Runloop 面试题

一、为什么 NSTimer 有时候不好使？

因为创建的 NSTimer 默认是被加入到了 defaultMode，所以当 Runloop 的 Mode 变化时，当前的 NSTimer 就不会工作了。

二、AFNetworking 中如何运用 Runloop?

AFURLConnectionOperation 这个类是基于 NSURLConnection 构建的，其希望能在后台线程接收 Delegate 回调。为此 AFNetworking 单独创建了一个线程，并在这个线程中启动了一个 RunLoop：

AFURLConnectionOperation

RunLoop 启动前内部必须要有至少一个 Timer/Observer/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。

image.png

当需要这个后台线程执行任务时，AFNetworking 通过调用 [NSObject performSelector:onThread:..] 将这个任务扔到了后台线程的 RunLoop

三、autoreleasePool 在何时被释放？

App启动后，苹果在主线程 RunLoop 里注册了两个 Observer，其回调都是 _wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler()。

• 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(准备进入休眠) 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。
• 在主线程执行的代码，通常是写在诸如事件回调、Timer回调内的。这些回调会被 RunLoop 创建好的 AutoreleasePool 环绕着，所以不会出现内存泄漏，开发者也不必显示创建 Pool 了。

四、PerformSelector 的实现原理？

1、 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。
2、 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。

五、PerformSelector:afterDelay:这个方法在子线程中是否起作用？为什么？怎么 解决？

不起作用，子线程默认没有 Runloop，也就没有 Timer。
解决的办法是可以使用 GCD 来实现：Dispatch_after

六、RunLoop 的 Mode

关于 Mode 首先要知道一个 RunLoop 对象中可能包含多个 Mode，且每次调用 RunLoop 的主函数时，只能 指定其中一个 Mode(CurrentMode)。切换 Mode，需要重新指定一个 Mode 。主要是为了分隔开不同的 Source、Timer、Observer，让它们之间互不影响。
当 RunLoop 运行在 Mode1 上时，是无法接受处理 Mode2 或 Mode3 上的 Source、Timer、Observer 事件的
总共是有五种CFRunLoopMode:

• kCFRunLoopDefaultMode：默认模式，主线程是在这个运行模式下运行
• UITrackingRunLoopMode：跟踪用户交互事件（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：接受系统内部事件，通常用不到
• kCFRunLoopCommonModes：伪模式，不是一种真正的运行模式，是同步Source/Timer/Observer 到多个 Mode 中的一种解决方案

七、RunLoop 的实现机制

对于 RunLoop 而言最核心的事情就是保证线程在没有消息的时候休眠，在有消息时唤醒，以提高程序性能。 RunLoop 这个机制是依靠系统内核来完成的（苹果操作系统核心组件 Darwin 中的 Mach）。
RunLoop 通过mach_msg()函数接收、发送消息。它的本质是调用函数mach_msg_trap()，相当于是一 个系统调用，会触发内核状态切换。在用户态调用 mach_msg_trap()时会切换到内核态；内核态中内核 实现的mach_msg()函数会完成实际的工作。 即基于 port 的 source1，监听端口，端口有消息就会触发回调；而 source0，要手动标记为待处理和手动唤 醒 RunLoop
大致逻辑为：
1、通知观察者 RunLoop 即将启动。
2、通知观察者即将要处理 Timer 事件。
3、通知观察者即将要处理 source0 事件。
4、处理 source0 事件。
5、如果基于端口的源(Source1)准备好并处于等待状态，进入步骤 9。
6、通知观察者线程即将进入休眠状态。
7、将线程置于休眠状态，由用户态切换到内核态，直到下面的任一事件发生才唤醒线程。

• 一个基于 port 的 Source1 的事件(图里应该是 source0)。
• 一个 Timer 到时间了。
• RunLoop 自身的超时时间到了。
• 被其他调用者手动唤醒。

8、通知观察者线程将被唤醒。
9、处理唤醒时收到的事件。

• 如果用户定义的定时器启动，处理定时器事件并重启 RunLoop。进入步骤 2。
• 如果输入源启动，传递相应的消息。
• 如果 RunLoop 被显示唤醒而且时间还没超时，重启 RunLoop。进入步骤 2

10、通知观察者 RunLoop 结束。

八、RunLoop 和线程

• 线程和 RunLoop 是一一对应的,其映射关系是保存在一个全局的 Dictionary 里
• 自己创建的线程默认是没有开启 RunLoop 的

怎么创建一个常驻线程？
1、为当前线程开启一个 RunLoop（第一次调用 [NSRunLoop currentRunLoop]方法时实际是会先去创建一
个 RunLoop）
2、向当前 RunLoop 中添加一个 Port/Source 等维持 RunLoop 的事件循环（如果 RunLoop 的 mode 中一个 item 都没有，RunLoop 会退出）
3、启动该 RunLoop

@autoreleasepool {
  NSRunLoop *runLoop = [ NSRunLoop current RunLoop ];
  [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:[NSMachPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
  [runLoop run] ;
}

