RunLoop原理

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在知道Runloop之前
一般来说,一个线程只能执行一个任务,执行完就会退出。当我们需要让线程可以随时处理事件而不退出线程,我们就要使用Runloop
它内部是一个do while循环,不断地处理各种任务,保证线程能够的连续运行。
Runloop的目的
保证线程中有任务时可以执行线程工作。当线程中没有任务时,让线程休眠,提高程序性,节省资源。
Runloop的作用

简述 详述
保持程序连续运行 应用程序启动后,将启动主线程。当主线程启动时,会启动主线程对应该的runloopRunloop可以保证线程不会被破坏。如果主线程没有被销毁,程序将继续运行。
处理应用程序中的各种事件 事件响应、手势识别、界面刷新、自动释放池、NSTimer等事件处理。
节省CPU资源,提高程序性 当线程中有任务时,确保线程能够工作。当线程没有任务时,让线程休眠,提高程序性能,节省资源。该做事的时候做事,该休息的时候休息。
Runloop原理
名称 类型 所在框架 原子性
NSRunloop NSObject Fundation 线程不安全
CFRunloop struct CoreFundation 线程安全
为了更好地理解Runloop,阅读源代码是一个不错的选择。老司机说有了源码,runloop就不会那么神秘了。首先,我们通常说runloop有两种。一个是NSRunloop,另一个是CFRunloop。那么让我先通过源码了解一下CFRunloop。首先,我们看一下基本的数据结构
1.首先我们来看看CFRunloop的定义。这里我注释了所有需要注意的参数
struct __CFRunLoop { CFRuntimeBase_base; pthread_mutex_t_lock; /* locked for accessing mode list */ __CFPort_wakeUpPort; // used for CFRunLoopWakeUp 内核向该端口发送消息可以唤醒runloop Boolean_unused; volatile_per_run_data *_perRunData; // reset for runs of the run loop pthread_t_pthread; //RunLoop对应的线程 uint32_t_winthread; CFMutableSetRef_commonModes; //存储的是字符串,记录所有标记为common的mode CFMutableSetRef_commonModeItems; //存储所有commonMode的item(source、timer、observer) CFRunLoopModeRef_currentMode; //当前运行的mode CFMutableSetRef_modes; //存储的是CFRunLoopModeRef struct _block_item*_blocks_head; //doblocks的时候用到 struct _block_item*_blocks_tail; CFTypeRef_counterpart; };

可以看出CFRunloop是一个有很多属性的结构体。
看一下这个结构中我们需要注意的参数。每个runloop都有自己的mode,并且有不止一种mode,mode存放着runloop要处理的事件源。事件源有3种,sourcetimerobserver
Runloop有很多模式,但是在某个时间只能有一种特定的模式,即_currentmode。下面第二项描述的是runloop的模式,它与runloop结构体(mode)相关参数中的几个模式有关:
_currentmode,表示runloop的当前模式;
_Modes 表示运行循环中的所有模式;
另外,runloop 中的一种模式是 NSRunloop 常用模式。这种模式没有意义。它只是标记模式的集合;
_Commonmodes 是指在NSRunloopCommonmodes 模式下保存的模式。我们还可以在这个集合中添加自定义模式;
_Commonmodeitem 表示添加到NSRunloopCommonmodes的源/定时器;
2.上面提到的runloop中有很多模式。让我们了解一下模式cfrunloopmode。这是cfrunloop的源代码。
struct __CFRunLoopMode { CFRuntimeBase_base; pthread_mutex_t_lock; /* must have the run loop locked before locking this */ CFStringRef_name; //mode名称 Boolean_stopped; //mode是否被终止 char_padding[3]; // -------------> //几种事件 CFMutableSetRef_sources0; //sources0 CFMutableSetRef_sources1; //sources1 CFMutableArrayRef_observers; //通知 CFMutableArrayRef_timers; //定时器 CFMutableDictionaryRef_portToV1SourceMap; //字典key是mach_port_t,value是CFRunLoopSourceRef // <------------- __CFPortSet_portSet; //保存所有需要监听的port,比如_wakeUpPort,_timerPort都保存在这个数组中 CFIndex_observerMask; #if USE_DISPATCH_SOURCE_FOR_TIMERS dispatch_source_t _timerSource; dispatch_queue_t _queue; Boolean _timerFired; // set to true by the source when a timer has fired Boolean _dispatchTimerArmed; #endif #if USE_MK_TIMER_TOO mach_port_t _timerPort; Boolean _mkTimerArmed; #endif #if DEPLOYMENT_TARGET_WINDOWS DWORD _msgQMask; void (*_msgPump)(void); #endif uint64_t _timerSoftDeadline; /* TSR */ uint64_t _timerHardDeadline; /* TSR */ };

