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RunLoop

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ChengwenYuan edited this page Mar 21, 2020 · 10 revisions

简介

一般来讲，一个线程一次只能执行一个任务，执行完成后线程就会退出。如果我们需要一个机制，让线程能随时处理事件但并不退出，通常的代码逻辑是这样的：

int main(int argc, char *argv[])
{
    do{
        id whoWakeMe = SleepForWakingUp();
        id event = GetEvent(whoWakeMe);
        HandleEvent(event);       
    }while(isRun);
    return 0;
}

这种模型通常被称作 Event Loop。iOS中提供了这样两个对象：NSRunLoop/CFRunLoopRef。 CFRunLoopRef 是在 CoreFoundation 框架内的，它提供了纯 C 函数的 API，所有这些 API 都是线程安全的。 NSRunLoop 是基于 CFRunLoopRef 的封装，提供了面向对象的 API，但是这些 API 不是线程安全的。

RunLoops in Cocoa

  • 系统级：GCD, mach kernel , block, pthread
  • 应用级：NSTimer, UIEvent, Autorelease(面试中终归说到Runloop),NSObject (NSDelayedPerforming),NSObject(NSThreadPerformAddition),CADisplayLink,CATransition,CAAnimation, dispatch_get_main_queue(),NSURLConnection, AFNetworking, NSPort。

在Main Thread堆栈中处的位置

堆栈最底层是start(dyld)，往上依次是main，UIApplication(main.m) -> GSEventRunModal(Graphic Services) -> RunLoop(包含CFRunLoopRunSpecific，__CFRunLoopRun，__CFRunLoopDoSources0，CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE0_PERFORM_FUNCTION) -> Handle Touch Event

原理

执行顺序的伪代码

SetupThisRunLoopRunTimeoutTimer(); // by GCD timer 设置GCD timer 检测runloop的运行时间
do {
     __CFRunLoopDoObservers(kCFRunLoopBeforeTimers); // 通知observer 跑timer
     __CFRunLoopDoObservers(kCFRunLoopBeforeSources);

     __CFRunLoopDoBlocks();
     __CFRunLoopDoSource0();

     CheckIfExistMessagesInMainDispatchQueue(); // GCD 处理GCD分到主线程的任务

     __CFRunLoopDoObservers(kCFRunLoopBeforeWaiting); //通知observer准备休眠
     var wakeUpPort = SleepAndWaitForWakingUpPorts(); //等待被port唤醒 这个函数有返回值 下面的if根据这个返回值做操作
     // mach_msg_trap
     // Zzz...
     // Received mach_msg, wake up
     __CFRunLoopDoObservers(kCFRunLoopAfterWaiting);
     // Handle msgs
     if (wakeUpPort == timerPort) {
          __CFRunLoopDoTimers();
     } else if (wakeUpPort == mainDispatchQueuePort) {
          // GCD
          __CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__()
     } else {
          __CFRunLoopDoSource1();
     }
     __CFRunLoopDoBlocks();
} while (!stop && !timeout);

构成元素

                  CFRunLoop ---> thread
                       |
                       |
                 CFRunLoopMode
                   /   |   \
                /      |      \
              /        |        \

CFRunLoopSource CFRunLoopTimer CFRunLoopObserver

CFRunLoopMode

特性

RunLoop 在同一段时间只能且必须在一种特定的Mode下Run 更换Mode时，需要停止当前Loop,然后重启新Loop Mode是iOS App 滑动顺畅的关键 可以自己定制Mode（基本不会）

几种Mode

*NSDefaultRunLoopMode：默认，空闲状态 *UITrackingRunLoopMode：ScrollView滑动时 *UIInitializationRunLoopMode：启动时 *NSRunLoopCommonModes：Mode集合 Timer计时会被scrollView的滑动影响的问题可以通过将timer添加到NSRunLoopCommonModes来解决

CFRunLoopTimer

NSTimer是对RunLoopTimer的封装

+ (NSTimer *)timerWithTimeInterval:(NSTimeInterval)ti invocation:(NSInvocation *)invocation repeats:(BOOL)yesOrNo;
+ (NSTimer *)scheduledTimerWithTimeInterval:(NSTimeInterval)ti invocation:(NSInvocation *)invocation repeats:(BOOL)yesOrNo;

- (void)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(id)anArgument afterDelay:(NSTimeInterval)delay inModes:(NSArray *)modes;

+ (CADisplayLink *)displayLinkWithTarget:(id)target selector:(SEL)sel;
- (void)addToRunLoop:(NSRunLoop *)runloop forMode:(NSString *)mode;

NSTimer 其实就是 CFRunLoopTimerRef，他们之间是 toll-free bridged 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。

CFRunLoopSource

  • Source 是RunLoop的数据源抽象类（protocol）
  • RunLoop 定义了两个Version的Source:
  1. Source0: 处理App内部事件，App自己负责管理（触发），如UIEvent,CFSocket
  2. Source1: 由RunLoop和内核管理，Mach port（Mattt 大神写过文章） 驱动，如CFMachPort,CFMessagePort

