五个类
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CFRunLoopRef
是一个叫做__CFRunLoop
的结构体,其内部结构如下所示,内部存放着可用的Mode集合、线程、当前的运行Mode
__CFRunLoop内部结构
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CFRunLoopModeRef
代表了RunLoop的运行模式,底层是__CFRunLoopMode
的结构体,内部结构如下所示,内部存放着souce0、souce1、observers、timers
__CFRunLoopMode结构体.png
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创建RunLoop时,系统默认注册了五种mode:
- (1). ```kCFRunLoopDefaultMode```: 默认 mode,通常主线程在这个 mode 下运行
- (2). ```UITrackingRunLoopMode```: 追踪mode,保证Scrollview滑动顺畅不受其他 mode 影响
- (3). ```UIInitializationRunLoopMode```: 启动程序后的过渡mode,启动完成后就不再使用
- (4). ```GSEventReceiveRunLoopMode```: Graphic相关事件的mode,通常用不到
- (5). ```kCFRunLoopCommonModes```: 占位用的mode,作为标记kCFRunLoopDefaultMode和UITrackingRunLoopMode用
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CFRunLoopSourceRef
是事件产生的地方,分为Source0
和Source1
两种:
Source0
: 只包含了一个回调(函数指针),它并不能主动触发事件。使用时,你需要先调用CFRunLoopSourceSignal(source)
,将这个Source
标记为待处理,然后手动调用CFRunLoopWakeUp(runloop)
来唤醒RunLoop
,让其处理这个事件Source1
: 包含了一个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。这种Source
能主动唤醒RunLoop
的线程
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CFRunLoopTimerRef
是基于时间的触发器,它和NSTimer
是toll-free bridged
的,可以混用。其包含一个时间长度和一个回调(函数指针)。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
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CFRunLoopObserverRef
是观察者,每个Observer
都包含了一个回调(函数指针),当RunLoop
的状态发生变化时,观察者就能通过回调接受到这个变化。可以观测的时间点有以下几个:
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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
};
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- 可以通过该添加
Observer
监听RunLoop
的状态,如下所示:
- 可以通过该添加
image.png
四、RunLoop的运行逻辑
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- RunLoop的运行逻辑如下所示:
image.png
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- 上图的运行逻辑文字描述是这样的:
image.png
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- RunLoop 的核心就是一个
mach_msg()
,当一个RunLoop处理完事件后,即将进入休眠时,会经历下面几步:
(1). 指定一个将来唤醒自己的
mach_port
端口(2). 调用
mach_msg
来监听这个端口,保持mach_msg_trap
状态(3). 由另一个线程(比如有可能有一个专门处理键盘输入事件的loop在后台一直运行)向内核发送这个端口的
msg
后,mach_msg_trap
状态被唤醒,RunLoop继续运行
- RunLoop 的核心就是一个
五、RunLoop的应用
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- 线程包活,例如:
AFNetworking
的老版本就使用了线程包活,让子线程永远的活着,其源码如下所示:
- 线程包活,例如:
+ (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;
}
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- 主线程的
RunLoop
会自动创建,子线程的RunLoop
默认不创建,在子线程中调用NSRunLoop.current
获取RunLoop
对象的时候,就会创建RunLoop
- 主线程的
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RunLoop
启动前内部必须要有至少一个Timer/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。
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- 事件响应,当一个事件(触摸/锁屏/摇晃等)发生后,首先由 SpringBoard 接收,随后用 mach port 转发给需要的App进程,然后触发进程的Source1的
_UIApplicationHandleEventQueue()回调
,_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。
- 当我们点击某个按钮时,通过打断点,可以看出来函数调用栈是通过
Source0
过来的 ,如下所示,与我们上面描述的似乎有些不同,这是因为:事件确实是由Source1接受的,在其回调里会触发Souce0,Source0 再触发的_UIApplicationHandleEventQueue()
进行事件分发和处理,所以UIButton事件看到是在 Source0 内的。
- 事件响应,当一个事件(触摸/锁屏/摇晃等)发生后,首先由 SpringBoard 接收,随后用 mach port 转发给需要的App进程,然后触发进程的Source1的
image.png
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- 界面刷新,当在操作 UI 时,比如改变了 Frame、更新了
UIView/CALayer
的层次时,或者手动调用了 UIView/CALayer 的 setNeedsLayout/setNeedsDisplay方法后,这个 UIView/CALayer 就被标记为待处理,并被提交到一个全局的容器去。
- 苹果注册了一个
Observer
监听BeforeWaiting(即将进入休眠) 和 Exit (即将退出Loop)
事件,回调去执行一个很长的函数:_ZN2CA11Transaction17observer_callbackEP19__CFRunLoopObservermPv()
,这个函数里会遍历所有待处理的UIView/CALayer
以执行实际的绘制和调整,并更新 UI 界面。
- 界面刷新,当在操作 UI 时,比如改变了 Frame、更新了
六、面试题
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- 讲讲 RunLoop,项目中有用到吗?
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- runloop内部实现逻辑?
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- runloop和线程的关系?
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- timer 与 runloop 的关系?
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- 程序中添加每3秒响应一次的NSTimer,当拖动tableview时timer可能无法响应要怎么解决?
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- runloop 是怎么响应用户操作的, 具体流程是什么样的?
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- 说说runLoop的几种状态
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- runloop的mode作用是什么?