RunLoop运行循环机制

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基本概念

进程

进程是指在系统中正在运行的一个应用程序，而且每个进程之间是独立的，它们都运行在其专用且受保护的内存空间内，比如同时打开迅雷、Xcode，系统就会分别启动两个进程。

线程

一个人进程如果想要执行任务，必须得有至少一条线程，进程的所有任务都会在线程中执行，比如使用网易云音乐播放音乐，使用迅雷下载电影，都需要在线程中执行。

主线程

iOS 程序运行后，系统会默认开启一条线程，称为“主线程”或者“UI 线程”，主线程是用来显示/刷新 UI 界面，处理 UI 事件的。

简介

运行循环、跑圈

总结下来，RunLoop 的作用主要体现在三方面：

保持程序的持续运行
处理App中的各种事件(比如触摸事件、定时器事件、Selector事件)
节省CPU资源，提高程序性能：该做事的时候做事，该休息的时候休息

就是说，如果没有 RunLoop 程序一运行就结束了，你根本不可能看到持续运行的 app。

iOS中有2套API访问和使用RunLoop

Foundation：NSRunLoop
Core Foundation: CFRunLoopRef

NSRunLoop是基于CFRunLoopRef的一层OC包装，因此我们需要研究CFRunLoopRef层面的API(Core Foundation层面)

关于 RunLoop 的源码请看这里

RunLoop与线程

源码中，关于创建线程的核心代码如下：

// should only be called by Foundation
// t==0 is a synonym for "main thread" that always works
CF_EXPORT CFRunLoopRef _CFRunLoopGet0(pthread_t t) {
    if (pthread_equal(t, kNilPthreadT)) {
    t = pthread_main_thread_np();
    }
    __CFLock(&loopsLock);
    if (!__CFRunLoops) { // 如果没有线程，则要创建线程
        __CFUnlock(&loopsLock);
  // 创建一个可变字典
  CFMutableDictionaryRef dict = CFDictionaryCreateMutable(kCFAllocatorSystemDefault, 0, NULL, &kCFTypeDictionaryValueCallBacks); 
    // 将主线程放进去，创建 RunLoop(也就是说，创建哪个线程的 RunLoop 需要将线程作为参数传入)
    CFRunLoopRef mainLoop = __CFRunLoopCreate(pthread_main_thread_np());
    // 将主线程的 RunLoop 和主线程以 key/value 的形式保存。
    // 因此由此可以看出，一条线程和一个 RunLoop 是一一对应的
    CFDictionarySetValue(dict, pthreadPointer(pthread_main_thread_np()), mainLoop);
    if (!OSAtomicCompareAndSwapPtrBarrier(NULL, dict, (void * volatile *)&__CFRunLoops)) {
        CFRelease(dict);
    }
    CFRelease(mainLoop);
        __CFLock(&loopsLock);
    }
    // 当你输入 cunrrentRunLoop 时，会通过当前线程这个 key，在字典中寻找对应的 RunLoop
    CFRunLoopRef loop = (CFRunLoopRef)CFDictionaryGetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t));
    __CFUnlock(&loopsLock);
    // 如果没有在字典中找到
    if (!loop) {
        // 则重新创建一个 RunLoop
        CFRunLoopRef newLoop = __CFRunLoopCreate(t);
        __CFLock(&loopsLock);
        // 然后将 RunLoop 和线程以 key/value 的形式保存
        // 再一次验证了 RunLoop 和 key 是一一对应的
    loop = (CFRunLoopRef)CFDictionaryGetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t));
    if (!loop) {
        CFDictionarySetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t), newLoop);
        loop = newLoop;
    }
        // don't release run loops inside the loopsLock, because CFRunLoopDeallocate may end up taking it
        __CFUnlock(&loopsLock);
    CFRelease(newLoop);
    }
    if (pthread_equal(t, pthread_self())) {
        _CFSetTSD(__CFTSDKeyRunLoop, (void *)loop, NULL);
        if (0 == _CFGetTSD(__CFTSDKeyRunLoopCntr)) {
            _CFSetTSD(__CFTSDKeyRunLoopCntr, (void *)(PTHREAD_DESTRUCTOR_ITERATIONS-1), (void (*)(void *))__CFFinalizeRunLoop);
        }
    }
    return loop;
}

