ios -RunLoop(简单理解)

一. RunLoop简介

RunLoop字面意思是运行时,即跑圈得意思。它可以在我们需要的时候自己跑起来运行,在我们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。

二. RunLoop基本作用:

  1. 保持程序持续运行,程序一启动就会开一个主线程,主线程一开起来就会跑一个主线程对应的RunLoop,RunLoop保证主线程不会被销毁,也就保证了程序的持续运行
  2. 处理App中的各种事件(比如:触摸事件,定时器事件,Selector事件等)
  3. 节省CPU资源,提高程序性能,程序运行起来时,当什么操作都没有做的时候,RunLoop就告诉CUP,现在没有事情做,我要去休息,这时CUP就会将其资源释放出来去做其他的事情,当有事情做的时候RunLoop就会立马起来去做事情
    我们先通过API内一张图片来简单看一下RunLoop内部运行原理
    ios -RunLoop(简单理解)
    RunLoop内部运行原理

    通过图片可以看出,RunLoop在跑圈过程中,当接收到Input sources 或者 Timer sources时就会交给对应的处理方去处理。当没有事件消息传入的时候,RunLoop就休息了。这里只是简单的理解一下这张图,接下来我们来了解RunLoop对象和其一些相关类,来更深入的理解RunLoop运行流程。

三. RunLoop在哪里开启

我们知道主线程一开起来,就会跑一个和主线程对应的RunLoop,那么RunLoop一定是在程序的入口main函数中开启。

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

进入UIApplicationMain

UIKIT_EXTERN int UIApplicationMain(int argc, char *argv[], NSString * __nullable principalClassName, NSString * __nullable delegateClassName);

我们发现它返回的是一个int数,那么我们对main函数做一些修改

int main(int argc, char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        NSLog(@"开始");
        int re = UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
        NSLog(@"结束");
        return re;
    }
}

运行程序,我们发现只会打印开始,并不会打印结束,这说明在UIApplicationMain函数中,开启了一个和主线程相关的RunLoop,导致UIApplicationMain不会返回,一直在运行中,也就保证了程序的持续运行。
我们来看到RunLoop的源码

// 用DefaultMode启动
void CFRunLoopRun(void) {    /* DOES CALLOUT */
    int32_t result;
    do {
        result = CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopGetCurrent(), kCFRunLoopDefaultMode, 1.0e10, false);
        CHECK_FOR_FORK();
    } while (kCFRunLoopRunStopped != result && kCFRunLoopRunFinished != result);
}

我们发现RunLoop确实是do while通过判断result的值实现的。因此,我们可以把RunLoop看成一个死循环。如果没有RunLoop,UIApplicationMain函数执行完毕之后将直接返回,也就没有程序持续运行一说了

四. RunLoop对象

Fundation框架 (基于CFRunLoopRef的封装)
   NSRunLoop对象

CoreFoundation
   CFRunLoopRef对象

因为Fundation框架是基于CFRunLoopRef的封装,因此我们学习RunLoop还是要研究CFRunLoopRef 源码

1. 获得RunLoop对象

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

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

五. RunLoop和线程间的关系

  1. 每条线程都有唯一的一个与之对应的RunLoop对象(就想字典中key-value键值对一样)
  2. 主线程的RunLoop已经自动创建好了,子线程的RunLoop需要主动创建
  3. RunLoop在第一次获取时创建,在线程结束时销毁

    1. 主线程相关联的RunLoop创建

    CFRunLoopRef源码

    // 创建字典
     CFMutableDictionaryRef dict = CFDictionaryCreateMutable(kCFAllocatorSystemDefault, 0, NULL, &kCFTypeDictionaryValueCallBacks);
         // 创建主线程 根据传入的主线程创建主线程对应的RunLoop
     CFRunLoopRef mainLoop = __CFRunLoopCreate(pthread_main_thread_np());
         // 保存主线程 将主线程-key和RunLoop-Value保存到字典中
     CFDictionarySetValue(dict, pthreadPointer(pthread_main_thread_np()), mainLoop);

