[iOS]浅谈NSRunloop工作原理和相关应用

Posted 2020-08-04

一. 认识NSRunloop

 1.1　NSRunloop与程序运行

　　　那么具体什么是NSRunLoop呢?其实NSRunLoop的本质是一个消息机制的处理模式。让我们首先来看一下程序的入口——main.m文件，一个ios程序启动后，只有短短的十行代码居然能保持整个应用程序一直运行而没有退出，是不是有点意思？程序之所以没有直接退出是因为UIApplicationMain这个函数内部默认启动了一个跟主线程相关的NSRunloop对象，而UIApplicationMain这个函数一直执行没有返回就保存程序一直运行的状态。

 1 #import <UIKit/UIKit.h>
 2 
 3 #import "AppDelegate.h"
 4 
 5 int main(int argc, char * argv[]) {
 6 
 7     @autoreleasepool {
 8 
 9         return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
10 
11     }
12 
13 }

 

　　文章之初我们暂且将NSRunloop理解为实现这样功能的一段代码 , 这可以帮助我们更好的理解NSRunloop处理事件的过程(实际上远比这复杂的多：）)。

 1 int main(int argc, char * argv[]) {
 2 
 3   BOOL runnning =YES;
 4    do{
 5         ...
 6        //处理各种操作 各种事件
 7        ...
 8       }while(running);
 9   
10     return 0;
11 }    

 

 

　　　下面用官方提供的一幅非常经典的图片，来认识NSRunloop循环处理时间的流程。

 　　　　　　

　　　通过所有的“消息”都被添加到了NSRunLoop中去，而在这里这些消息并分为“input source”和“Timer source” 并在循环中检查是不是有事件需要发生，如果需要那么就调用相应的函数处理。由此形成了运行->检测->休眠 ->运行 的循环状态。

　　　　

 

 1.1　NSRunloop与线程之间关系的解析

 

　　 简单说，一条线程对应一个NSRunloop对象。主线程NSRunloop对象是默认开启的，其他线程的NSRunloop对象需要手动获取。其实NSRunloop对象是懒加载的，所以不需要实例化这个类，而是直接调用获取线程Runloop的方法即可唤醒。Runloop在第一次获取时创建，在线程结束时销毁。保持NSRunloop一直存在的方法稍后介绍。

 

　　1.1.1 　获得NSRunloop对象的方法

　　iOS其实有两套Api来访问和使用Runloop , NSRunloop是对CFRunloopRef的进一步封装，并且CFRunloopRef是线程安全的，而这一点NSRunloop并不能保证。

　　Foundation ->NSRunloop

　　 获得当前线程的Runloop的方法  [NSRunloop currentRunloop];

 　　获得主线程的Runloop的方法 [NSRunloop  mainRunloop];

 

　　Core Foundation ->CFRunloopRef

　　CFRunloopGetCurrent();

　　CFRunloopGetMain();

 

　　由苹果官方文档可以看出线程和Runloop对象的对应关系。如果你仔细阅读可以从代码中可以看出runloop的存储方式是字典，而且key是线程。

 1 // should only be called by Foundation
 2 // t==0 is a synonym for "main thread" that always works
 3 
 4 //函数返回值为CFRunLoopRef  形参类型为pthread_t 根据线程创建runloop对象
 5 
 6 CF_EXPORT CFRunLoopRef _CFRunLoopGet0(pthread_t t) {
 7 
 8     if (pthread_equal(t, kNilPthreadT)) {
 9 
10 t = pthread_main_thread_np();
11 
12     }
13 
14     __CFLock(&loopsLock);
15 
16     if (!__CFRunLoops) {
17 
18         __CFUnlock(&loopsLock);
19 
20 CFMutableDictionaryRef dict = CFDictionaryCreateMutable(kCFAllocatorSystemDefault, 0, NULL, &kCFTypeDictionaryValueCallBacks);
21 
22 //由此句可得出  调用其他线程NSRunloop对象也会首先创建主线程NSRunloop对象
23 CFRunLoopRef mainLoop = __CFRunLoopCreate(pthread_main_thread_np());
24 
25 CFDictionarySetValue(dict, pthreadPointer(pthread_main_thread_np()), mainLoop);
26 
27 if (!OSAtomicCompareAndSwapPtrBarrier(NULL, dict, (void * volatile *)&__CFRunLoops)) {
28 
29     CFRelease(dict);
30 
31 }
32 
33 CFRelease(mainLoop);
34 
35         __CFLock(&loopsLock);
36 
37     }
38 
39     CFRunLoopRef loop = (CFRunLoopRef)CFDictionaryGetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t));
40 
41     __CFUnlock(&loopsLock);
42 
43     if (!loop) {
44 
45 CFRunLoopRef newLoop = __CFRunLoopCreate(t);
46 
47         __CFLock(&loopsLock);
48 
49 loop = (CFRunLoopRef)CFDictionaryGetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t));
50 
51 if (!loop) {
52 
53     CFDictionarySetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t), newLoop);
54 
55     loop = newLoop;
56 
57 }
58
59         // don‘t release run loops inside the loopsLock, because CFRunLoopDeallocate may end up taking it
60 
61         __CFUnlock(&loopsLock);
62 
63 CFRelease(newLoop);
64 
65     }
66 
67     if (pthread_equal(t, pthread_self())) {
68 
69         _CFSetTSD(__CFTSDKeyRunLoop, (void *)loop, NULL);
70 
71         if (0 == _CFGetTSD(__CFTSDKeyRunLoopCntr)) {
72 
73             _CFSetTSD(__CFTSDKeyRunLoopCntr, (void *)(PTHREAD_DESTRUCTOR_ITERATIONS-1), (void (*)(void *))__CFFinalizeRunLoop);
74 
75         }
76     }
77     return loop;
78 }