输出下边代码的执行顺序

NSLog(@"1");
dispatch_async(dispatch_ get_global_queue(0, 0), ^{
  NSLog(@"2");
  [self performSelector :@selector(test) withobject :nil afterDelay:10];
  NSLog(@"3");
});
NSLog(@"4");
- (void)test
  NSLog(@"5");
}

答案是 1423，test 方法并不会执行。
原因是如果是带 afterDelay 的延时函数，会在内部创建一个 NSTimer，然后添加到当前线程的 RunLoop 中。也就是如果当前线程没有开启 RunLoop，该方法会失效。
那我们改成：

dispatch_async(dispatch_ get_global_queue(0, 0), ^{
  NSLog(@"2");
  [[NSRunLoop currentRunLoop] run];
  [self performSelector :@selector(test) withobject :nil afterDelay:10];
  NSLog(@"3");
});

然而 test 方法依然不执行。
原因是如果 RunLoop 的 mode 中一个 item 都没有，RunLoop 会退出。即在调用 RunLoop 的 run 方法后，由于其 mode 中没有添加任何 item 去维持 RunLoop 的时间循环，RunLoop 随即还是会退出。所以我们自己启动 RunLoop，一定要在添加 item 后

dispatch_async(dispatch_ get_global_queue(0, 0), ^{
  NSLog(@"2");
  [self performSelector :@selector(test) withobject :nil afterDelay:10];
  [[NSRunLoop currentRunLoop] run];
  NSLog(@"3");
});

怎样保证子线程数据回来更新 UI 的时候不打断用户的滑动操作？
当我们在子请求数据的同时滑动浏览当前页面，如果数据请求成功要切回主线程更新 UI，那么就会影响当前正在滑动的体验。
我们就可以将更新 UI 事件放在主线程的 NSDefaultRunLoopMode 上执行即可，这样就会等用户不再滑动页面，主线程 RunLoop 由 UITrackingRunLoopMode 切换到NSDefaultRunLoopMode 时再去更新 UI

[self performSelectorOnMainThread: @selector(reloadData) withobject:nil waitUntilDone:NO modes:@[NSDefaultRunLoopMode]];

九、RunLoop 的数据结构

NSRunLoop(Foundation)是CFRunLoop(CoreFoundation)的封装，提供了面向对象的 API RunLoop 相关的主要涉及五个类：

RunLoop相关	解释
CFRunLoop	RunLoop 对象
CFRunLoopMode	运行模式
CFRunLoopSource	输入源/事件源
CFRunLoopTimer	定时源
CFRunLoopObserver	观察者

1、CFRunLoop
由 pthread(线程对象，说明 RunLoop 和线程是一一对应的)、currentMode(当前所处的运行模式)、 modes(多个运行模式的集合)、commonModes(模式名称字符串集合)、 commonModelItems(Observer,Timer,Source 集合)构成
2、CFRunLoopMode
由 name、source0、source1、observers、timers 构成
3、CFRunLoopSource
分为 source0 和 source1 两种

• source0: 即非基于 port 的，也就是用户触发的事件。需要手动唤醒线程，将当前线程从内核态切换到用户态
• source1: 基于 port 的，包含一个 mach_port 和一个回调，可监听系统端口和通过内核和其他线程发送的 消息，能主动唤醒 RunLoop，接收分发系统事件。 具备唤醒线程的能力

4、CFRunLoopTimer
基于时间的触发器，基本上说的就是 NSTimer。在预设的时间点唤醒 RunLoop 执行回调。因为它是基于 RunLoop 的，因此它不是实时的（就是 NSTimer 是不准确的。 因为 RunLoop 只负责分发源的消息。如果 线程当前正在处理繁重的任务，就有可能导致 Timer 本次延时，或者少执行一次）。
5、CFRunLoopObserver
监听以下时间点:CFRunLoopActivity

CFRunLoopActivity	时间点
kCFRunLoopEntry	RunLoop 准备启动
kCFRunLoopBeforeTimers	RunLoop 将要处理一些 Timer 相关事件
kCFRunLoopBeforeSources	RunLoop 将要处理一些 Source 事件
kCFRunLoopBeforeWaiting	RunLoop 将要进行休眠状态,即将由用户态切换到内核态
kCFRunLoopAfterWaiting	RunLoop 被唤醒，即从内核态切换到用户态后
kCFRunLoopExit	RunLoop 退出
kCFRunLoopAllActivities	监听所有状态

6、各数据结构之间的联系
线程和 RunLoop 一一对应， RunLoop 和 Mode 是一对多的，Mode 和 source、timer、observer 也是一对多 的

十、RunLoop 概念

RunLoop 是通过内部维护的事件循环(Event Loop)来对事件/消息进行管理的一个对象。
1、没有消息处理时，休眠已避免资源占用，由用户态切换到内核态(CPU-内核态和用户态)
2、有消息需要处理时，立刻被唤醒，由内核态切换到用户态

为什么 main 函数不会退出？

int main(int argc, char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
    }
}

