iOS基础-Runloop

Runloop

[TOC]

一、概念

Runloop就是一个事件处理的循环，用来不停的调度工作及处理输入事件Runloop是事件接收和分发机制的一个实现。是线程相关的基础框架的一部分。

实例：main 函数（有无循环对比）
问题：UIApplicationMain做了什么？

// 伪代码
int main(int argc, char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        int retVal = 0;
        do {
            // 睡眠中等待消息
            int message = sleep_and_wait();
            // 处理消息
            retVal = process_message(retVal);
        } while (0 == retVal);
    }
    return 0;
}

基本作用

1. 保持程序的持续运行。
2. 处理app的各种事件。如：触摸事件、定时器事件等。
3. 节省CPU资源，提高程序性能。Runloop并不是由系统自动控制的，需要检测是否有需要处理的事件。如果有则去处理，如果没有则进入睡眠以节省CPU。

Runloop 是一个对象

iOS中有两套API访问Runloop对象：
Foundation框架：NSRunloop
Core Foundation：CFRunloopRef
NSRunloop是基于CFRunloopRef的一层OC包装，两者皆是Runloop对象。

Runloop 与线程

1. 每个线程都有且仅有一个与之对应的Runloop对象。
2. Runloop 保存在一个全局的 Dictionary 中，线程为 key，线程对应的 Runloop 为 value。
3. 线程刚创建的时候是没有Runloop对象的，Runloop会在第一次获取时创建（懒加载）。
4. 主线程默认创建Runloop，子线程默认不开启。
   主线程在创建时也是没有 runloop 对象的，而是 UIApplicationMain 方法里创建。
5. Runloop 在线程结束时销毁。

获取 Runloop 对象

    // 获取当前线程的 Runloop 对象
    NSRunLoop *currentRunloop = [NSRunLoop currentRunLoop];
    CFRunLoopRef currentRunloopRef = CFRunLoopGetCurrent();
    // 获取主线程的 Runloop 对象
    NSRunLoop *mainRunloop = [NSRunLoop mainRunLoop];
    CFRunLoopRef mainRunloopRef = CFRunLoopGetMain();
    
    /**
    问题：内存地址不一致？
    NSRunLoop对象 包含 CFRunLoopRef对象。
    */

源码：CFRunLoop.c

二、API

Core Foundation中关于RunLoop的5个类
CFRunLoopRef
CFRunLoopModeRef
CFRunLoopSourceRef
CFRunLoopTimerRef
CFRunLoopObserverRef

typedef struct __CFRunLoop * CFRunLoopRef;
struct __CFRunLoop {
    pthread_t _pthread;
    CFMutableSetRef _commonModes;
    CFMutableSetRef _commonModeItems;
    CFRunLoopModeRef _currentMode;
    CFMutableSetRef _modes;
};

typedef struct __CFRunLoopMode *CFRunLoopModeRef;
struct __CFRunLoopMode {
    CFStringRef _name;
    CFMutableSetRef _sources0;
    CFMutableSetRef _sources1;
    CFMutableArrayRef _observers;
    CFMutableArrayRef _timers;
};

image.png

CFRunLoopModeRef

1. CFRunLoopModeRef 代表 Runloop 的运行模式。
2. 一个 Runloop 包含多个 Mode，每个 Mode 又包含若干个 Source0/Source1/Timer/Observer。
   不同组的 Source0/Source1/Timer/Observer 能分隔开来，互不影响。（实例：CommonMode）
   如果Mode里没有任何Source0/Source1/Timer/Observer，RunLoop会立马退出。
3. Runloop 启动时只能选择其中一个 Mode，作为 currentMode。
4. 如果需要切换 Mode，只能退出当前 loop，再重新选择一个 Mode 进入。

目前已知的 Mode有5种

• 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。

Mode属性的基本概念

1. Source0:

   • 触摸事件 (Line source0Demo)
   • performSelector:onThread:

2. Source1：

   • 基于port的线程通信
   • 系统事件捕捉

3. Timers:

   • NSTimer
   • performSelector:withObject:afterDelay:

4. Observers:

   • 用于监听 Runloop 的状态
   • UI刷新（BeforeWaiting）
   • Autoreleasetool（BeforeWaiting）

以上即为 Runloop 处理的事件。
Runloop响应用户操作：Source1捕捉用户操作，分发给Source0进行处理。

三、Runloop 的运行逻辑

Runloop 状态

/* Run Loop Observer Activities */
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
    kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU
};

可以往 RunLoop 中加入自己的观察者以便监控着 RunLoop 的运行过程。
示例：

1. 监听 Runloop 状态 (Line observeRunloopStatus)
   • 创建监听器
   • 将监听器加入 Runloop
   • 监听回调
2. NSTimer
3. 滚动模式与默认模式的切换

Runloop 的运行流程

1. 通知Observers：进入Loop
2. 通知Observers：即将处理Timers
3. 通知Observers：即将处理Sources
4. 处理Blocks
5. 处理Source0（可能会再次处理Blocks）
6. 如果存在Source1，就跳转到第8步
7. 通知Observers：开始休眠（等待消息唤醒）
8. 通知Observers：结束休眠（被某个消息唤醒）
    1. 处理Timer
    2. 处理GCD Async To Main Queue
    3. 处理Source1
9. 处理Blocks
10. 根据前面的执行结果，决定如何操作
    1. 回到第02步
    2. 退出Loop
11. 通知Observers：退出Loop

实例：
1. touch 事件堆栈
2. GCD Async To Main Queue (Line gcdMainQueue)
源码：CFRunLoopRunSpecific

休眠状态：内核休眠，CPU不分配资源，线程睡眠状态。

四、应用

1. 控制线程生命周期（线程保活）（Line source0Demo）
2. 解决NSTimer在滑动时停止工作的问题(commonModes)