iOS开发之RunLoop-赵鹏举

Posted 2022-11-25 tarena_3G

1. RunLoop 概念

当我们打开 iPhone 手机进入一款 APP 时，这款 APP 会一直在当前屏幕运行，直到我们 kill 进程或切换到后台。联想到我们刚学习 C 语言时写的一些 C 程序，运行结束后会显示结果，程序就退出了。为什么 iPhone 上的 APP 会一直响应用户的请求？背后的机制是如何实现的呢？

这个小节从 What-How-Why 三个方面解释一下，RunLoop 是什么？是如何运行的？为何采用这种设计？

RunLoop是事件驱动的一个大循环，从 APP 启动开始进入循环直到 APP 退出。它是与线程相关的底层架构，一个run loop 就是一个事件处理循环，我们用它来安排任务和协调事件。runloop 的目的是为了让有任务的时候保持线程忙碌，无任务时让线程休眠。

RunLoop不是一直处于唤醒状态，它有三种状态：

• 睡眠
• 唤醒
• 处理事件

这三种状态的执行顺序是 『睡眠-唤醒-处理事件-睡眠-...』。当有事件需要处理时，RunLoop 被唤醒开始处理事件，事件处理结束后，RunLoop 重新进入睡眠状态。

因为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。如果需要线程一直可以响应不退出， EventLoop 模型（事件循环）可以满足这样的需求。使用事件循环，需要考虑这样几个问题：

• 如何管理事件、消息？
• 如何在无任务处理时避免资源占用？
• 如何在有任务时被唤醒？

RunLoop对象负责管理事件和消息，并提供一个函数（名副其实—— runloop 内部是一个 do-while 循环）来进行Event Loop，该函数负责处理上述的问题2\\3，当线程执行该函数后，会一直处于『睡眠-唤醒-处理事件-睡眠-...』的状态循环中，直到循环结束，函数返回。

在 ios 中是通过CFRunLoop实现的，CFRunLoop 是CoreFoundation框架中的 C 语言API，是线程安全的。在CFRunLoop的基础上封装了NSRunLoop，NSRunLoop是面向对象的，但不是线程安全的。

CFRunLoop 的开源代码可下载，查看 CFRunLoop.c.

不需要去创建 runloop 对象，每个线程（包括主线程）都有一个相关联的 runloop 对象。APP 启动时就会在主线程自动创建和运行一个 runloop。

哪些事件会触发 RunLoop 的状态变化呢？ 有以下6种：

• Observer事件，runloop 状态变化时通知。
  static void CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION();

• Block事件：非延迟的NSObject PerformSelector\\dispatch_after, 和 block 回调。
  static void CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_BLOCK();

• main dispatch queue事件：一次RunLoop有两个机会执行GCD dispatch main queue中的任务，分别在休眠前和被唤醒后。
  static void CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE();

• timer事件：延迟的 NSObject PerformSelector\\dispatch_after\\timer。
  static void CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_TIMER_CALLBACK_FUNCTION();

• source0事件：UIEvent\\CFSocket
  static void CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE0_PERFORM_FUNCTION();

• source1事件：系统内核 mach_msg、CADisplayLink 事件。
  static void CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE1_PERFORM_FUNCTION();

上面的这些方法名可以通过打断点查看调用栈信息看到。

RunLoop 内部逻辑

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2. RunLoop 剖析

runloop 有两个事件源：input sources（输入源） 传送异步事件，通常是来自其他线程或其他应用的信息。Timer sources （定时源）传送同步事件，定时或在某个时间间隔重复发生。

input source 给相应的处理方法发送异步事件，并导致 runUntileDate:方法退出。Timer sources 发送事件给它的处理方法，但不会导致 runloop 退出。

runloop

CF 框架中关于 RunLoop几个概念的对应关系：

RunLoop 概念 E-R图

2.1 RunLoop Mode

Run loop模式是一个集合，其中包括所有要监视的输入源和定时源以及要通知的注册观察者。mode 和源是相对应的，一个 runloop 运行时需要指定一个 mode，与该 Mode 对应的源在本次 runloop 可被监测；非对应的源处于暂停状态，等待与其匹配的 mode 的 runloop 启动时才可被监测。换言之，一次 runloop 只关注一类感兴趣的源。

cocoa和 CF 框架定义了一些默认的通用 mode，是字符串形式：

• default :用于启动 runloop 并配置输入源。
• reply：NSConnection, 通常不会自己配置这个 mode.
• modal panel: modal
• event tracking：用户交互事件
• common modes：是一个数组，可以配置很多 mode 进去,默认包含 除 replay 之外的其他 mode.

cocoa\\CF RunLoop Mode

CFRunLoop与线程是一对一的关系，每条线程中可开启一个 runloop，但 runloop 是可以嵌套的（一个 runloop 中嵌套一个）。CFRunLoop 与 CFRunLoopMode 是一对多的关系，一个 runloop 可以有多种 mode。

2.2 Input Sources(输入源)

2.3 Timer Sources(定时源)

2.4 RunLoop Observer(观察者)

2.5 消息的 runloop 顺序

3. 何时使用 RunLoop?

