最近在學(xué)習(xí)一些OC底層的東西, 下面是學(xué)習(xí)了RunLoop的一些總結(jié)和感受^^

首先,RunLoop的作用

從字面上看,RunLoop是運行循環(huán)的意思.實際上,線程就是依靠RunLoop來實現(xiàn)任務(wù)來了被喚醒,完成任務(wù)之后休眠的這一特性.

RunLoop的基本作用:

• 保持程序的持續(xù)運行
• 處理App中的各種事件(比如觸摸事件, 定時器事件, selector事件)
• 節(jié)約系統(tǒng)資源,提高程序性能(有事件要處理時被喚醒,沒事件時休眠)

RunLoop實際上就是一個對象，這個對象管理了其需要處理的事件和消息，并提供了一個入口函數(shù)來執(zhí)行任務(wù)來了被喚醒,完成任務(wù)之后休眠的邏輯。線程執(zhí)行了這個函數(shù)后，就會一直處于這個函數(shù)內(nèi)部 "接受消息->等待->處理" 的循環(huán)中，直到這個循環(huán)結(jié)束（比如傳入quit的消息），函數(shù)返回。

OSX/iOS 系統(tǒng)中，提供了兩個這樣的對象：NSRunLoop和CFRunLoopRef。
CFRunLoopRef是在CoreFoundation框架內(nèi)的，它提供了純 C 函數(shù)的 API，所有這些 API 都是線程安全的。
NSRunLoop是基于CFRunLoopRef的封裝，提供了面向?qū)ο蟮?API，但是這些 API 不是線程安全的。

RunLoop與線程的關(guān)系

蘋果不允許直接創(chuàng)建RunLoop，它只提供了兩個自動獲取的函數(shù)：CFRunLoopGetMain()和CFRunLoopGetCurrent()。這兩個函數(shù)內(nèi)部的邏輯大概是下面這樣:

/// 全局的Dictionary，key 是 pthread_t， value 是 CFRunLoopRef
static CFMutableDictionaryRef loopsDic;
/// 訪問 loopsDic 時的鎖
static CFSpinLock_t loopsLock;
 
/// 獲取一個 pthread 對應(yīng)的 RunLoop。
CFRunLoopRef _CFRunLoopGet(pthread_t thread) {
    OSSpinLockLock(&loopsLock);
    
    if (!loopsDic) {
        // 第一次進(jìn)入時，初始化全局Dic，并先為主線程創(chuàng)建一個 RunLoop。
        loopsDic = CFDictionaryCreateMutable();
        CFRunLoopRef mainLoop = _CFRunLoopCreate();
        CFDictionarySetValue(loopsDic, pthread_main_thread_np(), mainLoop);
    }
    
    /// 直接從 Dictionary 里獲取。
    CFRunLoopRef loop = CFDictionaryGetValue(loopsDic, thread));
    
    if (!loop) {
        /// 取不到時，創(chuàng)建一個
        loop = _CFRunLoopCreate();
        CFDictionarySetValue(loopsDic, thread, loop);
        /// 注冊一個回調(diào)，當(dāng)線程銷毀時，順便也銷毀其對應(yīng)的 RunLoop。
        _CFSetTSD(..., thread, loop, __CFFinalizeRunLoop);
    }
    
    OSSpinLockUnLock(&loopsLock);
    return loop;
}
 
CFRunLoopRef CFRunLoopGetMain() {
    return _CFRunLoopGet(pthread_main_thread_np());
}
 
CFRunLoopRef CFRunLoopGetCurrent() {
    return _CFRunLoopGet(pthread_self());
}

從上面的代碼中,我們可以得到以下的一些結(jié)論:

• 每條線程都有唯一的一個與之對應(yīng)的RunLoop對象,并且以{pthread_t : CFRunLoopRef}的形式保存在一個全局的Dictionary中
• 主線程的RunLoop已經(jīng)自動創(chuàng)建好了,子線程的RunLoop需要手動進(jìn)行創(chuàng)建
• RunLoop在第一次獲取時通過懶加載創(chuàng)建,在線程結(jié)束時銷毀
• 你只能在一個線程內(nèi)部獲取屬于它自己的那個RunLoop(主線程除外)

function loop() {
    initialize();
    do {
        var message = get_next_message();
        process_message(message);
    } while (message != quit);
}

RunLoop相關(guān)類

Core Foundation中關(guān)于RunLoop的5個類

• CFRunLoopRef
• CFRunLoopModeRef
• CFRunLoopSourceRef
• CFRunLoopTimerRef
• CFRunLoopObserverRef

他們的關(guān)系關(guān)系如圖:

RunLoop_0.png

一個 RunLoop 包含若干個 Mode，每個 Mode 又包含若干個 Source/Timer/Observer。每次調(diào)用 RunLoop 的主函數(shù)時，只能指定其中一個 Mode，這個Mode被稱作 CurrentMode。如果需要切換 Mode，只能退出 Loop，再重新指定一個 Mode 進(jìn)入。這樣做主要是為了分隔開不同組的 Source/Timer/Observer，讓其互不影響。

CFRunLoopSourceRef

CFRunLoopSourceRef是事件源(輸入源)

