iOS核心笔记——RunLoop-基础

Posted 2020-08-29

1、RunLoop介绍：

?了解：RunLoop从字面意思看就是运行循环、跑圈，通常情况下，一个线程一次只能执行一个任务；任务执行完毕后线程就会进入消亡状态随之退出。有时候我们希望线程执行完任务之后还能随时处理事件且不退出，所以，ios提供了RunLoop。

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1-1、什么是RunLoop？

?重要：RunLoop实际上就是一个对象，RunLoop对象管理其需要处理的事件和消息；RunLoop能够让线程在没有处理消息时进入休眠状态以避免占用资源、在监听到事件源发送的消息时立刻唤醒线程。RunLoop提供了一个入口函数来实现运行循环，当线程执行该函数后，便会处于接收消息->等待处理->处理的循环中，直到运行循环结束、RunLoop退出；RunLoop对象也随之销毁。

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RunLoop循环逻辑：

?重要：在iOS程序中，mian函数中的UIApplicationMain()函数内部启动了一个与主线程相关联的RunLoop；所以，UIApplicationMain()函数一直没有返回；保持程序持续运行。

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RunLoop实现原理：

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1-2、RunLoop对象：

?了解：苹果不允许我们直接通过alloc、init方式创建线程中的RunLoop对象，只有在第一次访问线程中的RunLoop对象时，RunLoop对象将以懒加载的形式创建，所以，iOS中提供了2套API来访问和使用RunLoop。

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1、Foundation框架：

1. NSRunLoop：在Foundation框架中，一个NSRunLoop对象就代表了一个线程中的运行循环。
   
2. 获取方式：

类型	方式	备注
当前线程	通过NSRunLoop的currentRunLoop类方法便能获取到当前线程中的RunLoop对象	当前RunLoop对象可以是主线程中的RunLoop对象，也可以是子线程中的RunLoop对象，如果当前为子线程，则懒加载RunLoop对象之后需要手动调用run方法开启运行循环
主线程	通过NSRunLoop的mainRunLoop类方法能够获取到主线程中的RunLoop对象	当当前线程为主线程时，mainRunLoop与currentRunLoop获取到的是同一个对象

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2、Core Foundation框架：

1. CFRunLoopRef：Core Foundation框架中，一个CFRunLoopRef对象就代表线程中的运行循环。
   
2. 获取方式：

类型	方式	备注
主线程	CFRunLoopGetMain()函数	获取主线程中的RunLoop对象，程序运行时，自动创建并开启
当前线程	CFRunLoopGetCurrent()函数	获取当前线程中的RunLoop对象，如果当前为子线程，则懒加载RunLoop对象之后需要手动调用run方法开启运行循环

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1-3、RunLoop与线程：

1.    /// 全局的Dictionary，key 是 pthread_t， value 是 CFRunLoopRef  
2.    static CFMutableDictionaryRef loopsDic;  
3.    /// 访问 loopsDic 时的锁  
4.    static CFSpinLock_t loopsLock;  
5.
6.    /// 获取一个 pthread 对应的 RunLoop。  
7.    CFRunLoopRef_CFRunLoopGet(pthread_t thread){  
8.        OSSpinLock Lock(&loopsLock);  
9.
10.        if(!loopsDic){  
11.            // 第一次进入时，初始化全局Dic，并先为主线程创建一个 RunLoop。  
12.            loopsDic = CFDictionaryCreateMutable();  
13.            CFRunLoopRef mainLoop = _CFRunLoopCreate();  
14.            CFDictionarySetValue(loopsDic, pthread_main_thread_np(), mainLoop);  
15.        }  
16.
17.        /// 直接从 Dictionary 里获取。  
18.        CFRunLoopRef loop = CFDictionaryGetValue(loopsDic, thread);  
19.
20.        if(!loop){  
21.            /// 取不到时，创建一个  
22.            loop = _CFRunLoopCreate();  
23.            CFDictionarySetValue(loopsDic, thread, loop);  
24.            /// 注册一个回调，当线程销毁时，顺便也销毁其对应的 RunLoop。  
25.            _CFSetTSD(..., thread, loop, __CFFinalizeRunLoop);  
26.        }  
27.
28.        OSSpinLockUnLock(&loopsLock);  
29.        returnloop;  
30.    }  
31.
32.    CFRunLoopRef CFRunLoopGetMain(){  
33.        return _CFRunLoopGet(pthread_main_thread_np());  
34.    }  
35.
36.    CFRunLoopRef CFRunLoopGetCurrent(){  
37.        return _CFRunLoopGet(pthread_self());  
38.    }  