程序启动时，系统会自动创建主线程的 RunLoop

每一条线程都有唯一的一个与之对应的RunLoop对象
主线程的RunLoop已经自动创建好了，子线程的RunLoop需要手动创建
RunLoop在第一次获取时创建，在线程结束时销毁

代码：

// 获取当前的线程的RunLoop对象，注意RunLoop是懒加载，currentRunLoop时会自动创建对象
[NSRunLoop currentRunLoop];
// 获取主线程的RunLoop对象
[NSRunLoop mainRunLoop];
// 如果是 CF 层面
CFRunLoopGetCurrent();
CFRunLoopGetMain();

RunLoop相关类

通过：

NSLog(@"%@", [NSRunLoop mainRunLoop]);

可以对 RunLoop 内部一览无余

Core Foundation中关于RunLoop的5个类：

CFRunLoopRef
CFRunLoopModeRef
CFRunLoopSourceRef
CFRunLoopObserverRef

RunLoop 想要跑起来，必须有 Mode 对象支持，而 Mode 里面必须有
(NSSet *)Source、 (NSArray *)Timer ，源和定时器。

至于另外一个类(NSArray *)observer是用于监听 RunLoop 的状态，因此不会激活RunLoop。

CFRunLoopModeRef

CFRunLoopModeRef 代表 RunLoop 的运行模式

每个 RunLoop 都包含若干个 Mode ，每个 Mode 又包含若干个 Source/Timer/Observer，每次 RunLoop 启动时，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(可以通过切换 Mode，完成不同的 timer/source/observer)。

[NSRunLoop currentRunLoop].currentMode; // 获取当前运行模式
[[NSRunLoop currentRunLoop] runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate:[NSDate distantFuture]];

系统默认注册了5个Mode：

NSDefaultRunLoopMode：App 的默认 Mode，通常主线程是在这个 Mode 下运行(默认情况下运行)
UITrackingRunLoopMode：界面跟踪 Mode，用于 ScrollView 追踪触摸滑动，保证界面滑动时不受其他 Mode 影响(操作 UI 界面的情况下运行)
UIInitializationRunLoopMode：在刚启动 App 时进入的第一个 Mode，启动完成后就不再使用
GSEventReceiveRunLoopMode：接受系统事件的内部 Mode，通常用不到(绘图服务)
NSRunLoopCommonModes：这是一个占位用的 Mode，不是一种真正的 Mode (RunLoop无法启动该模式，设置这种模式下，默认和操作 UI 界面时线程都可以运行，但无法改变 RunLoop 同时只能在一种模式下运行的本质)

下面主要区别 NSDefaultRunLoopMode 和 UITrackingRunLoopMode 以及 NSRunLoopCommonModes。请看以下代码：

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    NSTimer *timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:2.0 target:self selector:@selector(run) userInfo:nil repeats:YES];
    // 在默认模式下添加的 timer 当我们拖拽 textView 的时候，不会运行 run 方法
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode];
    // 在 UI 跟踪模式下添加 timer 当我们拖拽 textView 的时候，run 方法才会运行
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:UITrackingRunLoopMode];
    // timer 可以运行在两种模式下，相当于上面两句代码写在一起
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];
} 
- (void)run
{
    NSLog(@"--------run");
}

[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode];
[self performSelectorOnMainThread:@selector(run) withObject:nil waitUntilDone:YES modes:@[UITrackingRunLoopMode]];
[self performSelectorOnMainThread:@selector(run) withObject:nil waitUntilDone:YES modes:@[NSRunLoopCommonModes]];