    2. 创建与子线程相关联的RunLoop

    CFRunLoopRef源码

     // 从字典中获取子线程的runloop
     CFRunLoopRef loop = (CFRunLoopRef)CFDictionaryGetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t));
     __CFUnlock(&loopsLock);
     if (!loop) {
         // 如果子线程的runloop不存在,那么就为该线程创建一个对应的runloop
     CFRunLoopRef newLoop = __CFRunLoopCreate(t);
         __CFLock(&loopsLock);
     loop = (CFRunLoopRef)CFDictionaryGetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t));
         // 把当前子线程和对应的runloop保存到字典中
     if (!loop) {
         CFDictionarySetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t), newLoop);
         loop = newLoop;
     }
         // don't release run loops inside the loopsLock, because CFRunLoopDeallocate may end up taking it
         __CFUnlock(&loopsLock);
     CFRelease(newLoop);
     }
    从上面的代码可以看出,线程和 RunLoop 之间是一一对应的,其关系是保存在一个 Dictionary 里。所以我们创建子线程RunLoop时,只需在子线程中获取当前线程的RunLoop对象即可[NSRunLoop currentRunLoop];如果不获取,那子线程就不会创建与之相关联的RunLoop;如果获取,只能在一个线程的内部获取NSRunLoop,通过[NSRunLoop currentRunLoop]方法调用时会先看一下字典里有没有存子线程相对用的RunLoop,如果有则直接返回RunLoop,如果没有则会创建一个,并将与之对应的子线程存入字典中。

    RunLoop 的销毁发生在线程结束时。

六. RunLoop相关类

Core Foundation中关于RunLoop的5个类

CFRunLoopRef - 获得当前RunLoop和主RunLoop
CFRunLoopModeRef  - RunLoop 运行模式,只能选择一种,在不同模式中做不同的操作
CFRunLoopSourceRef - 事件源,输入源
CFRunLoopTimerRef - 定时器时间
CFRunLoopObserverRef - 观察者

1. CFRunLoopModeRef

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Source、Timer、Observer
每次RunLoop启动时,只能指定其中一个 Mode,这个Mode被称作 CurrentMode
如果需要切换Mode,只能退出RunLoop,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
如图所示:

ios -RunLoop(简单理解)
CFRunLoopModeRef示意图

注意:一种Mode中可以有多个Source(事件源,输入源,基于端口事件源例键盘触摸等) Observer(观察者,观察当前RunLoop运行状态) 和Timer(定时器事件源)。但是必须至少有一个Source或者Timer,因为如果Mode为空,RunLoop运行到空模式不会进行空转,就会立刻退出。

系统默认注册了5个Mode:

RunLoop 有五种运行模式,其中常见的有1.2两种

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
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

Mode间的切换

我们平时在开发中一定遇到过,当我们使用NSTimer每一段时间执行一些事情时滑动UIScrollView,NSTimer就会暂停,当我们停止滑动以后,NSTimer又会重新恢复的情况,我们通过一段代码来看一下
代码中的注释也很重要,展示了我们探索的过程

-(void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event
{
    // [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:2.0 target:self selector:@selector(show) userInfo:nil repeats:YES];
    NSTimer *timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:2.0 target:self selector:@selector(show) userInfo:nil repeats:YES];
    // 加入到RunLoop中才可以运行
    // 1. 把定时器添加到RunLoop中,并且选择默认运行模式NSDefaultRunLoopMode = kCFRunLoopDefaultMode
    // [[NSRunLoop mainRunLoop] addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode];
    // 当textFiled滑动的时候,timer失效,停止滑动时,timer恢复
    // 原因:当textFiled滑动的时候,RunLoop的Mode会自动切换成UITrackingRunLoopMode模式,因此timer失效,当停止滑动,RunLoop又会切换回NSDefaultRunLoopMode模式,因此timer又会重新启动了