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?重要： CFRunLoop是基于pthread来管理的，线程和RunLoop之间是一一对应的，其关系是保存在一个全局的Dictionary里。线程刚创建时并没有RunLoop，如果你不主动获取，那它一直都不会有。RunLoop 的创建是发生在第一次获取时，RunLoop 的销毁是发生在线程结束时。只能在一个线程的内部获取其 RunLoop（主线程除外）。

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1-4、主线程与子线程：

?重要：在子线程中使用RunLoop时，最好在子线程中的任务中包一个自动释放池（即：在子线程中的任务中手动添加@autoreleasepool，将任务包裹起来，避免内存泄露）。

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1-5、RunLoop注意事项：

?了解：1、每条线程都有唯一一个与之对应的RunLoop对象；

?了解：2、主线程的RunLoop对象在程序启动时已经自动创建完毕，并自动开启运行循环；子线程的RunLoop对象需要主动访问其RunLoop对象以懒加载的形式创建，并且，子线程的RunLoop对象需要调用start方法手动开启；

?了解：3、RunLoop在第一次获取时以懒加载的形式创建，在线程结束时销毁。

?了解：4、RunLoop对象必须依赖线程，即：有线程才有RunLoop对象，没有线程就没有RunLoop对象；不能有RunLoop对象而没有线程。

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1-6、RunLoop学习：

1、苹果官方文档：

RunLoop官方文档介绍

2、CFRunLoopRef源码：

CFRunLoop源码

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2、RunLoop对外接口：

?重要：在 CoreFoundation 里面关于 RunLoop 有5个类:

CFRunLoopRef ：RunLoop对象
CFRunLoopModeRef ：RunLoop模式
CFRunLoopSourceRef ：RunLoop事件源
CFRunLoopTimerRef ：RunLoop定时器
CFRunLoopObserverRef：RunLoop观察者

其中，CFRunLoopModeRef 类并没有对外暴露，只是通过 CFRunLoopRef 的接口进行了封装。它们之间的关系如下图所示：

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2-1、CFRunLoopRef：

?重要：1、一个 RunLoop 包含若干个 Mode，每个 Mode 又包含若干个 Source/Timer/Observer。每次调用 RunLoop 的主函数时，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 Loop，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。

?重要：2、RunLoop中的Source/Timer/Observer被统称为mode item，一个 item 可以被同时加入多个mode。但一个 item被重复加入同一个mode时是不会有效果的。如果一个 mode 中一个item都没有，则RunLoop会直接退出，不进入循环。

?了解：3、

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2-2、CFRunLoopSourceRef：

?重要：CFRunLoopSourceRef是事件产生的地方，Source有两个版本：Source0 和 Source1。

· Source0 ：非基于Post，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，包含了一个 mach_port 和一个回调（函数指针），被用于通过内核和其他线程相互发送消息。这种 Source 能主动唤醒 RunLoop 的线程，其原理在下面会讲到。

?了解：以前CFRunLoopSourceRef可分为：①Port-Based Sources；②Custom Input Sources；③Cocoa Perform Selector Sources。

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基于事件源的函数调用栈：

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2-3、CFRunLoopTimerRef：

?重要：CFRunLoopTimerRef 是基于时间的触发器，它和 NSTimer是toll-free bridged的，可以混用。其包含一个时间长度和一个回调（函数指针）。当其加入到 RunLoop 时，RunLoop会注册对应的时间点，当时间点到时，RunLoop会被唤醒以执行那个回调。

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2-4、CFRunLoopObserverRef：

?重要：CFRunLoopObserverRef是观察者，每个Observer都包含了一个回调（函数指针），当RunLoop的状态发生变化时，观察者就能通过回调接受到这个变化。可以观测的时间点有以下几个：

1.typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
2.   kCFRunLoopEntry = (1UL << 0),  // 1 --- 即将进入RunLoop
3.   kCFRunLoopBeforeTimers = (1UL << 1),  // 2 --- 即将处理定时器
4.   kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2),  // 4 --- 即将处理Source
5.   kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5),  // 32 --- 即将进入休眠状态
6.   kCFRunLoopAfterWaiting = (1UL << 6),  // 64 --- 唤醒RunLoop
7.   kCFRunLoopExit = (1UL << 7),  // 128 --- 即将退出RunLoop
8.   kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU // RunLoop所有状态
9.};