CFRunLoopObserver

向外界报告RunLoop当前状态的更改，框架中很多机制都由RunLoopObserver触发，如CAAnimation.

typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
     kCFRunLoopEntry = (1UL << 0),
     kCFRunLoopBeforeTimers = (1UL << 1),
     kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2),
     kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5),
     kCFRunLoopAfterWaiting = (1UL << 6),
     kCFRunLoopExit = (1UL << 7),
     kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU
};

RunLoopObserver 与AutoRelease Pool

UIKit 通过RunLoopObserver 在RunLoop两次Sleep间对AutoreleasePool进行pop和push，将这次Loop中产生的Autorelease对象释放.

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。

AutoRelease Pool 原理 AutoRelease原理

使用RunLoop的案例

AFNetworking

使用NSOperation+NSURLConnection并发模型都会面临NSURLConnection下载完成前线程退出导致NSOperation对象接收不到回调的问题。AFNetWorking解决这个问题的方法是按照官方的guidhttps://developer.apple.com/library/mac/documentation/Cocoa/Reference/Foundation/Classes/NSURLConnection_Class/Reference/Reference.html#//apple_ref/occ/instm/NSURLConnection/initWithRequest:delegate:startImmediately:上写的NSURLConnection的delegate方法需要在connection发起的线程runloop中调用，于是AFNetWorking直接借鉴了Apple自己的一个Demohttps://developer.apple.com/LIBRARY/IOS/samplecode/MVCNetworking/Introduction/Intro.html的实现方法单独起一个global thread，内置一个runloop，所有的connection都由这个runloop发起，回调也是它接收，不占用主线程，也不耗CPU资源。

+ (void)networkRequestThreadEntryPoint:(id)__unused object {
     @autoreleasepool {
          [[NSThread currentThread] setName:@"AFNetworking"];

          NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];
          [runLoop addPort:[NSMachPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
          [runLoop run];
     }
}

+ (NSThread *)networkRequestThread {
     static NSThread *_networkRequestThread = nil;
     static dispatch_once_t oncePredicate;
     dispatch_once(&oncePredicate, ^{
          _networkRequestThread =
          [[NSThread alloc] initWithTarget:self
               selector:@selector(networkRequestThreadEntryPoint:)
               object:nil];
          [_networkRequestThread start];
     });

     return _networkRequestThread;
}

类似的可以用这个方法创建一个常驻服务的线程。

TableView中实现平滑滚动延迟加载图片

利用CFRunLoopMode的特性，可以将图片的加载放到NSDefaultRunLoopMode的mode里，这样在滚动UITrackingRunLoopMode这个mode时不会被加载而影响到。

UIImage *downloadedImage = ...;
[self.avatarImageView performSelector:@selector(setImage:)
     withObject:downloadedImage
     afterDelay:0
     inModes:@[NSDefaultRunLoopMode]];

接到程序崩溃时的信号进行自主处理例如弹出提示等

CFRunLoopRef runLoop = CFRunLoopGetCurrent();
NSArray *allModes = CFBridgingRelease(CFRunLoopCopyAllModes(runLoop));
while (1) {
     for (NSString *mode in allModes) {
          CFRunLoopRunInMode((CFStringRef)mode, 0.001, false);
     }
}

异步测试

- (BOOL)runUntilBlock:(BOOL(^)())block timeout:(NSTimeInterval)timeout
{
     __block Boolean fulfilled = NO;
     void (^beforeWaiting) (CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity) =
     ^(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity) {
          fulfilled = block();
          if (fulfilled) {
               CFRunLoopStop(CFRunLoopGetCurrent());
          }
     };

     CFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreateWithHandler(NULL, kCFRunLoopBeforeWaiting, true, 0, beforeWaiting);
     CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetCurrent(), observer, kCFRunLoopDefaultMode);

     // Run!
     CFRunLoopRunInMode(kCFRunLoopDefaultMode, timeout, false);

     CFRunLoopRemoveObserver(CFRunLoopGetCurrent(), observer, kCFRunLoopDefaultMode);
     CFRelease(observer);

     return fulfilled;
}

子线程autoRelease 对象，何时释放： 1.子线程在使用autorelease对象时，如果没有autoreleasepool会在autoreleaseNoPage中懒加载一个出来。 2.在runloop的run:beforeDate，以及一些source的callback中，有autoreleasepool的push和pop操作，总结就是系统在很多地方都差不多autorelease的管理操作。 3.就算插入没有pop也没关系，在线程exit的时候会释放资源，执行AutoreleasePoolPage::tls_dealloc，在这里面会清空autoreleasepool。

来源： https://github.com/ming1016/study/wiki/CFRunLoop

https://blog.ibireme.com/2015/05/18/runloop/

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