iOS NSRunloop

Posted 2020-10-17 BigBaHuang

什么是Runloop

Runloop即运行循环。为什么你的APP放在那里不去动它，在某个时间点去操作它，它还会给你反馈。就是因为Runloop的存在。
总结一下，因为Runloop的存在，保证你的程序不会死。

主要负责什么？

1. 使程序一直运行并接受用户输入
2. 决定程序在何时处理一些Event
3. 调用解耦(Message Queue)
4. 节省CPU时间（没事的时候闲着，有事的时候处理）

谁依赖NSRunloop

1. NSTimer
2. UIEvent
3. autorelease
4. NSObject(NSDelaydPerforming)
5. NSObject(NSThreadPerformAddtion)
6. CADisplayLink
7. CATransition
8. CAAnimation
9. dispatch_get_main_queue()
10. AFNetworking(NSURLConnection)
11. ...

主线程几乎所有的函数都从以下的6个之1的调起

__CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__
__CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_BLOCK__
__CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__
__CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_TIMER_CALLBACK_FUNCTION__
__CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE0_PERFORM_FUNCTION__
__CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE1_PERFORM_FUNCTION__

构成元素

 

Snip20160907_437.png

因为NSRunloop是对CFRunloop的封装，所以这里只看CFRunLoop就可以了。

CFRunLoopTimer的封装

系统提供的NSTimer、CADisplayLink、performSelector等都是对CFRunLoopTimer的封装。

CFRunLoopSource

Source是RunLoop的数据源抽象类(用OC的话来讲就是protocol)。
RunLoop定义了两个版本的Source,分别是Source0和Source1。

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驱动，如CFMachPort、CFMessagePort

CFRunLoopObserver

观察者，向外部报告RunLoop当前状态的更改

typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
    kCFRunLoopEntry         = (1UL << 0), // 即将进入Loop
    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Loop
};

框架中很多机制都由CFRunLoopObserver触发，比如CAAnimation
举例:

self.navigationController pushViewController:<#(nonnull UIViewController *)#> animated:<#(BOOL)#>

当程序执行完这行代码时，我们可以看到经历push动画之后，到达了一个新的界面。
但其实并不是执行完这行代码就出现了Push的动画。
其实，执行这段代码时不会立刻就掉push动画，而是要RunLoop循环一圈收集所有的Animation操作，汇集起来一起去调。

CFRunLoopObserver与AutoreleasePool

对象的释放并不是在{}括号结束。而是稍微延迟了一点。
堆栈如下：

_wrapRunLoopAutoreleasePoolHandler
__CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__

UIKit通过RunLoopOberser在RunLoop两次Sleep间对AutoreleasePool进行Pop和Push，将这次Loop产生的Autorelease对象释放。
也就是RunLoop跑一圈没事了就睡，被唤醒了再跑下一圈，在两次sleep之间对自动释放池进行释放。

CFRunLoopMode

注意

RunLoop在同一段时间只能且必须在一种特定Mode下Run。
更换Mode时，需要停止当前Loop，然后重启新Mode。
Mode是ios滑动顺畅的关键。

类型

1. NSDefaultRunLoopMode
   默认状态(空闲状态)，比如点击按钮都是这个状态
2. UITrackingRunLoopMode
   滑动时的Mode。比如滑动UIScrollView时。
3. UIInitializationRunLoopMode
   私有的，APP启动时。就是从iphone桌面点击APP的图标进入APP到第一个界面展示之前，在第一个界面显示出来后，UIInitializationRunLoopMode就被切换成了NSDefaultRunLoopMode。
4. NSRunLoopCommonModes
   它是NSDefaultRunLoopMode和UITrackingRunLoopMode的集合。结构类似于一个数组。在这个mode下执行其实就是两个mode都能执行而已。
   典型的应用场景这样：当前界面有开启一个NSTimer，并且滑动UIScrollView。正常开启NSTimer后，滑动UIScrollView时它是不滑动的。解决办法就是把这个timer加入到当前的RunLoop，并把RunLoop的mode设置为NSRunLoopCommonModes。这样就可以保证不管你是NSDefaultRunLoopMode里跑，还是UITrackingRunLoopMode里跑，这个timer都可以执行。

self.timer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:0.0625
                                                  target:self
                                                selector:@selector(progressChange)
                                                userInfo:nil
                                                 repeats:YES];
    
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:self.timer forMode:NSRunLoopCommonModes];

当你开始滑动UIScrollView时，RunLoop的mode状态变化如下：

NSDefaultRunLoopMode -> UITrackingRunLoopMode -> NSDefaultRunLoopMode

开始滑动时，第一次mode的切换会把NSDefaultRunLoopMode停掉。然后开启新的UITrackingRunLoopMode。当滑动停止时，由UITrackingRunLoopMode切换回NSDefaultRunLoopMode，这时UITrackingRunLoopMode被停止，又切换回了老的NSDefaultRunLoopMode（这个老的NSDefaultRunLoopMode应该是重新开始的）。