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?重要：给RunLoop对象设置观察者：

步骤：①创建观察者对象；②将观察者对象设置为指定RunLoop对象的观察者。

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3、CFRunLoopModeRef：

?重要：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。每次调用 RunLoop 的主函数时，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 Loop，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。

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3-1、CFRunLoopMode和CFRunLoop的结构大致如下：

CFRunLoopMode结构：

1.struct__CFRunLoopMode{  
2.    CFStringRef_name;            // Mode Name, 例如 @"kCFRunLoopDefaultMode"  
3.    CFMutableSetRef_sources0;    // Set<CFRunLoopSourceRef>  
4.    CFMutableSetRef_sources1;    // Set<CFRunLoopSourceRef>  
5.    CFMutableArrayRef_observers;// Array<CFRunLoopObserverRef>  
6.    CFMutableArrayRef_timers;    // Array<CFRunLoopTimerRef>  
7.        ...  
8.};  

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CFRunLoop结构：

1.struct__CFRunLoop{  
2.      CFMutableSetRef_commonModes;  // Set<CFStringRef>  
3.      CFMutableSetRef_commonModeItems;  // Set<Source/Observer/Timer>  
4.      CFRunLoopModeRef_currentMode;  // Current Runloop Mode  
5.      CFMutableSetRef_modes;  // Set<CFRunLoopModeRef>  
6.        ...  
7.};  

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3-2、RunLoop5种模式：

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?重要： “CommonModes”：一个 Mode 可以将自己标记为”Common”属性（通过将其 ModeName 添加到 RunLoop 的 “commonModes” 中）。每当 RunLoop 的内容发生变化时，RunLoop 都会自动将 _commonModeItems 里的 Source/Observer/Timer 同步到具有 “Common” 标记的所有Mode里。

?了解：应用场景举例：主线程的 RunLoop 里有两个预置的 Mode：kCFRunLoopDefaultMode 和 UITrackingRunLoopMode。这两个 Mode 都已经被标记为”Common”属性。DefaultMode 是 App 平时所处的状态，TrackingRunLoopMode 是追踪 ScrollView 滑动时的状态。当你创建一个 Timer 并加到 DefaultMode 时，Timer 会得到重复回调，但此时滑动一个TableView时，RunLoop 会将 mode 切换为 TrackingRunLoopMode，这时 Timer 就不会被回调，并且也不会影响到滑动操作。有时你需要一个 Timer，在两个 Mode 中都能得到回调，一种办法就是将这个 Timer 分别加入这两个 Mode。还有一种方式，就是将 Timer 加入到顶层的 RunLoop 的 “commonModeItems” 中。”commonModeItems” 被 RunLoop 自动更新到所有具有”Common”属性的 Mode 里去。
CFRunLoop对外暴露的管理 Mode 接口只有下面2个:

1.  CFRunLoopAddCommonMode(CFRunLoopRef runloop, CFStringRef modeName);  
2.  CFRunLoopRunInMode(CFStringRef modeName, ...);  
3.

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Mode 暴露的管理 mode item 的接口有下面几个：

1.  CFRunLoopAddSource(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopSourceRef source, CFStringRef modeName);  
2.
3.  CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopObserverRef observer, CFStringRef modeName);  
4.
5.  CFRunLoopAddTimer(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopTimerRef timer, CFStringRef mode);  
6.
7.  CFRunLoopRemoveSource(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopSourceRef source, CFStringRef modeName);  
8.
9.  CFRunLoopRemoveObserver(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopObserverRef observer, CFStringRef modeName);  
10.
11.  CFRunLoopRemoveTimer(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopTimerRef timer, CFStringRef mode);  

?重要：只能通过mode name来操作内部的mode，当传入一个新的mode name时，但是，RunLoop内部没有对应mode时，RunLoop会自动帮你创建对应的 CFRunLoopModeRef。对于一个RunLoop来说，其内部的mode只能增加不能删除。苹果公开提供的 Mode 有两个：kCFRunLoopDefaultMode (NSDefaultRunLoopMode) 和 UITrackingRunLoopMode，可以用这两个Mode Name来操作其对应的Mode。同时苹果还提供了一个操作 Common 标记的字符串：kCFRunLoopCommonModes (NSRunLoopCommonModes)，可以用这个字符串来操作 Common Items，或标记一个 Mode 为 “Common”。使用时注意区分这个字符串和其他 mode name。

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3-3、RunLoop模式详细介绍：

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