CFRunLoopTimerRef

CFRunLoopTimerRef 是基于事件的触发器
CFRunLoopTimerRef 基本上就是 NSTimer，它受 RunLoop的Mode 影响

创建 Timer 有两种方式，下面的这种方式必须手动添加到 RunLoop 中去才会被调用

// 这种方式创建的timer 必须手动添加到RunLoop中去才会被调用
NSTimer *timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:2.0 target:self selector:@selector(time) userInfo:nil repeats:YES];
[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer
forMode:NSDefaultRunLoopMode];
// 同时让RunLoop跑起来
[[NSRunLoop currentRunLoop] run];

而通过 scheduledTimer 创建 Timer 一开始就会自动被添加到当前线程并且以
NSDefaultRunLoopMode 模式运行起来，代码如下：

[NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:2.0 target:self selector:@selector(run) userInfo:nil repeats:YES];
/*
注意：调用了 scheduledTimer 返回的定时器，已经自动被添加到当前
runLoop 中，而且是 NSDefaultRunLoopMode ，想让上述方法起作用，
必须先让添加了上述 timer的RunLoop 对象 run 起来，通过
scheduledTimerWithTimeInterval 创建的 timer 可以通过以下方法修改 mode
*/
[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer2 forMode:UITrackingRunLoopMode];

注意： GCD的定时器不受RunLoop的Mode影响

CADisplayLink *display = [CADisplayLink displayLinkWithTarget:self selector:@selector(run)];
/*
注意：CADisplayLink ，也是在 Runloop 下运行的，
有一个方法可以将CADisplayLink 对象添加到一个 Runloop 对象中去
*/
[display addToRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSDefaultRunLoopMode];

CFRunLoopSourceRef

CFRunLoopSourceRef 其实是事件源(输入源)

按照官方文档，Source的分类

Port-Based Sources：基于端口的：跟其他线程进行交互的，Mac内核发过来一些消息
Custom Input Sources：自定义输入源
Cocoa Perform Selector Sources(self performSelector:...)

按照函数调用栈，Source的分类

Source0：非基于Port的(触摸事件、按钮点击事件)

Source1：基于Port的，通过内核和其他线程通信，接收分发系统事件

      (触摸硬件，通过 Source1 接收和分发系统事件到 Source0 处理)

为了搞清楚，Source 是如何通过函数调用栈来传递事件的，我们做如下实验：

我们可以看到，从程序启动 start 开始，函数调用栈在监听到事件点击后，会一路往下，一直到 -buttonClick: 方法，中间会经过 CFRunLoopSource0 ，这说明我们的按钮点击事件是属于 Source0 的。

而 Source1 是基于 Port 的，就是说，Source1 是和硬件交互的，触摸首先在屏幕上被包装成一个 event 事件，再通过 Source1 进行分发到 Source0，最后通过 Source0 进行处理。

CFRunLoopObserverRef

CFRunLoopObserverRef 是观察者，能够监听 RunLoop 的状态改变，主要监听以下几个时间节点：

/* Run Loop Observer Activities */
typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity)
{
    kCFRunLoopEntry = (1UL << 0), // 1 即将进入 Loop
    kCFRunLoopBeforeTimers = (1UL << 1), // 2 即将处理 Timer
    kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2), // 4 即将处理 Source
    kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5), // 32 即将进入休眠
    kCFRunLoopAfterWaiting = (1UL << 6), // 64 刚从休眠中唤醒
    kCFRunLoopExit = (1UL << 7), // 128 即将退出 Loop
    kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU // 监听所有事件
};

// 1.创建观察者 监听 RunLoop
// 参1: 有个默认值 CFAllocatorRef :CFAllocatorGetDefault()
// 参2: CFOptionFlags activities 监听RunLoop的活动 枚举 见上面
// 参3: 重复监听 Boolean repeats YES
// 参4: CFIndex order 传0
CFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreateWithHandler(CFAllocatorGetDefault(), kCFRunLoopAllActivities, YES, 0, ^(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity) {
    // 该方法可以在添加timer之前做一些事情，  在添加source之前做一些事情
    NSLog(@"%zd", activity);
});
// 2.添加观察者，监听当前的RunLoop对象
CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetCurrent(), observer, kCFRunLoopDefaultMode);
// CF层面的东西 凡是带有create、copy、retain等字眼的函数在CF中要进行内存管理
CFRelease(observer);

