底层探索-Runloop的本质

runloop？

参考链接-详见

• 概念：运行循环，在程序运行过程中循环做一些事情，如果没有Runloop程序执行完毕就会立即退出，如果有Runloop程序会一直运行，并且时时刻刻在等待用户的输入操作。RunLoop可以在需要的时候自己跑起来运行，在没有操作的时候就停下来休息。充分节省CPU资源，提高程序性能。
• Runloop 和线程是绑定在一起的。每个线程（包括主线程）都有一个对应的 Runloop 对象。
• Runloop总是运行在某种特定的CFRunLoopModeRef下（每次运行__CFRunLoopRun()函数时必须指定Mode）。而通过CFRunloopRef对应结构体的定义可以很容易知道每种Runloop都可以包含若干个Mode，每个Mode又包含Source/Timer/Observer。每次调用Runloop的主函数__CFRunLoopRun()时必须指定一种Mode，这个Mode称为 _currentMode，当切换Mode时必须退出当前Mode，然后重新进入Runloop以保证不同Mode的Source/Timer/Observer互不影响。
• 如果Mode里没有任何Source0/Source1/Timer/Observer，RunLoop会立马退出

runloop底层详解

底层结构

//Runloop底层定义完整结构
struct __CFRunLoop {
    CFRuntimeBase _base;
    pthread_mutex_t _lock;          /* locked for accessing mode list */
    __CFPort _wakeUpPort;           // used for CFRunLoopWakeUp 
    Boolean _unused;
    volatile _per_run_data *_perRunData;              // reset for runs of the run loop
    pthread_t _pthread; //线程，唯一对应线程
    uint32_t _winthread;
    CFMutableSetRef _commonModes;  //装着UITrackingRunLoopMode和kCFRunLoopDefaultMode
    CFMutableSetRef _commonModeItems; //装着添加在kCFRunLoopCommonModes这种标记模式下的对应source
    CFRunLoopModeRef _currentMode;  //当前运行的Mode
    CFMutableSetRef _modes; //所有Modes集合
    struct _block_item *_blocks_head;
    struct _block_item *_blocks_tail;
    CFAbsoluteTime _runTime;
    CFAbsoluteTime _sleepTime;
    CFTypeRef _counterpart;
};

//Runloop-Mode底层定义部分结构
struct __CFRunLoopMode {
    CFRuntimeBase _base;
    pthread_mutex_t _lock;  /* must have the run loop locked before locking this */
    CFStringRef _name; //名字
    Boolean _stopped;
    char _padding[3];
    CFMutableSetRef _sources0; //代表：触摸事件，`performSelector:onThread:`等
    CFMutableSetRef _sources1; //代表：基于Port的线程间通信、系统事件捕捉
    CFMutableArrayRef _observers; //代表：定时器(NSTimer)、`performSelector:withObject:afterDelay:`
    CFMutableArrayRef _timers; //代表：监听器，用于监听RunLoop的状态、UI刷新（BeforeWaiting）、Autorelease pool（BeforeWaiting）
}

相关的类

• CFRunLoopRef：代表 RunLoop 的对象
• CFRunLoopModeRef：代表 RunLoop 的运行模式
• CFRunLoopSourceRef：就是 RunLoop 模型图中提到的输入源 / 事件源
• CFRunLoopTimerRef：就是 RunLoop 模型图中提到的定时源
• CFRunLoopObserverRef：观察者，能够监听 RunLoop 的状态改变
• 组成结构如下：
  
  Runloop的相关类结构.png

Source1/Source0/Timers/Observer分别代表什么(不是定义)

• Source1：基于Port的线程间通信、系统事件捕捉
• Source0：触摸事件，performSelector:onThread:等
• Timers：定时器(NSTimer)、performSelector:withObject:afterDelay:
• Observer：监听器，用于监听RunLoop的状态、UI刷新（BeforeWaiting）、Autorelease pool（BeforeWaiting）

