iOS Runloop & AutoReleasePool

Runloop概述

runloop是来做什么的？runloop和线程有什么关系？主线程默认开启了runloop么？子线程呢？

runloop: 从字面意思看：运行循环、跑圈，其实它内部就是do-while循环，在这个循环内部不断地处理各种任务（比如Source、Timer、Observer）事件。
runloop和线程的关系：一个线程对应一个RunLoop，主线程的RunLoop默认创建并启动，子线程的RunLoop需手动创建且手动启动（调用run方法）。RunLoop只能选择一个Mode启动，如果当前Mode中没有任何Source(Sources0、Sources1)、Timer，那么就直接退出RunLoop。

RunLoop的作用？

1.保持程序运行
2.处理app的各种事件（比如触摸，定时器等等）
3.节省CPU资源，提高性能。

RunLoop内部是怎么实现的？

1. RunLoop 包含若干个 Mode，每个 Mode 又包含若干个 Source/Timer/Observer。
1. 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。
1. 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。

runloop的mode是用来做什么的？有几种mode？

model:是runloop里面的运行模式，不同的模式下的runloop处理的事件和消息有一定的差别。系统默认注册了5个Mode:
（1）kCFRunLoopDefaultMode: App的默认 Mode，通常主线程是在这个 Mode 下运行的。
（2）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。
（3）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。
（4）GSEventReceiveRunLoopMode: 接受系统事件的内部 Mode，通常用不到。
（5）kCFRunLoopCommonModes: 这是一个占位的 Mode，没有实际作用。注意iOS 对以上5中model进行了封装 NSDefaultRunLoopMode、NSRunLoopCommonModes

Runloop启动过程

1.通知观察者 run loop 已经启动
2.通知观察者将要开始处理Timer事件
3.通知观察者将要处理非基于端口的Source0
4.启动准备好的Souecr0
5.如果基于端口的源Source1准备好并处于等待状态，立即启动：并进入步骤9
6.通知观察者线程进入休眠
7.将线程置于休眠直到任一下面的事件发生
（1）某一事件到达基于端口的源
（2）定时器启动
（3）Run loop 设置的时间已经超时
（4）run loop 被显式唤醒
8.通知观察者线程将被唤醒
9.处理未处理的事件，跳回2
（1）如果用户定义的定时器启动,处理定时器事件并重启 run loop。进入步骤 2
（2）如果输入源启动,传递相应的消息
（3）如果 run loop 被显式唤醒而且时间还没超时,重启 run loop。进入步骤 2
10.通知观察者run loop 结束

为什么把NSTimer对象以NSDefaultRunLoopMode（kCFRunLoopDefaultMode）添加到主运行循环以后，滑动scrollview的时候NSTimer却不动了？

NSTimer对象是在 NSDefaultRunLoopMode下面调用消息的，但是当我们滑动scrollview的时候，NSDefaultRunLoopMode模式就自动切换到UITrackingRunLoopMode模式下面，却不可以继续响应nstime发送的消息。所以如果想在滑动scrollview的情况下面还调用nstime的消息，我们可以把nsrunloop的模式更改为NSRunLoopCommonModes.

与FPS的关系

使用实例

在开发中如何使用RunLoop？什么应用场景？

常驻线程：给子线程开启一个RunLoop，并且RunLoop中要至少有一个Timer 或一个Source 保证RunLoop不会因为空转而退出
AutoreleasePool: iOS应用启动后会注册两个 Observer 管理和维护 AutoreleasePool

第一个 Observer 会监听 RunLoop 的进入，它会回调objc_autoreleasePoolPush() 向当前的 AutoreleasePoolPage 增加一个哨兵对象标志创建自动释放池。这个 Observer 的 order 是 -2147483647 优先级最高，确保发生在所有回调操作之前。