通过打印可以观察的 RunLoop 的状态

补充：在进入第一个阶段前，会先判断当前 RunLoop 空不空，如果是空的直接来到10阶段！

RunLoop的应用

NSTimer

需求让定时器在其他线程开启

NSBlockOperation *block = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
    // 这种方式创建的timer 必须手动添加到Runloop中去才会被调用
    NSTimer *timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:2.0 target:self selector:@selector(time) userInfo:nil repeats:YES];
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode];
    // 同时让RunLoop跑起来
    [[NSRunLoop currentRunLoop] run];
}];
[[[NSOperationQueue alloc] init] addOperation:block];
[NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:2.0 target:self selector:@selector(run) userInfo:nil repeats:YES];
[[NSRunLoop currentRunLoop] run];
[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer2 forMode:UITrackingRunLoopMode];

ImageView:显示performSelector

需求
有时候，用户拖拽scrollView的时候，mode:UITrackingRunLoopMode，显示图片，如果图片很大，会渲染比较耗时，造成不好的体验，因此，设置当用户停止拖拽的时候再显示图片，进行延迟操作

方法1：设置scrollView的delegate 当停止拖拽的时候做一些事情
方法2：使用performSelector 设置模式为default模式，则显示图片这段代码只能在RunLoop切换模式之后执行

// 加载比较大的图片时，
- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event
{
    // inModes 传入一个 mode 数组，这句话的意思是
    // 只有在 NSDefaultRunLoopMode 模式下才会执行 seletor 的方法显示图片
    [self.imageView performSelector:@selector(setImage:) withObject:[UIImage imageNamed:@"avater"] afterDelay:3.0 inModes:@[NSDefaultRunLoopMode]];
}

效果为：当用户点击之后，下载图片，但是图片太大，不能及时下载。这时用户可能会做些其他 UI 操作，比如拖拽，但是如果用户正在拖拽浏览其他的东西时，图片下载完毕了，此时如果要渲染显示，会造成不好的用户体验，所以当用户拖拽完毕后，显示图片。

这是因为，用户拖拽，处于 UITrackingRunLoopMode 模式下，所以图片不会显示。

常驻线程

需求：
搞一个线程一直存在，一直在后台做一些操作比如监听某个状态，比如监听是否联网。

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // 需求:搞一个线程一直不死，一直在后台做一些操作 比如监听某个状态， 比如监听是否联网。
    // 需要在线程中开启一个RunLoop 一个线程对应一个RunLoop 所以获得当前RunLoop就会自己创建RunLoop
    NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run2) object:nil];
    self.thread = thread;
    [thread start];
}
- (void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event
{
    [self performSelector:@selector(run) onThread:self.thread withObject:nil waitUntilDone:NO];
}
- (void)run2
{
    NSLog(@"----------");
    /*
     * 创建RunLoop，如果RunLoop内部没有添加任何Source Timer
     * 会直接退出循环，因此需要自己添加一些source才能保持RunLoop运转
     */
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:[NSPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
    // [[NSRunLoop currentRunLoop] runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate:[NSDate distantFuture]];
    [[NSRunLoop currentRunLoop] run];
    NSLog(@"-----------22222222");
}

从 RunLoop 的源码看来，如果一个 RunLoop 中没有添加任何的 Source Timer，会直接退出循环。

自动释放池

RunLoop循环时，在进入睡眠之前会清掉自动释放池，并且创建一个新的释放池，用于内部变量的销毁。

在子线程开RunLoop的时候一定要自己写一个@autoreleasepool，一个RunLoop对应一条线程，自动释放吃是针对当前线程里面的对象。

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(excute) object:nil];
    self.thread = thread;
    [thread start];
}
- (void)excute
{
    @autoreleasepool {
        NSTimer *timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:2.0 target:self selector:@selector(text) userInfo:nil repeats:YES];
        [[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode];
        [[NSRunLoop currentRunLoop] run];
    }
}

这样保证了内存安全。

文本代码：RunLoop

文／Ammar（简书作者）
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