iOS深入理解RunLoop

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2024年04月23日 17:17 · 阅读数 9

一、RunLoop简介

1、什么是RunLoop

Run表示运行，Loop表示循环。结合在一起就是运行的循环的意思。哈哈，我更愿意翻译为『跑圈』。直观理解就像是不停的跑圈。

RunLoop实际上是一个对象，这个对象在循环中用来处理程序运行过程中出现的各种事件（比如说触摸事件、UI刷新事件、定时器事件、Selector事件），从而保持程序的持续运行；而且在没有事件处理的时候，会进入睡眠模式，从而节省CPU资源，提高程序性能。

事件循环(状态切换)

没有消息需要处理时，休眠以避免资源占用。用户态 ->内核态

有消息需要处理时，立刻被唤醒。内核态 ->用户态

什么是事件/消息进行管理呢？

RunLoop通过mach_msg()函数接收、发送消息来进行管理。

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。

可以做到有事做的时候做事，没事做的时候，会由用户态切换到内核态，避免资源浪费。 如何实现事件、消息的管理

mach_msg()函数实际上是调用了一个Mach陷阱(trap), 即函数mach_msg_trap(),陷阱这个概念在Mach中等同于系统调用。当你在用户态调用mach_msg_trap()时会触发陷阱机制，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。

iOS深入理解RunLoop

Runloop的核心就是一个 mach_msg()，RunLoop 调用这个函数去接收消息，如果没有别人发送 port 消息过来，内核会将线程置于等待状态。例如你在模拟器里跑起一个 iOS 的 App，然后在 App 静止时点击暂停，你会看到主线程调用栈是停留在 mach_msg_trap() 这个地方。

2、RunLoop和线程的关系

RunLoop和线程是息息相关的，我们知道线程的作用是用来执行特定的一个或多个任务，但是在默认情况下，线程执行完之后就会退出，就不能再执行任务了。这时我们就需要采用一种方式来让线程能够处理任务，并不退出。所以，我们就有了RunLoop

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

二、RunLoop相关类

Core Foundation框架下关于 RunLoop 的 5 个类，只有弄懂这几个类的含义，我们才能深入了解 RunLoop 的运行机制。

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

RunLoop相关类的关系

一个RunLoop对象（CFRunLoopRef）中包含若干个运行模式（CFRunLoopModeRef）。而每一个运行模式下又包含若干个输入源（CFRunLoopSourceRef）、定时源（CFRunLoopTimerRef）、观察者（CFRunLoopObserverRef）。

每次RunLoop启动时，只能指定其中一个运行模式（CFRunLoopModeRef），这个运行模式（CFRunLoopModeRef）被称作CurrentMode。
如果需要切换运行模式（CFRunLoopModeRef），只能退出Loop，再重新指定一个运行模式（CFRunLoopModeRef）进入。
这样做主要是为了分隔开不同组的输入源（CFRunLoopSourceRef）、定时源（CFRunLoopTimerRef）、观察者（CFRunLoopObserverRef），让其互不影响。

1、CFRunLoopRef

CFRunLoopRef 是 Core Foundation 框架下 RunLoop 对象类。

   OC版本 
    // Core Foundation
    CFRunLoopGetCurrent();// 获得当前线程的RunLoop对象
    CFRunLoopGetCurrent();// 获得主线程的的RunLoop对象
    
    // Foundation
    [NSRunLoop currentRunLoop]; //获得当前线程的RunLoop对象
    [NSRunLoop mainRunLoop];// 获得主线程的的RunLoop对象

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

    // Foundation
    RunLoop.current //获得当前线程的RunLoop对象
    RunLoop.main// 获得主线程的的RunLoop对象

2 CFRunLoopModeRef（运行模式）

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

系统默认定义了多种运行模式（CFRunLoopModeRef），如下：

kCFRunLoopDefaultMode：App的默认运行模式，通常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（后边会用到）

其中kCFRunLoopDefaultMode、UITrackingRunLoopMode、kCFRunLoopCommonModes是我们开发中需要用到的模式

3 CFRunLoopTimerRef

CFRunLoopTimerRef是定时源（RunLoop模型图中提到过），理解为基于时间的触发器，基本上就是NSTimer

Timer.scheduledTimer(timeInterval: 0.5, target: self, selector: #selector(tryRun), userInfo: nil, repeats: true)

scheduledTimer返回的定时器，Timer会自动被加入到了RunLoop的NSDefaultRunLoopMode模式下

let timer = Timer(timeInterval: 0.5, target: self, selector: #selector(tryRun), userInfo: nil, repeats: true)
        
// 将定时器添加到当前RunLoop的NSDefaultRunLoopMode下
RunLoop.current.add(timer, forMode: .default)
// 将定时器添加到当前RunLoop的UITrackingRunLoopMode下
//
RunLoop.current.add(timer, forMode: .tracking)
// 将定时器添加到当前RunLoop的 kCFRunLoopCommonModes
RunLoop.current.add(timer, forMode: .common)