第二个 Observer 会监听 RunLoop 的进入休眠和即将退出 RunLoop 两种状态，在即将进入休眠时会调用 objc_autoreleasePoolPop() 和 objc_autoreleasePoolPush() 根据情况从最新加入的对象一直往前清理直到遇到哨兵对象。而在即将退出 RunLoop 时会调用objc_autoreleasePoolPop() 释放自动自动释放池内对象。这个Observer 的 order 是 2147483647 ，优先级最低，确保发生在所有回调操作之后。

3.UITableView 与 NSTimer 冲突
4.AFNetworking内部创建了一个空的线程并启动了RunLoop，当需要使用这个后台线程执行任务时AFNetworking通过performSelector: onThread: 将这个任务放到后台线程的RunLoop中。
5.防止UITableView滚动卡顿（[[UIImageView alloc initWithFrame:CGRectMake(0, 0, 100, 100)] performSelector:@selector(setImage:) withObject:myImage afterDelay:0.0 inModes:@NSDefaultRunLoopMode]）
6.sunnyxx的UITableView+FDTemplateLayoutCell利用Observer在界面空闲状态下计算出UITableViewCell的高度并进行缓存。
7.老谭的PerformanceMonitor关于iOS实时卡顿监控，同样是利用Observer对RunLoop进行监视。

[beforeSource, beforeWaiting], [AfterWaitng, ...]
static void runLoopObserverCallBack(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity, void *info)
{
    MyClass *object = (__bridge MyClass*)info;
     
    // 记录状态值
    object->activity = activity;
     
    // 发送信号
    dispatch_semaphore_t semaphore = moniotr->semaphore;
    dispatch_semaphore_signal(semaphore);
}
 
- (void)registerObserver
{
    CFRunLoopObserverContext context = {0,(__bridge void*)self,NULL,NULL};
    CFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreate(kCFAllocatorDefault,
                                                            kCFRunLoopAllActivities,
                                                            YES,
                                                            0,
                                                            &runLoopObserverCallBack,
                                                            &context);
    CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetMain(), observer, kCFRunLoopCommonModes);
     
    // 创建信号
    semaphore = dispatch_semaphore_create(0);
     
    // 在子线程监控时长
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        while (YES)
        {
            // 假定连续5次超时50ms认为卡顿(当然也包含了单次超时250ms)
            long st = dispatch_semaphore_wait(semaphore, dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 50*NSEC_PER_MSEC));
            if (st != 0)
            {
                if (activity==kCFRunLoopBeforeSources || activity==kCFRunLoopAfterWaiting)
                {
                    if (++timeoutCount < 5)
                        continue;
                     
                    NSLog(@"好像有点儿卡哦");
                }
            }
            timeoutCount = 0;
        }
    });
}

AutoReleasePool(深入解析 Autoreleasepool)

苹果是如何实现Autorelease Pool的？

Autorelease Pool作用：缓存池，可以避免我们经常写relase的一种方式。其实就是延迟release，将创建的对象，添加到最近的autoreleasePool中，等到autoreleasePool作用域结束的时候，会将里面所有的对象的引用计数器 - autorelease.

每一个自动释放池都是由一系列的 AutoreleasePoolPage 组成的，以双向链表的形式连接起来的，并且每一个 AutoreleasePoolPage 的大小都是 4096 字节

class AutoreleasePoolPage {
    magic_t const magic; //对当前 AutoreleasePoolPage 完整性的校验
    id *next;
    pthread_t const thread; // 保存了当前页所在的线程
    AutoreleasePoolPage * const parent;
    AutoreleasePoolPage *child;
    uint32_t const depth;
    uint32_t hiwat;
};