其实CFRunloop相关的几个定义都是结构体,CFRunloopMode也是结构体。看代码了解CFRunloopMode的几个相关参数,主要是上面标注的四个参数
如上所述,runloop 用于处理事件。它主要处理三种类型的事件:源、定时器和观察者。那么source也可以分为source0source1两种。CFRunloopMode的定义中有四个集合,分别代表存储这四个事件源的集合,如上所述。
runloop 中的模式主要有以下几种:
1) KCFRunloopDefaultMode:app的默认模式。通常,主线程以这种模式运行。
2)UitrackingRunloopMode:界面跟踪模式,用于Scrollview跟踪触摸滑动,保证界面滑动不受其他模式影响。
3)KCFRunloopCommonMode:这是一个占位符模式。它用作标记 KCFRunloopDefaultModeUITrackingRunnoopMode。这不是真正的模式。
4)UiinitializationRunloopMode:app刚启动时进入的第一个模式。启动后将不再使用。
5)CSeventreceiveRunloopMode:接受系统事件的内部模式。通常不使用
runloop启动时,只能选择一种模式作为currentmode。如果需要切换模式,只能退出当前模式,重新选择一个模式进入。
这里基于上面对CFRunloopCRFunloopMode的理解,RunloopMode保存在runloop中,实际执行的任务保存在RunloopMode中。
3.RunloopMode 存储了runloop要处理的事件源。事件源有3种:Southtimerobserver
1) CFRunloopSourceRefSouth 事件的来源。看看它的定义。
struct __CFRunLoopSource { CFRuntimeBase_base; uint32_t_bits; // 用于标记Signaled状态,source0只有在被标记为Signaled状态,才会被处理 pthread_mutex_t_lock; CFIndex_order; // immutable CFMutableBagRef_runLoops; union { CFRunLoopSourceContext version0; // immutable, except invalidation CFRunLoopSourceContext1 version1; // immutable, except invalidation } _context; };

CFRunloopSourceRef 是runloop要处理的事件源之一。Version0Version1source0source1 根据不同事件的处理来区分的。
2)CFRunLoopTimerRefrunloop的相关定时器事件和定时器,定时执行一个任务,也在runloop中处理。
struct __CFRunLoopTimer { CFRuntimeBase _base; uint16_t _bits; //标记fire状态 pthread_mutex_t _lock; CFRunLoopRef _runLoop; //添加该timer的runloop CFMutableSetRef _rlModes; //存放所有 包含该timer的 mode的 modeName,意味着一个timer可能会在多个mode中存在 CFAbsoluteTime _nextFireDate; CFTimeInterval _interval; //理想时间间隔/* immutable */ CFTimeInterval _tolerance; //时间偏差/* mutable */ uint64_t _fireTSR; /* TSR units */ CFIndex _order; /* immutable */ CFRunLoopTimerCallBack _callout; /* immutable */ CFRunLoopTimerContext _context; /* immutable, except invalidation */ };

3)CFRunLoopObserverRefCFRunloopObserverRef 是runloop的监听器,可以监听runloop的状态变化。
struct __CFRunLoopObserver { CFRuntimeBase _base; pthread_mutex_t _lock; CFRunLoopRef _runLoop; CFIndex _rlCount; CFOptionFlags _activities; /* immutable */ CFIndex _order; /* immutable */ CFRunLoopObserverCallBack _callout; /* immutable */ CFRunLoopObserverContext _context; /* immutable, except invalidation */ };