五种Mode模式

1. kCFRunLoopDefaultMode：App的默认Mode，通常主线程是在这个Mode下运行
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，会切换到kCFRunLoopDefaultMode
4. GSEventReceiveRunLoopMode: 接受系统事件的内部 Mode，通常用不到
5. kCFRunLoopCommonModes: 这是一个占位用的Mode，作为标记kCFRunLoopDefaultMode和UITrackingRunLoopMode用，并不是一种真正的Mode

监听Observer的状态

Runloop的Observer状态.png

运行逻辑

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

Runloop的运行逻辑.png

应用

1. NSTimer的使用；

2. ImageView推迟显示：

   • 监听UIScrollView的滚动
   • 利用PerformSelector设置当前线程的RunLoop的运行模式。[self.imageView performSelector:@selector(setImage:) withObject:[UIImage imageNamed:@"tupian"] afterDelay:4.0 inModes:NSDefaultRunLoopMode];

3. 常驻线程：我们知道，当子线程中的任务执行完毕之后就被销毁了，那么如果我们需要开启一个子线程，在程序运行过程中永远都存在，那么我们就会面临一个问题，如何让子线程永远活着，这时就要用到常驻线程：给子线程开启一个RunLoop(必须往Runloop里添加Source0/Source1/Timer/Observer中的任意事件)，如子线程做一些耗时操作（下载文件、后台播放音乐等）
   注意：子线程执行完操作之后就会立即释放，即使我们使用强引用引用子线程使子线程不被释放，也不能给子线程再次添加操作，或者再次开启。
   [[NSRunLoop currentRunLoop] run];开启一个无限的永不销毁的线程(Runloop)，无法停止。
   逻辑稍显复杂，请仔细理解

    //添加一条用于常驻内存的强引用的子线程，在该线程的RunLoop下添加一个Sources，开启RunLoop。
    - (void)viewDidLoad {
        [super viewDidLoad];
        __weak typeof(self) weakSelf = self;
        self.thread = [[ZTThread alloc] initWithBlock:^{
    //        __strong typeof(self) stongSelf = weakSelf; //会出现循环引用，导致无法释放控制：vc -> thread -> block -> vc
            
            NSRunLoop *runloop = [NSRunLoop currentRunLoop];
            //往Runloop里添加`Source0/Source1/Timer/Observer`中的任意事件保证runloop存活
            [runloop addPort:[NSPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
        //    [runloop run]; //开启一个无限的永不销毁的线程(Runloop)，无法停止
    
            while (weakSelf && !weakSelf.isStopThread) { //为什么要新加：weakSelf &&这个判断？因为到这里时可能weakSelf==NULL，从而取反!为真导致线程无法释放
                [runloop runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate:[NSDate distantFuture]];
            }
            //测试是否开启了RunLoop，如果开启RunLoop，则来不了这里，因为RunLoop开启了循环。
            NSLog(@"关闭RunLoop");
        }];
        [self.thread start];   
    }
    //子线程调用停止线程
    - (void) zt_stop_sub {
        if (self.thread) { //避免多次调用时，self.thread为空而崩溃
            //waitUntilDone：是否等待(阻塞)子线程完成，再继续（这儿用YES，在dealloc里调用，无法控制VC是否存在，则调用是可能出现坏内存访问）
            [self performSelector:@selector(zt_stop) onThread:self.thread withObject:nil waitUntilDone:YES];
        }
    }       
    //停止线程
    - (void) zt_stop {
        self.isStopThread = YES;
        CFRunLoopStop(CFRunLoopGetCurrent());
        self.thread = nil;
    }
   

4. 自动释放池：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，当RunLoop被唤醒重新开始跑圈时，Timer,Source等新的事件就会放到新的自动释放池中，当RunLoop退出的时候也会被释放。注意：只有主线程的RunLoop会默认启动。也就意味着会自动创建自动释放池，子线程需要在线程调度方法中手动添加自动释放池。

    @autorelease{  
        // 执行代码 
    }