iOS-浅谈RunLoop

前言：本文简述RunLoop相关内容，如有错误请留言指正。

Q：什么是RunLoop？

运行循环，在程序运行过程中循环做一些事情

Q：RunLoop的应用？

• 定时器（Timer）、PerformSelector
• GCD Async Main Queue
• 事件响应、手势识别、界面刷新
• 网络请求
• AutoreleasePool

Q：RunLoop什么作用？

• 保持程序的持续运行
• 处理App中的各种事件（比如触摸事件、定时器事件等）
• 节省CPU资源，提高程序性能：该做事时做事，该休息时休息
• ......

Q：RunLoop对象？如何获取？

iOS中有2套API来访问和使用RunLoop：

• Foundation：NSRunLoop，是基于CFRunLoopRef的一层OC包装
• Core Foundation：CFRunLoopRef，是开源的https://opensource.apple.com/tarballs/CF/
• 二者的内存地址是不同的，可以理解为CFRunLoopRef包含NSRunLoop

获取RunLoop对象：
1.Foundation：

[NSRunLoop currentRunLoop]; // 获得当前线程的RunLoop对象
[NSRunLoop mainRunLoop]; // 获得主线程的RunLoop对象

2.Core Foundation

CFRunLoopGetCurrent(); // 获得当前线程的RunLoop对象
CFRunLoopGetMain(); // 获得主线程的RunLoop对象

Q：RunLoop与线程之间关系？

• 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已经自动获取（创建），子线程默认没有开启RunLoop

RunLoop源码解读

CFRunLoop：
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
    uint32_t _winthread;
    CFMutableSetRef _commonModes;
    CFMutableSetRef _commonModeItems;
    CFRunLoopModeRef _currentMode;
    CFMutableSetRef _modes;
    struct _block_item *_blocks_head;
    struct _block_item *_blocks_tail;
    CFAbsoluteTime _runTime;
    CFAbsoluteTime _sleepTime;
    CFTypeRef _counterpart;
};

CFRunLoopMode：
struct __CFRunLoopMode {
    CFRuntimeBase _base;
    pthread_mutex_t _lock;  /* must have the run loop locked before locking this */
    CFStringRef _name;
    Boolean _stopped;
    char _padding[3];
    CFMutableSetRef _sources0;
    CFMutableSetRef _sources1;
    CFMutableArrayRef _observers;
    CFMutableArrayRef _timers;
    CFMutableDictionaryRef _portToV1SourceMap;
    __CFPortSet _portSet;
    CFIndex _observerMask;
}

总结为：
struct __CFRunLoop {
    pthread_t _pthread;
    CFMutableSetRef _commonModes;
    CFMutableSetRef _commonModeItems;
    CFRunLoopModeRef _currentMode;
    CFMutableSetRef _modes;
};

CFRunLoopMode：
struct __CFRunLoopMode {
    CFStringRef _name;
    CFMutableSetRef _sources0;
    CFMutableSetRef _sources1;
    CFMutableArrayRef _observers;
    CFMutableArrayRef _timers;
}

CFRunLoopMode

• CFRunLoopModeRef代表RunLoop的运行模式
• 一个RunLoop包含若干个Mode，每个Mode又包含若干个Source0/Source1/Timer/Observer
• RunLoop启动时只能选择其中一个Mode，作为currentMode
• 如果需要切换Mode，只能退出当前Loop，再重新选择一个Mode进入
• 不同组的Source0/Source1/Timer/Observer能分隔开来，互不影响
• 如果Mode里没有任何Source0/Source1/Timer/Observer，RunLoop会立马退出

常见的2种Mode：

• kCFRunLoopDefaultMode（NSDefaultRunLoopMode）：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

Q：Source、Timer、Observer简单说明？

Source0
触摸事件处理
performSelector:onThread:

Source1
基于Port的线程间通信
系统事件捕捉
Source1捕捉，封装给Source0处理

Timers
NSTimer
performSelector:withObject:afterDelay:

Observers
用于监听RunLoop的状态
UI刷新（BeforeWaiting）
Autorelease pool（BeforeWaiting）

Q：CFRunLoopObserverRef几种状态

如下代码：

/* Run Loop Observer Activities */
typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
    kCFRunLoopEntry = (1UL << 0),//即将进入RunLoop
    kCFRunLoopBeforeTimers = (1UL << 1),//即将处理Timer
    kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2),//即将处理Source
    kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5),//等待休眠
    kCFRunLoopAfterWaiting = (1UL << 6),//休眠中唤醒
    kCFRunLoopExit = (1UL << 7),//退出RunLoop
    kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU
};

Q：如何给RunLoop添加Observer？

{
 //创建Observer
CFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreate(kCFAllocatorDefault, kCFRunLoopAllActivities, YES, 0, observeRunLoopActicities, NULL);
// 添加Observer到RunLoop中
CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetMain(), observer, kCFRunLoopCommonModes);
// 释放
CFRelease(observer);
}

void observeRunLoopActicities(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity, void *info)
{
    switch (activity) {
        case kCFRunLoopEntry:
            NSLog(@"kCFRunLoopEntry");
            break;
        case kCFRunLoopBeforeTimers:
            NSLog(@"kCFRunLoopBeforeTimers");
            break;
        case kCFRunLoopBeforeSources:
            NSLog(@"kCFRunLoopBeforeSources");
            break;
        case kCFRunLoopBeforeWaiting:
            NSLog(@"kCFRunLoopBeforeWaiting");
            break;
        case kCFRunLoopAfterWaiting:
            NSLog(@"kCFRunLoopAfterWaiting");
            break;
        case kCFRunLoopExit:
            NSLog(@"kCFRunLoopExit");
            break;
        default:
            break;
    }
}