    // 2. 当我们将timer添加到UITrackingRunLoopMode模式中,此时只有我们在滑动textField时timer才会运行
    // [[NSRunLoop mainRunLoop] addTimer:timer forMode:UITrackingRunLoopMode];

    // 3. 那个如何让timer在两个模式下都可以运行呢?
    // 3.1 在两个模式下都添加timer 是可以的,但是timer添加了两次,并不是同一个timer
    // 3.2 使用站位的运行模式 NSRunLoopCommonModes标记,凡是被打上NSRunLoopCommonModes标记的都可以运行,下面两种模式被打上标签
    //0 : <CFString 0x10b7fe210 [0x10a8c7a40]>{contents = "UITrackingRunLoopMode"}
    //2 : <CFString 0x10a8e85e0 [0x10a8c7a40]>{contents = "kCFRunLoopDefaultMode"}
    // 因此也就是说如果我们使用NSRunLoopCommonModes,timer可以在UITrackingRunLoopMode,kCFRunLoopDefaultMode两种模式下运行
    [[NSRunLoop mainRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];
    NSLog(@"%@",[NSRunLoop mainRunLoop]);
}
-(void)show
{
    NSLog(@"-------");
}
总结:    由上述代码可以看出,NSTimer不管用是因为Mode的切换,因为如果我们在主线程使用定时器,此时RunLoop的Mode为kCFRunLoopDefaultMode,即定时器属于kCFRunLoopDefaultMode,那么此时我们滑动ScrollView时,RunLoop的Mode会切换到UITrackingRunLoopMode,因此在主线程的定时器就不在管用了,调用的方法也就不再执行了,当我们停止滑动时,RunLoop的Mode切换回kCFRunLoopDefaultMode,所有NSTimer就又管用了。

同样道理的还有ImageView的显示,我们直接来看代码,不再赘述了

-(void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event
{
    NSLog(@"%s",__func__);
    // performSelector默认是在default模式下运行,因此在滑动ScrollView时,图片不会加载
    // [self.imageView performSelector:@selector(setImage:) withObject:[UIImage imageNamed:@"abc"] afterDelay:2.0 ];
    // inModes: 传入Mode数组
    [self.imageView performSelector:@selector(setImage:) withObject:[UIImage imageNamed:@"abc"] afterDelay:2.0 inModes:@[NSDefaultRunLoopMode,UITrackingRunLoopMode]];
} 

使用GCD也可是创建计时器,而且更为精确我们来看一下代码

-(void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event
{
    //创建队列
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
    //1.创建一个GCD定时器
    /*
     第一个参数:表明创建的是一个定时器
     第四个参数:队列
     */
    dispatch_source_t timer = dispatch_source_create(DISPATCH_SOURCE_TYPE_TIMER, 0, 0, queue);
    // 需要对timer进行强引用,保证其不会被释放掉,才会按时调用block块
    // 局部变量,让指针强引用
    self.timer = timer;
    //2.设置定时器的开始时间,间隔时间,精准度
    /*
     第1个参数:要给哪个定时器设置
     第2个参数:开始时间
     第3个参数:间隔时间
     第4个参数:精准度 一般为0 在允许范围内增加误差可提高程序的性能
     GCD的单位是纳秒 所以要*NSEC_PER_SEC
     */
    dispatch_source_set_timer(timer, DISPATCH_TIME_NOW, 2.0 * NSEC_PER_SEC, 0 * NSEC_PER_SEC);

    //3.设置定时器要执行的事情
    dispatch_source_set_event_handler(timer, ^{
        NSLog(@"---%@--",[NSThread currentThread]);
    });
    // 启动
    dispatch_resume(timer);
} 

