Runloop
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发布日期:   2018-07-12
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转载来源： https://www.zybuluo.com/qidiandasheng/note/346387

Runloop

什么是Runloop

简单点说就是一个do while的运行循环。主要的作用就是保持程序的持续运行。比如主线程的runloop从程序打开就一直在运行。一个线程对应着一个runloop。RunLoop在第一次获取时创建，在线程结束时销毁。

runloop

一些基本概念

  • 为什么使用Runloop

    • 使程序一直运行并接受用户输入
    • 决定程序在何时应该处理哪些Event
    • 调节解耦（Message Queue）
      也就是主调方把消息放入一个队列，被调方只要去这个队列里取就行了。
    • 节省CPU时间
      Runloop在没有事的时候会进入一个休眠状态，不会让CPU一直在运行程序。

  • CFRunLoopSource
    Source是RunLoop的数据源抽象类,类似IOS中的protocol
    RunLoop定义两个Version的Source

    Source0:处理App内部事件,App自己负责管理(触发),如UIEvent,CFSocket
    Source1:由RunLoop和内核管理,Mach port驱动 如CFMach、CFMessage

  • CFRunLoopObserver
    向内部报告RunLoop当前状态的更改 CAAnimation

  • RunLoopObserver 与 Autorelease Pool
    UIKit通过RunLoopObserver在RunLoop两次Sleep间对AutoreleasePool进行pop和push,将这次Loop中产生的Autorelease对象释放。

  • RunLoop的挂起与唤醒

    制定用于唤醒的mach_port端口
    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
    由另外一个线程(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

  • CFRunLoopMode

    RunLoop在同一时段只能且必须在一种特定Mode下Run
    更换Mode时, 需要暂停当前的Loop,然后重启新的Loop

          NSDefalutRunLoopMode      默认状态.空闲状态 
      UITrackingRunLoopMode     滑动ScrollView 
      UIInitializationRunLoopMode    私有,App启动时 
      NSRunLoopCommonModes     默认包括上面第一和第二

  • UITrackingRunLoopMode 与 NSTimer

    默认情况下NSTimer被加入NSDefalutRunLoopMode 

    如果不想NSTimer受到组件或者动画影响 添加到NSRunLoopCommonModes

  • RunLoopMode在滑动时切换

    NSDefaultRunLoopMode->UITrackingRunLoopMode->NSDefalutRunLoopMode

  • Runloop跟GCD的关系

    GCD中dispatch到main queue的block被分发到main Runloop中执行。dispatch_after同理。

  • Runloop内部结构
    NSRunloop其实是对CFRunloop的一层封装。CFRunloop是开源的，开源地址CF Source。
    runloop struce

下面的 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。

CFRunLoopSourceRef

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

Source0 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 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。

CFRunLoopTimerRef

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。

CFRunLoopObserverRef

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：

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
};

主线程几乎所有的函数都是从以下几个函数调起，这些很长的函数我们能在程序运行时打断点在左侧的调用栈中看到：

{
    /// 1. 通知Observers，即将进入RunLoop
    /// 此处有Observer会创建AutoreleasePool: _objc_autoreleasePoolPush();
    __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopEntry);
    do {
        /// 2. 通知 Observers: 即将触发 Timer 回调。
        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopBeforeTimers);
        /// 3. 通知 Observers: 即将触发 Source (非基于port的,Source0) 回调。
        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopBeforeSources);
        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_BLOCK__(block);
        /// 4. 触发 Source0 (非基于port的) 回调。
        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE0_PERFORM_FUNCTION__(source0);
        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_BLOCK__(block);
        /// 6. 通知Observers，即将进入休眠
        /// 此处有Observer释放并新建AutoreleasePool: _objc_autoreleasePoolPop(); _objc_autoreleasePoolPush();
        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopBeforeWaiting);
        /// 7. sleep to wait msg.
        mach_msg() -> mach_msg_trap();
        /// 8. 通知Observers，线程被唤醒
        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopAfterWaiting);
        /// 9. 如果是被Timer唤醒的，回调Timer
        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_TIMER_CALLBACK_FUNCTION__(timer);
        /// 9. 如果是被dispatch唤醒的，执行所有调用 dispatch_async 等方法放入main queue 的 block
        __CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__(dispatched_block);
        /// 9. 如果如果Runloop是被 Source1 (基于port的) 的事件唤醒了，处理这个事件
        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE1_PERFORM_FUNCTION__(source1);
    } while (...);
    /// 10. 通知Observers，即将退出RunLoop
    /// 此处有Observer释放AutoreleasePool: _objc_autoreleasePoolPop();
    __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopExit);
}