快捷方法：

// 创建Observer
CFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreateWithHandler(kCFAllocatorDefault, kCFRunLoopAllActivities, YES, 0, ^(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity) {
    switch (activity) {
        case kCFRunLoopEntry: {
            //C/C++中带有Create和Copy的方法必须释放
            CFRunLoopMode mode = CFRunLoopCopyCurrentMode(CFRunLoopGetCurrent());
            NSLog(@"kCFRunLoopEntry - %@", mode);
            CFRelease(mode);
            break;
        }
            
        case kCFRunLoopExit: {
            CFRunLoopMode mode = CFRunLoopCopyCurrentMode(CFRunLoopGetCurrent());
            NSLog(@"kCFRunLoopExit - %@", mode);
            CFRelease(mode);
            break;
        }
            
        default:
            break;
    }
});
// 添加Observer到RunLoop中
CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetMain(), observer, kCFRunLoopCommonModes);
// 释放
CFRelease(observer);

Q：RunLoop的运行逻辑？

01、通知Observers：进入Loop
02、通知Observers：即将处理Timers
03、通知Observers：即将处理Sources
04、处理Blocks
05、处理Source0（可能会再次处理Blocks）
06、如果存在Source1，就跳转到第8步
07、通知Observers：开始休眠（等待消息唤醒）
08、通知Observers：结束休眠（被某个消息唤醒）
　　01> 处理Timer
　　02> 处理GCD Async To Main Queue
　　03> 处理Source1
09、处理Blocks
10、根据前面的执行结果，决定如何操作
　　01> 回到第02步
　　02> 退出Loop
11、通知Observers：退出Loop

RunLoop运行逻辑图

Q：RunLoop休眠原理？

等待消息

• 没有消息就让线程休眠
• 有消息就唤醒线程

RunLoop休眠原理图

RunLoop应用：线程保活

Q：如何达到线程保活效果？

@interface ViewController ()
@property (strong, nonatomic) NSThread *thread;
@end

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    self.thread = [[MJThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];
    [self.thread start];
}

- (void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event{
    [self performSelector:@selector(test) onThread:self.thread withObject:nil waitUntilDone:NO];
}

// 子线程需要执行的任务
- (void)test{
    NSLog(@"%s %@", __func__, [NSThread currentThread]);
}

// 这个方法的目的：线程保活
- (void)run {
    NSLog(@"%s %@", __func__, [NSThread currentThread]);
    
    // 往RunLoop里面添加Source\Timer\Observer
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:[[NSPort alloc] init] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
    [[NSRunLoop currentRunLoop] run];
    NSLog(@"%s ----end----", __func__);
}

上述代码会引发的问题：因为线程不会销毁导致控制器也不会销毁，initWithTarget方法使线程对控制器强引用了。

线程保活、控制销毁

@interface ViewController ()
@property (strong, nonatomic) MJThread *thread;
@property (assign, nonatomic, getter=isStoped) BOOL stopped;
@end

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    __weak typeof(self) weakSelf = self;
    
    self.stopped = NO;
    self.thread = [[MJThread alloc] initWithBlock:^{
        NSLog(@"%@----begin----", [NSThread currentThread]);
        
        // 往RunLoop里面添加Source\Timer\Observer
        [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:[[NSPort alloc] init] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
        while (!weakSelf.isStoped) {
            [[NSRunLoop currentRunLoop] runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate:[NSDate distantFuture]];
        }
        
        NSLog(@"%@----end----", [NSThread currentThread]);
        
        // NSRunLoop的run方法是无法停止的，它专门用于开启一个永不销毁的线程（NSRunLoop）
        //        [[NSRunLoop currentRunLoop] run];
        /*
         it runs the receiver in the NSDefaultRunLoopMode by repeatedly invoking runMode:beforeDate:.
         In other words, this method effectively begins an infinite loop that processes data from the run loop’s input sources and timers
         */
    }];
    [self.thread start];
}

- (void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event{
    [self performSelector:@selector(test) onThread:self.thread withObject:nil waitUntilDone:NO];
}

// 子线程需要执行的任务
- (void)test{
    NSLog(@"%s %@", __func__, [NSThread currentThread]);
}

- (void)stop {
    // 在子线程调用stop
    [self performSelector:@selector(stopThread) onThread:self.thread withObject:nil waitUntilDone:NO];
}

// 用于停止子线程的RunLoop
- (void)stopThread{
    // 设置标记为NO
    self.stopped = YES;
    // 停止RunLoop
    CFRunLoopStop(CFRunLoopGetCurrent());
    NSLog(@"%s %@", __func__, [NSThread currentThread]);
}