4 CFRunLoopSourceRef

CFRunLoopSourceRef是事件源（RunLoop模型图中提到过），CFRunLoopSourceRef有两种分类方法。

第一种按照官方文档来分类（就像RunLoop模型图中那样）：
- Port-Based Sources（基于端口）
- Custom Input Sources（自定义）
- Cocoa Perform Selector Sources
第二种按照函数调用栈来分类：
- Source0 ：非基于Port
- Source1：基于Port，通过内核和其他线程通信，接收、分发系统事件这两种分类方式其实没有区别，只不过第一种是通过官方理论来分类，第二种是在实际应用中通过调用函数来分类。

iOS深入理解RunLoop 函数调用栈 点击事件是这样来的：

首先程序启动，调用24行的main函数，main函数调用20行UIApplicationMain函数，然后一直往上调用函数，最终调用到0行的tryBtn函数，即点击函数。
同时我们可以看到14行中有Sources0，也就是说我们点击事件是属于Sources0函数的，点击事件就是在Sources0中处理的。
而至于Sources1，则是用来接收、分发系统事件，然后再分发到Sources0中处理的。

5 CFRunLoopObserverRef

CFRunLoopObserverRef是观察者，用来监听RunLoop的状态改变 CFRunLoopObserverRef可以监听的状态改变有以下几种：

typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) { 
kCFRunLoopEntry = (1UL << 0), // 即将进入Loop：1 
kCFRunLoopBeforeTimers = (1UL << 1), // 即将处理Timer：2 
kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2), // 即将处理Source：4 
kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5), // 即将进入休眠：32 
kCFRunLoopAfterWaiting = (1UL << 6), // 即将从休眠中唤醒：64 
kCFRunLoopExit = (1UL << 7), // 即将从Loop中退出：128 
kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU // 监听全部状态改变 };

let observerRes = CFRunLoopObserverCreateWithHandler(kCFAllocatorDefault, 
CFRunLoopActivity.allActivities.rawValue,true, 0) { observer , activity in
    switch (activity) {
        case .entry:
                print("进入RunLoop");
        case .beforeTimers:
            print("即将处理计时器");
        case  .beforeSources:
                print("即将处理Sources");
        case .beforeWaiting:
                print("即将进入休眠");
        case .afterWaiting:
                print("从休眠中唤醒");
       case .exit:
                print("runLoop退出");
            default:
                break;
    }
}
CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetCurrent(), observerRes, CFRunLoopMode.commonModes)

iOS深入理解RunLoop 看到RunLoop的状态在不断的改变，最终变成了状态 32，也就是即将进入睡眠状态，说明RunLoop之后就会进入睡眠状态

三、RunLoop原理

Source0

触摸事件处理

performSelector:onThread:

只包含了一个回调（函数指针），它并不能主动触发事件。使用时，你需要先调用 CFRunLoopSourceSignal(source)，将这个 Source 标记为待处理，然后手动调用 CFRunLoopWakeUp(runloop) 来唤醒 RunLoop，让其处理这个事件。

Source1

基于Port的线程间通信

系统事件捕捉

mach_Port的，来自系统内核或者其他进程或线程的事件，可以主动唤醒休眠中的RunLoop（iOS里进程间通信开发过程中我们一般不主动使用）。mach_port大家就理解成进程间相互发送消息的一种机制就好。

简单举个例子：一个APP在前台静止着，此时，用户用手指点击了一下APP界面，那么过程就是下面这样的：

我们触摸屏幕，先摸到硬件(屏幕)，屏幕表面的事件会先包装成Event，Event先告诉source（mach_port），source1唤醒RunLoop，然后将事件Event分发给source0，然后由source0来处理。如果没有事件，也没有timer，则runloop就会睡眠，如果有，则runloop就会被唤醒，然后跑一圈。

Timers

NSTimer

performSelector:withObject:afterDelay:

Observers

用于监听RunLoop的状态

UI刷新（BeforeWaiting）

Autorelease pool（BeforeWaiting）

通知Observers：进入Loop
通知Observers：即将处理Timers
通知Observers：即将处理Sources
处理Blocks
处理Source0（可能会再次处理Blocks）
如果存在Source1，就跳转到第8步
通知Observers：开始休眠（等待消息唤醒）
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

处理Blocks
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

通知Observers：退出Loop

四、RunLoop实战应用

1、ImageView推迟显示

利用PerformSelector设置当前线程的RunLoop的运行模式

利用performSelector方法为UIImageView调用setImage:方法，并利用inModes将其设置为RunLoop下NSDefaultRunLoopMode运行模式

[self.imageView performSelector:@selector(setImage:)
withObject:[UIImage imageNamed:@"tupian"] afterDelay:4.0 
inModes:NSDefaultRunLoopMode];

2、后台常驻线程

我们在开发应用程序的过程中，如果后台操作特别频繁，经常会在子线程做一些耗时操作（下载文件、后台播放音乐等），我们最好能让这条线程永远常驻内存。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];
    // 创建线程，并调用run1方法执行任务
    self.thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run1) object:nil];
    // 开启线程
    [self.thread start];    
}
- (void) run1
{
    // 这里写任务
    NSLog(@"----run1-----");
    // 添加下边两句代码，就可以开启RunLoop，之后self.thread就变成了常驻线程，可随时添加任务，并交于RunLoop处理
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:[NSPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
    [[NSRunLoop currentRunLoop] run];

    // 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(@"未开启RunLoop");
}
- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event
{   
    // 利用performSelector，在self.thread的线程中调用run2方法执行任务
    [self performSelector:@selector(run2) onThread:self.thread withObject:nil waitUntilDone:NO];
}

- (void) run2
{
    NSLog(@"----run2------");
}