UIApplicationMain 内部默认开启了主线程的 RunLoop，并执行了一段无限循环的代码（不是简单的 for 循环或 while 循环）

//无限瘤环代码模式(为代码)
int main(int argc, char * argv[]) {
  BOOL running = YES;
  do {
  //执行各种任务，处理各种事件
  // ...
  } while (running);
  return 0;
}

UIApplicationMain 函数一直没有返回，而是不断地接收处理消息以及等待休眠，所以运行程序之后会保持持续运行状态。

十一、RunLoop 与 NSTimer

一个比较常见的问题：滑动 tableView 时，定时器还会生效吗？
默认情况下 RunLoop 运行在 kCFRunLoopDefaultMode 下，而当滑动 tableView 时，RunLoop 切换到 UITrackingRunLoopMode，而 Timer 是在 kCFRunLoopDefaultMode 下的，就无法接受处理 Timer 的事件。怎么去解决这个问题呢？把 Timer 添加到 UITrackingRunLoopMode 上并不能解决问题，因为这样在默认情况下就无法接受定时器事件了。
所以我们需要把 Timer 同时添加到 UITrackingRunLoopMode 和 kCFRunLoopDefaultMode 上。那么如何把 timer 同时添加到多个 mode 上呢？就要用到 NSRunLoopCommonModes 了

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

Timer 就被添加到多个 mode 上，这样即使 RunLoop 由 kCFRunLoopDefaultMode 切换到
UITrackingRunLoopMode 下，也不会影响接收 Timer 事件

十二、讲一下 Observer ？

typedef CFOPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
    kCF RunLoopEntry = (1UL 《< 0), //即将进入Loop
    kCFRunLoopBeforeTimers = (1UL << 1) , //即将处理Timer
    kCF RunLoopBeforeSources = (1UL<< 2), //即将处理Source
    kCFRunLoopBeforewaiting = (1UL << 5), //即将进入休眠
    kCFRunLoopAfterWaiting = (1UL << 6), //刚从休眠中晚醒
    kCFRunLoopExit = (1UL << 7); //即将退出Loop
};

十三、解释一下 NSTimer。

• NSTimer 其实就是 CFRunLoopTimerRef，他们之间是 toll-freebridged 的。一个 NSTimer 注册到 RunLoop 后，RunLoop 会为其重复的时间点注册好事件。例如 10:00,10:10,10:20 这几个时间点。RunLoop 为了节省资源，并不会在非常准确的时间点回调这个Timer。Timer 有个属性叫做 Tolerance(宽容度)，标示了当时间点到后，容许有多少最大误差。
• 如果某个时间点被错过了，例如执行了一个很长的任务，则那个时间点的回调也会跳过去，不会延后执行。 就比如等公交，如果 10:10 时我忙着玩手机错过了那个点的公交，那我只能等 10:20 这一趟了。
• CADisplayLink 是一个和屏幕刷新率一致的定时器（但实际实现原理更复杂，和 NSTimer 并不一样， 其内部实际是操作了一个 Source）。如果在两次屏幕刷新之间执行了一个长任务，那其中就会有一帧被跳过去（和 NSTimer 相似），造成界面卡顿的感觉。在快速滑动 TableView 时，即使一帧的卡顿也会让用户有所察觉。Facebook 开源的 AsyncDisplayLink 就是为了解决界面卡顿的问题，其内部也用到了 RunLoop

十四、解释一下 事件响应 的过程？

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。

十五、解释一下 手势识别 的过程？

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。

十六、利用 runloop 解释一下页面的渲染的过程？

当我们调用 [UIView setNeedsDisplay] 时，这时会调用当前 View.layer 的 [view.layer setNeedsDisplay]方法。
这等于给当前的 layer 打上了一个脏标记，而此时并没有直接进行绘制工作。而是会到当前的 Runloop 即将休眠，也就是 beforeWaiting 时才会进行绘制工作。
紧接着会调用 [CALayerdisplay]，进入到真正绘制的工作。 CALayer 层会判断自己的 delegate 有 没有实现异步绘制的代理方法 displayer:，这个代理方法是异步绘制的入口，如果没有实现这个方法， 那么会继续进行系统绘制的流程，然后绘制结束。
CALayer 内部会创建一个Backing Store，用来获取图形上下文。接下来会判断这个 layer 是否有 delegate。
如果有的话，会调用 [layer.delegate drawLayer:inContext:]，并且会返回给我们 [UIView DrawRect:]的回调，让我们在系统绘制的基础之上再做一些事情。
如果没有 delegate，那么会调用 [CALayer drawInContext:]。
以上两个分支，最终 CALayer 都会将位图提交到 Backing Store，最后提交给 GPU。
至此绘制的过程结束。

十七、什么是异步绘制？

异步绘制，就是可以在子线程把需要绘制的图形，提前在子线程处理好。将准备好的图像数据直接返给主线程使用，这样可以降低主线程的压力。

异步绘制的过程
要通过系统的 [view.delegate displayLayer:] 这个入口来实现异步绘制。

• 代理负责生成对应的 Bitmap
• 设置该 Bitmap 为 layer.contents 属性的值。