Runloop的实际使用
Runloop常用的场景有以下几种：NSTimer，PerformSelector，常驻线程。

常驻线程
常驻线程的应用场景:经常在后台进行耗时操作,如:监控联网状态，扫描沙盒等 不希望线程处理完事件就销毁，保持常驻状态比如AFNetworking 2.0等。

Runloop常驻线程等待block回调成功

__block NSString* result = nil;
__block BOOL isExecuted = NO;
[(WKWebView*)self.realWebView evaluateJavaScript:javaScriptString completionHandler:^(id obj, NSError* error) {
    result = obj;
    isExecuted = YES;
}];
while (isExecuted == NO) {
    [[NSRunLoop currentRunLoop] runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate:[NSDate distantFuture]];
}
return result;
__block NSString* result = nil;
[(WKWebView*)self.realWebView evaluateJavaScript:javaScriptString completionHandler:^(id obj, NSError* error) {
    result = obj;
    CFRunLoopStop(CFRunLoopGetMain());
}];
CFRunLoopRun();
return result;

保持子线程线程常驻例子

1.设置成全局的，如果是线程对象是局部的就会死掉

@property (nonatomic,strong) NSThread *thread;
2.初始化线程并启动

self.thread = [[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];
[self.thread start];
3.启动RunLoop，子线程的RunLoop默认是停止的

在线程的入口处我们需要创建一个Autorelease Pool，当线程退出的时候释放这个Autorelease Pool。这样在线程中创建的autorelease对象就可以在线程结束的时候释放，避免过多的延迟释放造成程序占用过多的内存。如果是一个长寿命的线程的话，应该创建更多的Autorelease Pool来达到这个目的。

//只要往RunLoop中添加了  timer、source或者observer就会继续执行，一个Run Loop通常必须包含一个输入源或者定时器来监听事件，如果一个都没有，Run Loop启动后立即退出。
- (void)run{
    @autoreleasepool {
        //添加一个input source
        [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:[NSPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
        [[NSRunLoop currentRunLoop] run];
        //或者添加一个定时器
        //NSTimer *timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:2.0 target:self selector:@selector(test) userInfo:nil repeats:YES];
        //[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode];
        //[[NSRunLoop currentRunLoop] run];
    }
}

4.利用常驻线程处理事情

这样thread这个线程就会一直存在，当需要使用此线程处理一些事情的时候就这么调用

[self performSelector:@selector(action) onThread:self.thread withObject:nil waitUntilDone:NO ];

NSTimer
NSTimer也是在面试中提及Runloop的时候会被问到的问题。
详情可以看我的另一篇文章：NSTimer需要注意的地方

PerformSelecter
当调用 NSObject 的 performSelecter:afterDelay: 后，实际上其内部会创建一个 Timer 并添加到当前线程的 RunLoop 中。所以如果当前线程没有 RunLoop，则这个方法会失效。

Table View延迟加载图片
这个问题是有的TableView有大量图片（比如头像）加载，在滑动的时候，请求网络，下载完图片之后设置的时候会卡，往常的解决方案一般是添加delegate之类的，检测什么时候滑动结束什么时候去设置图片

在知道RunLoop之后，可以采用下面的方案，在DefaultMode去做，这样滑动的时候就不会调用设置图片方法.