Runloop在运行时有以下状态:
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您可以将观察结果添加到运行循环。通过监控runloop的状态来判断是否卡顿。创建observer观察者,将创建的observer加入到主线程runloop的普通模式中,并创建一个连续的子线程来监控主线程的runloop状态。一旦发现睡眠前的kCRRonloopBeforeSource状态或者唤醒后的kCFRonloopFafterwaiting状态,在设定的时间阈值内没有变化,就可以判断为卡住了,转储堆栈的信息,从而进一步分析哪个方法有执行时间长。
4、了解了runloop的基本数据结构之后,我们来看看runloop是如何运行的。
首先,如何创建一个runloop?其实runloop不需要手动创建。任何 runloop 都与一个线程相关联。先有线程,后有runloop。Apple 提供了两个 API。让我们获取runloop、CFRunloopgetmain()CFRunloopGetCurrent()。这两个方法分别获取当前线程的mainrunlooprunloop
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从上面两个函数可以看出,runloop是通过_CFRunloopGet0(),它以线程为参数,与通过key从NSDictionary中获取值非常相似。接下来看看_CRFunloopGet0()的实现。
获取线程的运行循环。首先,以线程为key,从全局字典中查找。如果没有找到,就新建一个,以threadkeyrunloopvalue保存到全局字典中(如果全局字典不存在,先初始化全局字典,并创建MainRunloop保存它在全球字典中)。以下是源代码,我添加了注释。
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以上就是获取当前runloop的原理,以及任务在runloop内部是如何执行的。这是一个图表。
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CFRunlooprunCFRunloopRuninMode 都在内部调用 CFRunloopRunspecificCFRunloopRunspecific内部调用__CFRunloopRunCFRunloopRunspecific__CFRunloopRun一起就是runloop的完整实现。看看下面的伪代码解释,就是runloop的内部逻辑:
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Runloop和线程的关系
  1. Runloop 存储在一个全局字典中。线程是关键,runloop 是价值。
  2. 第一次创建线程时,没有runloop对象。Runloop 将在第一次获取时创建。
  3. Runloop 在线程结束时被销毁。
  4. 主线程的runloop已经自动获取(创建),子线程默认不开启runloop。
  5. 每个线程都有一个唯一的runloop对象与之对应。
  6. 先有线程,后有runloop。
在日常开发中如何使用Runloop
1.控制线程生命周期(线程保持活动,线程永远保持)。原理:如果模式中没有soure0/source1/timer/observer,runloop会立即退出。因此,为了不让它退出,可以在runloop中添加一个soure1。这是af2中使用的原理。
下面AFNetworking的一个例子:
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  1. Tableview 延迟加载图片。将SETIMAGE置于NSDefaultRunloopMode中,即滑动时不会调用分配图片的方法,但滑动后切换到NSDefaultRunloopMode才会调用。
[self.img performSelector:@selector(setImage:) withObject:image afterDelay:0inModes:[NSDefaultRunLoopMode]];
3.解决滑动时NSTimer停止工作的问题(共模增加定时器)。
NSTimer * timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:1 target:self selector:@selector(timerEvent) userInfo:nil repeats:YES]; [[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];

默认情况下,计时器处于 NSDefaultRunloop 模式。当我们滑动页面的时候,runloop会切换到UITracking runloopmode,所以我们的定时器会停止工作。就像商场里的倒计时一样,当我们滑动页面时,倒计时就会停止。为了解决这个问题,我们需要让定时器工作在UITracking runloopmode,和NSRunloopCommonModes,这个模式相当于NSDefaultRunloopModeUITrackingRunloopMode的组合。因此,为定时器指定NSRunnoopcommonModes模式,使定时器可以在NSDefaultRunloopModeUITrackingRunnloopMode两种模式下运行。
  1. 另外,可以通过监控runloop的状态来应用卡顿。
runloop的进入sleep前和唤醒后的两个loop状态定义的值分别是kCFRenloopbeforesourceskCFRenloopafterwaiting,即触发source0回调和接收mach_port消息有两种状态。创建observer观察者,将创建的observer加入到主线程runloop的普通模式中,并创建一个连续的子线程来监控主线程的runloop状态。一旦发现睡眠前的kCFRonloopBeforeSource状态或者唤醒后的kCFRonloopFafterwaiting状态,在设定的时间阈值内没有变化,就可以判断为卡住了,转储堆栈的信息,从而进一步分析哪个方法有执行时间长。
【RunLoop原理】以上是开发中常用的runloop相关应用。

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