2. CFRunLoopSourceRef事件源(输入源)

Source分为两种

Source0:非基于Port的 用于用户主动触发的事件(点击button 或点击屏幕)
Source1:基于Port的 通过内核和其他线程相互发送消息(与内核相关)
注意:Source1在处理的时候会分发一些操作给Source0去处理

点击button查看调用栈,可以看出runloop中输入的是__CFRunLoopDoSource0事件源

ios -RunLoop(简单理解)
Source0的调用

3. CFRunLoopObserverRef

CFRunLoopObserverRef是观察者,能够监听RunLoop的状态改变
我们直接来看代码,给RunLoop添加监听者,监听其运行状态

-(void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event
{
     //创建监听者
     /*
     第一个参数 CFAllocatorRef allocator:分配存储空间 CFAllocatorGetDefault()默认分配
     第二个参数 CFOptionFlags activities:要监听的状态 kCFRunLoopAllActivities 监听所有状态
     第三个参数 Boolean repeats:YES:持续监听 NO:不持续
     第四个参数 CFIndex order:优先级,一般填0即可
     第五个参数 :回调 两个参数observer:监听者 activity:监听的事件
     */
     /*
     所有事件
     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), //即将进入休眠
     kCFRunLoopAfterWaiting = (1UL << 6),// 刚从休眠中唤醒
     kCFRunLoopExit = (1UL << 7),// 即将退出RunLoop
     kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU
     };
     */
    CFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreateWithHandler(CFAllocatorGetDefault(), kCFRunLoopAllActivities, YES, 0, ^(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity) {
        switch (activity) {
            case kCFRunLoopEntry:
                NSLog(@"RunLoop进入");
                break;
            case kCFRunLoopBeforeTimers:
                NSLog(@"RunLoop要处理Timers了");
                break;
            case kCFRunLoopBeforeSources:
                NSLog(@"RunLoop要处理Sources了");
                break;
            case kCFRunLoopBeforeWaiting:
                NSLog(@"RunLoop要休息了");
                break;
            case kCFRunLoopAfterWaiting:
                NSLog(@"RunLoop醒来了");
                break;
            case kCFRunLoopExit:
                NSLog(@"RunLoop退出了");
                break;

            default:
                break;
        }
    });

    // 给RunLoop添加监听者
    /*
     第一个参数 CFRunLoopRef rl:要监听哪个RunLoop,这里监听的是主线程的RunLoop
     第二个参数 CFRunLoopObserverRef observer 监听者
     第三个参数 CFStringRef mode 要监听RunLoop在哪种运行模式下的状态
     */
    CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetCurrent(), observer, kCFRunLoopDefaultMode);
     /*
     CF的内存管理(Core Foundation)
     凡是带有Create、Copy、Retain等字眼的函数,创建出来的对象,都需要在最后做一次release
     GCD本来在iOS6.0之前也是需要我们释放的,6.0之后GCD已经纳入到了ARC中,所以我们不需要管了
     */
    CFRelease(observer);
} 

我们来看一下输出

ios -RunLoop(简单理解)
监听者监听RunLoop运行状态

七. RunLoop处理逻辑

这时我们再来分析RunLoop的处理逻辑,就会简单明了很多

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官方文档RunLoop处理逻辑

下面这张是网上找的比较形象的流程图,我们就下面这张图来分析一下RunLoop的运行流程

ios -RunLoop(简单理解)
网友总结RunLoop处理逻辑

RunLoop处理逻辑总结 感谢@Delpan指出之前的错误

  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
    改:
    (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
    (1)Source0事件源
    (2)Timer定时器启动
    (3)外部手动唤醒
  8. 通知观察者线程将被唤醒
  9. 处理未处理的事件,跳回2
    改:
    (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
    Source1在处理的时候回分发一些操作给Source0去处理,Source0中可能存在一些Timer出现,所以会回到第二步重新处理Timer和Source0 ,处理完后 到第五步,直到没有Source1,没有事情可做,进入休眠状态,当外部有事件就会立即唤醒RunLoop
  10. 通知观察者run loop 结束