RunLoop和GCD的关系

RunLoop和GCD的关系，准确来说是只要使用了dispatch_get_main_queue()，就与RunLoop有了关系。

因为GCD中dispatch到main queue的block被分发到main RunLoop执行。

RunLoop的挂起和唤醒

我写了个demo，运行，然后点击debug栏的暂停，查看堆栈，如下：

 

Snip20160907_438.png

1. 指定用于唤醒的mach_port接口
2. 调用mach_msg监听唤醒端口，被唤醒前，系统内核将这个线程挂起，停留在mach_msg_trap状态
3. 由另一个线程（或另一个进程中的某个线程）向内核发送这个端口的msg后，trap状态被唤醒，RunLoop继续开始干活。

RunLoop迭代执行顺序

伪代码：

SetupThisRunLoopRunTimeoutTimer();  //by GCD timer
do{
    __CFRunLoopDoObservers(kCFRunLoopBeforeTimers);
    __CFRunLoopDoObservers(kCFRunLoopBeforeSources);

    __CFRunLoopDoBlocks();
    __CFRunLoopDoSource0();

    CheckIfExistMessagesInMainDispatchQueue();    //GCD

    __CFRunLoopDoObservers(kCFRunLoopBeforeWaiting);
    var wakeUpPort = SleepAndWaitForWakingUpPorts();
    //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);

代码解读

//首先do..while循环不能是一个死循环,所以在这里设置一个过期时间
//这件事是GCD干的，用来检测do..while循环跑了多久
SetupThisRunLoopRunTimeoutTimer();

//开始跑循环
do{
    //告诉observer我要跑timer了
    __CFRunLoopDoObservers(kCFRunLoopBeforeTimers);
    //告诉observer我要跑source了
    __CFRunLoopDoObservers(kCFRunLoopBeforeSources);

    __CFRunLoopDoBlocks();
    //程序跑到这里会查询Source0有什么消息
    __CFRunLoopDoSource0();

    //询问GCD你有没有存在主线程的东西需要我帮你调
    CheckIfExistMessagesInMainDispatchQueue();  //GCD

    //告诉observer我要睡了，RunLoop进入到挂起状态
    __CFRunLoopDoObservers(kCFRunLoopBeforeWaiting);

    //进入trap状态，程序跑到这里就卡在这不动了，等待被某个Port唤醒
    var wakeUpPort = SleepAndWaitForWakingUpPorts();

    //被唤醒后，告诉observer我被唤醒了
    __CFRunLoopDoObservers(kCFRunLoopAfterWaiting);

    //假如是被timer唤醒的
    if(wakeUpPort == timerPort){
        //就去循环遍历和timer有关的回调
        __CFRunLoopDoTimers();
    }else if(wakeUpPort == mainDispatchQueuePort) {
        //如果是主线程的GCD把我唤醒的，那RunLoop就知道GCD要让它做事了，然后就取调GCD的这些事件
        __CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE_()
    }else {
          //如果都不是，就是Source1，Source1是基于Port事件的，比如网络某个端口来数据了，就会把RunLoop唤醒，去对来的数据进行处理
          __CFRunLoopDoSource1();
    }
    __CFRunLoopDoBlocks();
}while(!stop && !timeout);
//判断条件：有没有被外部干掉 && 到了过期时间
//如果过期时间不手动进行设置的话，默认值是一个很大的值，可能是Int_Max

AFNetworking是如何玩转RunLoop的

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

        //为了不让runloop run起来没事干导致消失
        //所以给runloop加了一个NSMachPort，给它一个mode去监听
        //实际上port什么也没干，就是让runloop一直在等，目的就是让runloop一直活着
        //这是一个创建常驻服务线程的好方法
        NSRunloop *runloop = [NSRunLoop currentRunLoop];
        [runloop addPort:[NSMachPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
        [runloop run];
    }
}

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

一个TableView延迟加载图片的新思路

以前是怎么解决的？
通过UITableView的代理方法，判断如果处于滑动状态就不去设置cell上的图片，如果没有处于滑动状态就取设置cell上的图片。

而现在通过Runloop就有一个十分简便的方法。

//在cell里面把设置图片的事情在NSDefaultRunloopMode里面去做。
//当主线程的tableview不再滑动的时候就会去设置图片
UIImage *dowloadImage = ...;
[self.iconImageView performSelector:@selector(setImage:) withObject:dowloadImage afterDelay:0 inModes:@[NSDefaultRunloopMode]];

这样去设置图片就简便了很多，不用再去判断tableview的代理方法。代码也会很清爽。