 

 　　1.1.2 　Mode

　　

　　Mode中有三个非常重要的组成部分，Timer（定时器）、 Source（事件源） 以及Observor（观察者）。一个 RunLoop 包含若干个 Mode，每个 Mode 又包含若干个 Source/Timer/Observer。首先要指出的是一个runloop启动时必须指定一个Mode  , 并且这个Mode被称为currentMode 。如果要切换Mode,只能退出runloop重新进入。这样做主要是为了分隔开不同组的 Source/Timer/Observer，让其互不影响。随后我们会分别介绍每一类的具体作用与应用场景。

　　

 

　　系统默认注册的Mode有五种

　　　　kCFRunloopDefaultMode    // App默认Mode   通常主线程是在这个mode下运行

　　　　UITrackingRunloopMode    // 界面跟踪Mode  用于scrollView追踪触摸  界面滑动时不受其他Mode影响

　　　　UIinitializationRunloopMode    //在app一启动进入的第一个Mode,启动完成后就不再使用

　　　　GSEventRecieveRunloopMode   //苹果使用绘图相关

　　　　NSRunLoopCommonModes 　　//占位模式

　　

　

　　1.1.2.1 CFRunloopTimerRef 基于时间的触发器

 　　NSTimer

　　首先说一下NSTimer，一个NSRunloop可以创建多个Timer。因为定时器只会运行在指定的Mode下 ，一旦Runloop进入其他模式， 定时器就不会工作了。

　　NSTimer的创建方法　

 [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:<#(NSTimeInterval)#> target:<#(nonnull id)#> selector:<#(nonnull SEL)#> userInfo:<#(nullable id)#> repeats:<#(BOOL)#>]

　　该方法默认添加到当前runloop，并且Mode为kCFRunloopDefaultMode。

 

1  NSTimer * timer =[NSTimer timerWithTimeInterval:1.0 target:self selector:@selector(test) userInfo:nil repeats:YES];
2     [[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes]; //手动添加到runloop  可以指定Mode

　　这样声明的NSTimer可以解决在滑动scrollView时NSTimer不工作的问题。forMode:NSRunLoopCommonModes的意思为，定时器可以运行在标记为common modes模式下。具体包括两种: kCFRunloopDefaultMode  和   UITrackingRunloopMode。

 

　　GCD定时器

　　GCD定时器的优点有很多，首先不受Mode的影响，而Runloop受Mode影响时常不能正常工作，除此之外GCD的精确度明显高于NSTimer，这些优点让我们有必要了解GCD定时器这种方法。

 

　　　1.1.2.2  CFRunloopSourceRef  事件源(输入源)

 

　　按照苹果官方文档,Source分类

　　Port-Based  Sources  基于端口的  和其他线程 或者内核

　　Custom Input  Sources  

　　Cocoa   Perform   Selector  Sources  

 

　　按照函数调用栈来分类   

　　Source0 :   非基于Port的

　　Source1:   基于port的，通过内核 和其他线程通信，接收、分发事件。

 

 

 

　　　1.1.2.3  CFRunloopObservorRef  观察者监听runloop状态改变

 

 1 /* Run Loop Observer Activities */
 2 
 3 typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
 4 
 5     kCFRunLoopEntry = (1UL << 0),
 6 
 7     kCFRunLoopBeforeTimers = (1UL << 1),
 8 
 9     kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2),
10 
11     kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5),
12 
13     kCFRunLoopAfterWaiting = (1UL << 6),
14 
15     kCFRunLoopExit = (1UL << 7),
16 
17     kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU
18 
19 };

 　　// 创建observer

    CFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreateWithHandler(CFAllocatorGetDefault(), kCFRunLoopAllActivities, YES, 0, ^(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity) {

        NSLog(@"----监听到RunLoop状态发生改变---%zd", activity);

    });

 

    // 添加观察者：监听RunLoop的状态

    CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetCurrent(), observer, kCFRunLoopDefaultMode);

 

二 、实际应用

1. 只在NSRUnloopDefaultModes 下显示图片

　　上面再举例NSTimer中已经阐述其中原理了，在此不再重复举例了。

　　2.  常驻线程

　　NSThread * thread  = [NSThread   alloc ]initWithTarget  selector

　　[thread start];

　　通常执行完方法后线程就销毁了，那么现在有这样的需求，需要一条子线程一直存在，等待处理任务，与主线程之间互不干扰  (可以类比主线程存在原理，即添加消息循环Runloop)

1 //   通过添加port 或者timer
2 
3  [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:[NSPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
4 
5 [[NSRunLoop currentRunLoop] run];

 

Ps:Runloop运行首先判断Mode是否为空，如果为空则退出循环，还可以通过removePort来移除端口。本例用添加port来实现，其他方法请读者自己多尝试。：）

　　3. 关于自动释放池 

　　关于自动释放池，子线程开启runloop时要开启针对当前线程的autoreleasepool，在每次NSRunloop休眠前清理自动释放池。

　　关于自动释放池的具体用法本文暂时不进行描述，待日后在整理修改本帖。

 

 

　　参考资料：https://home.cnblogs.com/blog/

　　　　　　　

 

以上是关于[iOS]浅谈NSRunloop工作原理和相关应用的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

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OC底层原理探索-NSRunLoop

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