八 . RunLoop退出

  1. 主线程销毁RunLoop退出
  2. Mode中有一些Timer 、Source、 Observer,这些保证Mode不为空时保证RunLoop没有空转并且是在运行的,当Mode中为空的时候,RunLoop会立刻退出
  3. 我们在启动RunLoop的时候可以设置什么时候停止
    [NSRunLoop currentRunLoop]runUntilDate:<#(nonnull NSDate *)#>
    [NSRunLoop currentRunLoop]runMode:<#(nonnull NSString *)#> beforeDate:<#(nonnull NSDate *)#> 

九. RunLoop应用

1. 常驻线程

常驻线程的作用: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
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。
子线程开启RunLoop的代码,先点击屏幕开启子线程并开启子线程RunLoop,然后点击button。

#import "ViewController.h"

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

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
}
-(void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event
{
   // 创建子线程并开启
    NSThread *thread = [[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(show) object:nil];
    self.thread = thread;
    [thread start];
}
-(void)show
{
    // 注意:打印方法一定要在RunLoop创建开始运行之前,如果在RunLoop跑起来之后打印,RunLoop先运行起来,已经在跑圈了就出不来了,进入死循环也就无法执行后面的操作了。
    // 但是此时点击Button还是有操作的,因为Button是在RunLoop跑起来之后加入到子线程的,当Button加入到子线程RunLoop就会跑起来
    NSLog(@"%s",__func__);
    // 1.创建子线程相关的RunLoop,在子线程中创建即可,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,因此在创建的时候直接加入
    // 添加Source [NSMachPort port] 添加一个端口
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:[NSMachPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
    // 添加一个Timer
    NSTimer *timer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:2.0 target:self selector:@selector(test) userInfo:nil repeats:YES];
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode];
    //创建监听者
    CFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreateWithHandler(CFAllocatorGetDefault(), kCFRunLoopAllActivities, YES, 0, ^(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity) {
        switch (activity) {
            case kCFRunLoopEntry:
                NSLog(@"RunLoop进入");
                break;
            case kCFRunLoopBeforeTimers:
                NSLog(@"RunLoop要处理Timers了");
                break;
            case kCFRunLoopBeforeSources:
                NSLog(@"RunLoop要处理Sources了");
                break;
            case kCFRunLoopBeforeWaiting:
                NSLog(@"RunLoop要休息了");
                break;
            case kCFRunLoopAfterWaiting:
                NSLog(@"RunLoop醒来了");
                break;
            case kCFRunLoopExit:
                NSLog(@"RunLoop退出了");
                break;

            default:
                break;
        }
    });
    // 给RunLoop添加监听者
    CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetCurrent(), observer, kCFRunLoopDefaultMode);
    // 2.子线程需要开启RunLoop
    [[NSRunLoop currentRunLoop]run];
    CFRelease(observer);
}
- (IBAction)btnClick:(id)sender {
    [self performSelector:@selector(test) onThread:self.thread withObject:nil waitUntilDone:NO];
}
-(void)test
{
    NSLog(@"%@",[NSThread currentThread]);
}
@end
注意: 创建子线程相关的RunLoop,在子线程中创建即可,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,因此在创建的时候直接加入,如果没有加入Timer或者Source,或者只加入一个监听者,运行程序会崩溃

2. 自动释放池

Timer和Source也是一些变量,需要占用一部分存储空间,所以要释放掉,如果不释放掉,就会一直积累,占用的内存也就越来越大,这显然不是我们想要的。
那么什么时候释放,怎么释放呢?
RunLoop内部有一个自动释放池,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
}

NSTimer、ImageView显示、PerformSelector等在上面已经有过例子,这里不再赘述。

转载自:http://www.jianshu.com/p/b9426458fcf6

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