POOL_SENTINEL（哨兵对象）

POOL_SENTINEL 只是 nil 的别名。
在每个自动释放池初始化调用 objc_autoreleasePoolPush 的时候，都会把一个 POOL_SENTINEL push 到自动释放池的栈顶，并且返回这个 POOL_SENTINEL 哨兵对象
当方法 objc_autoreleasePoolPop 调用时，就会向自动释放池中的对象发送 release 消息，直到第一个 POOL_SENTINEL

objc_autoreleasePoolPush

有 hotPage 并且当前 page 不满 , 调用 page->add(obj) 方法将对象添加
有 hotPage 并且当前 page 已满 , 调用 autoreleaseFullPage 初始化一个新的页 , 调用 page->add(obj) 方法将对象添加
无 hotPage , 调用 autoreleaseNoPage 创建一个 hotPage , 调用 page->add(obj) 方法将对象添加
page->add 添加对象 , 对next指针的一个压入操作

objc_autoreleasePoolPop

objc_autoreleasePoolPop 传入哨兵对象

总结

自动释放池是由 AutoreleasePoolPage 以双向链表的方式实现的
当对象调用 autorelease 方法时，会将对象加入 AutoreleasePoolPage 的栈中
调用 AutoreleasePoolPage::pop 方法会向栈中的对象发送 release 消息

使用场景

1.写基于命令行的的程序时，就是没有UI框架，如AppKit等Cocoa框架时。
2.写循环，循环里面包含了大量临时创建的对象。
3.创建了新的线程。（非Cocoa程序创建线程时才需要）
4.长时间在后台运行的任务。

第三方库使用举例
SDWebImage（SDWebImageDecoder.m文件中，3.7.0版本）

+ (UIImage *)decodedImageWithImage:(UIImage *)image {

    if (image == nil) { // Prevent "CGBitmapContextCreateImage: invalid context 0x0" error
        return nil;
    }
    ...
    @autoreleasepool{
        CGImageRef imageRef = image.CGImage;

        CGImageAlphaInfo alpha = CGImageGetAlphaInfo(imageRef);
        BOOL anyAlpha = (alpha == kCGImageAlphaFirst ||
                         alpha == kCGImageAlphaLast ||
                         alpha == kCGImageAlphaPremultipliedFirst ||
                         alpha == kCGImageAlphaPremultipliedLast);
        if (anyAlpha) {
            return image;
        }
        ...
        return imageWithoutAlpha;
    }
}

此处操作是生成解压缩图片，该方法会在SDWebImageDownloaderOperation connection:(NSURLConnection *)connection didReceiveData:(NSData *)data方法中不停回调，该方法调用会发生在子线程，同时方法内绘制bitmap会生成大量临时对象，符合第二、第三两种情况

CocoaLumberjack gcd操作大量使用

- (void)addLogger:(id )logger withLevel:(DDLogLevel)level {
    dispatch_async(_loggingQueue, ^{ @autoreleasepool {
        [self lt_addLogger:logger level:level];
    } });
}
- (void)removeLogger:(id )logger {
    dispatch_async(_loggingQueue, ^{ @autoreleasepool {
        [self lt_removeLogger:logger];
    } });
}

dispatch_async使用自定义并发队列，系统并不会内部线程中添加autoreleasepool，所以手动添加autoreleasepool更好，此处如果使用globalQueue是不需要添加的，符合第三种使用条件

自动释放池什么时候释放？

当RunLoop开启时，就会自动创建一个自动释放池，当RunLoop在休息之前会释放掉自动释放池的东西，然后重新创建一个新的空的自动释放池

Runloop其他博客

掘金总结 https://juejin.im/entry/599c13bc6fb9a0248926a77d
iOS-RunLoop充满灵性的死循环 https://www.jianshu.com/p/b9426458fcf6
RunLoop入门看我就够了 https://www.jianshu.com/p/2d3c8e084205
RunLoop总结：RunLoop的应用场景（三） https://blog.csdn.net/u011619283/article/details/53483965
iOS刨根问底-深入理解RunLoop https://www.cnblogs.com/kenshincui/p/6823841.html
iOS实时卡顿监控 http://www.cocoachina.com/ios/20161101/17903.html
iOS Runloop相关面试题