UIImage *downLoadImage = ...;  
[self.avatarImageView performSelector:@selector(setImage:) 
                        withObject:downloadImage  
                        afterDelay:0  
                        inModes:@[NSDefaultRunLoopMode]];

让Crash的APP回光返照
我这里有个Demo就是写Signal信号崩溃时，使用手动重启Runloop不使程序崩溃，并弹出Alert。DSSignalHandlerDemo。

主要代码就是以下这段：

CFRunLoopRef runLoop = CFRunLoopGetCurrent();
CFArrayRef allModes = CFRunLoopCopyAllModes(runLoop);
while (!dismissed)
{
    for (NSString *mode in (__bridge NSArray *)allModes)
    {
        //为阻止线程退出，使用 CFRunLoopRunInMode(model, 0.001, false)等待系统消息，false表示RunLoop没有超时时间
        CFRunLoopRunInMode((CFStringRef)mode, 0.001, false);
    }
}
CFRelease(allModes);

Async Test Case
原来在写Test Case 的时候不支持异步。然后这里有个方法就是使用runloop的CFRunLoopObserver来监听runloop快要sleep的时候，去验证这个异步。

如何查看Runloop的调试栈信息
你直接打开xcode，运行一下程序，然后打个断点暂停一下，我们就能看到从main函数后面马上调起了唤起了Runloop。这个Runloop是跟随着程序一直存在的，是主线程的runloop。我们看一下截图：

Autorelease对象什么时候释放
Runloop是一个运行循环，但是它不可能一直运行着，所以它会有一个休眠期。Runloop维护着一个AutoreleasePool，当它进入休眠前它会把这个释放池里的对象进行释放。

UIKit通过RunLoopObserver在RunLoop两次Sleep间对AutoreleasePool进行pop和push,将这次Loop中产生的Autorelease对象释放。

所以说以下这样的例子会对性能是有影响的：

//这里大量的循环，Runloop又还没进入休眠状态，所以就会产生大量的Autorelease对象。
for (int i = 0; i < 100000000; i++)
{
    NSString* string = @"ab c";
    NSArray* array = [string componentsSeparatedByString:string];
}
//我们可以手动的给它加@autoreleasepool{}，在每次循环后都进行一次释放。
for (int i = 0; i < 100000000; i++)
{
    @autoreleasepool
    {
        NSString* string = @"ab c";
        NSArray* array = [string componentsSeparatedByString:string];
    }
}

那一般什么时候Runloop会进入休眠呢?

我们这里看一个简单的例子，就是主线程的Runloop在刚进入一个ViewController的时候什么时期进入休眠。

先看下面一段代码：

- (void)viewDidLoad{
    [super viewDidLoad];
    NSString *string = [NSString stringWithFormat:@"齐滇大圣"];
}

这里[NSString stringWithFormat:@”齐滇大圣”];创建对象时这个对象的引用计数为 1 。当使用局部变量 string 指向这个对象时，这个对象的引用计数 +1 ，变成了 2 。而当 viewDidLoad 方法返回时，局部变量 string 被回收，指向了 nil 。因此，其所指向对象的引用计数 -1 ，变成了 1 。

然后我们的这个对象是一个autorelease的实例，是被系统自动添加到了当前的 autoreleasepool 中的。所以会当Runloop一次迭代结束即将进入休眠的时候autoreleasepool drain对象引用计数 -1，对象释放。

下面我们配合着堆栈信息看一下这个Runloop什么时候结束一次迭代。

这里我们加入一个weak的全局变量reference来指向我们的对象。因为weak引用不持有我们的对象，不会影响所指向对象的生命周期，所以我们用它来输出以判断我们的对象什么时候释放。

我们能看到reference在viewDidLoad和viewWillAppear的时候有输出，而在viewDidAppear的时候为null，说明被释放了。那我们来猜测一下runloop的迭代周期。

viewWillAppear很容易理解是即将进入页面嘛，那runloop肯定是还有事要做的嘛，当viewDidAppear的时候表示已经进入页面了。那就表示没事做了，进入睡眠，等待用户动作的时候再次唤醒。你可能会觉得我口说无凭不靠谱，好那我就拿出证据来，我们来看下面两张图。

断点1和断点2：

断点3

我们能看到断点1和断点2 runloop还是在执行的，断点3表示runloop一个迭代已经结束了，即将进入睡眠。

//触发 Source0 (非基于port的) 回调。
__CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE0_PERFORM_FUNCTION__(source0);
//out_to_block表示从block跳出，block执行完毕，即将进入睡眠。
__CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_BLOCK__(block);

参考文章
深入理解RunLoop
iOS线下分享《RunLoop》

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