只有在创建次线程时才需要运行 runloop，对于主线程会自动创建并运行。用次线程进行一个耗时很长的任务时不需要启动 runloop，只有在需要与线程进行交互的时候才启动：

• 使用端口或自定义输入源和其他线程通信
• 使用定时器
• cocoa中使用任何performSelector
• 使线程履行周期性任务

当需要在次线程中使用 RunLoop时，需要创建 RunLoop对象并进行配置。

4. 使用 RunLoop 对象

4.1 获取 RunLoop 对象

• cocoa：[NSRunLoop currentRunLoop]
• 使用CFRunLoopGetCurrent函数

4.2 配置

在次线程启动run loop前，你必须至少添加一类源。因为如果run loop没有任何源需要监视的话，它会在你启动之际立马退出。

5. 设置 RunLoop 源

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6. RunLoop 在 iOS 中的应用

6.1 系统中的应用

• autoreleasepool
  自动释放池中的对象在当前 runloop 进入睡眠之前统一释放。

• 事件响应

• 手势识别
• 界面更新
• 定时器
• performSelector

runloop mode
滑动列表时，default-tracking-default

6.2 其他应用

• AFNetworking源码（待研究）
• TableView 延迟加载图片

UIImage *img = ...;
[self.xxxImageView performSelector:@selector(setImg:) withObject:obj afterDelay:0 inModes:@[NSDefaultRunLoopMode]];

因为 default 类型的 Mode的一次 runloop 不接收滑动事件（见2.1中的图，UIEvent对应的mode 是 tracking），因此在 tableview 滑动时，不加载图片。

• crash 后重启 runloop (待尝试)

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

7. 一些面试题

考察对 mode 的理解：
1）为何NSTimer在界面滚动时无响应？
当用户触摸界面时，主线程的run loop不再对timer事件进行处理。解决办法如下：
[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:UITrackingRunLoopMode];

2）NSURLConnection或NSStream指定RunLoop Mode的原因？
如果是在主线程，那么在滚动ScrollView或者TableView时，主线程的Run Loop会运行在UITrackingRunLoopMode模式，那么NSURLConnection或者NSStream的回调就无法运行，设置为NSRunLoopCommonModes，都可以保证NSURLConnection或者NSStream的回调可以被调用。

8. 一些坑

1）创建NSTimer
在线程中添加Timer时，肯定需要先生成Timer对象啦，有类方法也有实例方法，如果是使用scheduledTimerWithXXX 接口生成的Timer对象，会自动添加到当前线程的NSDefaultRunLoopMode中；如果是其他接口生成的Timer对象，则需要用 -addTimer:forMode添加Timer，这样做的好处是可以指定添加Timer的Run Loop以及模式。

2) timer 事件不会导致 runloop 退出，需要删除。
如果Run Loop中添加的是Timer而没有其他Input Source，而这个Timer只运行一次，那么Timer事件触发后Timer事件源就会从Run Loop删除，那么再运行Run Loop就会立刻返回；同时Timer事件触发是不会让Run Loop返回的，即使使用CF层的CFRunLoopRef运行接口 SInt32 CFRunLoopRunInMode (mode, seconds, returnAfterSourceHandled);运行Run Loop，其第三个参数为YES，Timer事件触发仍然不会导致当前Run Loop的运行返回。

3）运行 NSRunLoop 的接口选择。
如果是使用NSRunLoop，有三个运行的接口：

//运行 NSRunLoop，运行模式为默认的NSDefaultRunLoopMode模式，没有超时限制 
- (void)run; 

//运行 NSRunLoop: 参数为运行模式、时间期限，返回值为YES表示是处理事件后返回的，NO表示是超时或者停止运行导致返回的
- (BOOL)runMode:(NSString *)mode beforeDate:(NSDate *)limitDate; 

//运行 NSRunLoop: 参数为运时间期限，运行模式为默认的NSDefaultRunLoopMode模式 
- (void)runUntilDate:(NSDate *)limitDate;

建议是使用第二个接口来运行，因为它能够设置Run Loop的运行参数最多，而且最重要的是可以使用CFRunLoopStop(runLoopRef)来停止Run Loop的运行，而第一个和第三个接口无法使用CFRunLoopStop(runLoopRef)来停止Run Loop的运行。

4）NSURLConnection
在使用NSURLConnection或者NSStream时，需要考虑到Run Loop的问题，默认情况下这两个对象生成后都是运行在当前线程的NSDefaultRunLoopMode模式的，如果是在主线程，那么在滚动ScrollView或者TableView时，主线程的Run Loop会运行在UITrackingRunLoopMode模式，那么NSURLConnection或者NSStream的回调就无法运行。因此最好是指定NSURLConnection或NSStream在Run Loop中的运行模式，两者有相同的接口 - (void)scheduleInRunLoop:( NSRunLoop )aRunLoop forMode:(NSString )mode;来设置NSURLConnection和NSStream的Run Loop以及模式，而且设置的Mode要设置为NSRunLoopCommonModes，因为NSRunLoopCommonModes默认会包含NSDefaultRunLoopMode和UITrackingRunLoopMode，这样无论Run Loop运行在哪个模式，都可以保证NSURLConnection或者NSStream的回调可以被调用。另外如果是在子线程中你设置了自定义的Run Loop模式，还可以用接口 CFRunLoopAddCommonMode(runLoopRef, mode)添加到NSRunLoopCommonModes。
不过NSURLConnection的使用有点特殊，必须使用它的designated initializer - (id)initWithRequest:(NSURLRequest )request delegate:(id)delegate startImmediately:(BOOL)startImmediately生成NSURLConnection对象，而且第三个参数是否立刻启动NSURLConnection要设置为NO，之后再用 - (void)scheduleInRunLoop:( NSRunLoop )aRunLoop forMode:(NSString )mode;设置Run Loop与模式，再调用 [NSURLConnectionObject start]启动。如果是其他接口生成NSURLConnection，用 - (void)scheduleInRunLoop:( NSRunLoop )aRunLoop forMode:(NSString *)mode;设置Run Loop和mode都不会起作用。