以前的分法

• Port-Based Sources
• Custom Input Sources
• Cocoa Perform Selector Sources

現(xiàn)在的分法

• Source0:只包含了一個回調(diào)（函數(shù)指針），它并不能主動觸發(fā)事件。使用時，你需要先調(diào)用 CFRunLoopSourceSignal(source)，將這個 Source 標(biāo)記為待處理，然后手動調(diào)用 CFRunLoopWakeUp(runloop) 來喚醒 RunLoop，讓其處理這個事件。
• Source1:包含了一個 mach_port和一個回調(diào)（函數(shù)指針），被用于通過內(nèi)核和其他線程相互發(fā)送消息

可以以下代碼添加新的CFRunLoopSourceRef:

[[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:[NSMachPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];

CFRunLoopTimerRef

CFRunLoopTimerRef是基于時間的觸發(fā)器，它和 NSTimer 是toll-free bridged 的，可以混用。其包含一個時間長度和一個回調(diào)（函數(shù)指針）。當(dāng)其加入到 RunLoop 時，RunLoop會注冊對應(yīng)的時間點，當(dāng)時間點到時，RunLoop會被喚醒以執(zhí)行那個回調(diào)。

• NSTimer會受到RunLoop的Mode的影響可能會不準(zhǔn)確
• GCD的定時器不受RunLoop的Mode的影響

下面是兩種往RunLoop中添加定時器的方法:

- (void)testRunloopTimerWithNSTimer
{
    NSTimer *timer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:2 repeats:YES block:^(NSTimer * _Nonnull timer) {
        NSLog(@"我是NSTimer");
    }];
    //默認(rèn)模式
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode];
    //滑動模式
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:UITrackingRunLoopMode];
    //能夠在默認(rèn)模式或者滑動模式中回調(diào)這個NSTimer
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];
}

- (void)testRunloopTimerWithGCDTimer
{
    dispatch_queue_t mainQueue = dispatch_get_main_queue();
    dispatch_source_t timer = dispatch_source_create(DISPATCH_SOURCE_TYPE_TIMER, 0, 0, mainQueue);
    dispatch_source_set_timer(timer, DISPATCH_TIME_NOW, 2 * NSEC_PER_SEC, 0 * NSEC_PER_SEC);
    dispatch_source_set_event_handler(timer, ^{
        NSLog(@"我是GCD Timer");
    });
    dispatch_resume(timer);
    //需要要有一個指針指向Timer,不然這個函數(shù)結(jié)束Timer就被釋放掉了
    self.timer = timer;
}

CFRunLoopObserverRef

CFRunLoopObserverRef是觀察者,能夠監(jiān)聽RunLoop狀態(tài)變化. 能夠觀測的時間點有以下幾個：

typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
    kCFRunLoopEntry         = (1UL << 0), // 即將進(jìn)入Loop
    kCFRunLoopBeforeTimers  = (1UL << 1), // 即將處理 Timer
    kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2), // 即將處理 Source
    kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5), // 即將進(jìn)入休眠
    kCFRunLoopAfterWaiting  = (1UL << 6), // 剛從休眠中喚醒
    kCFRunLoopExit          = (1UL << 7), // 即將退出Loop
};

Runloop的Mode

上面的 Source/Timer/Observer 被統(tǒng)稱為 mode item，一個item可以被同時加入多個mode。但一個 item被重復(fù)加入同一個mode 時是不會有效果的。如果一個 mode 中一個 item都沒有，則 RunLoop會直接退出，不進(jìn)入循環(huán)。

CFRunLoopMode 和 CFRunLoop 的結(jié)構(gòu)大致如下：

struct __CFRunLoopMode {
    CFStringRef _name;            // Mode Name, 例如 @"kCFRunLoopDefaultMode"
    CFMutableSetRef _sources0;    // Set
    CFMutableSetRef _sources1;    // Set
    CFMutableArrayRef _observers; // Array
    CFMutableArrayRef _timers;    // Array
    ...
};
 
struct __CFRunLoop {
    CFMutableSetRef _commonModes;     // Set
    CFMutableSetRef _commonModeItems; // Set<Source/Observer/Timer>
    CFRunLoopModeRef _currentMode;    // Current Runloop Mode
    CFMutableSetRef _modes;           // Set
    ...
};

幾種常使用的Mode:

• NSDefaultRunLoopMode:這是App平時所處的狀態(tài)
• UITrackingRunLoopMode:這是追蹤 ScrollView滑動時的狀態(tài)
• NSRunLoopCommonModes:能夠?qū)?code>mode itemr添加到__CFRunLoop里面的_commonModeItems中,然后RunLoop會將會自動將這個mode item同步到具有 "Common"標(biāo)記的所有Mode(NSDefaultRunLoopMode和UITrackingRunLoopMode)里。

RunLoop的內(nèi)部邏輯

其內(nèi)部代碼整理如下:

/// 用DefaultMode啟動
void CFRunLoopRun(void) {
    CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopGetCurrent(), kCFRunLoopDefaultMode, 1.0e10, false);
}
 
/// 用指定的Mode啟動，允許設(shè)置RunLoop超時時間
int CFRunLoopRunInMode(CFStringRef modeName, CFTimeInterval seconds, Boolean stopAfterHandle) {
    return CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopGetCurrent(), modeName, seconds, returnAfterSourceHandled);
}
 
/// RunLoop的實現(xiàn)
int CFRunLoopRunSpecific(runloop, modeName, seconds, stopAfterHandle) {
    
    /// 首先根據(jù)modeName找到對應(yīng)mode
    CFRunLoopModeRef currentMode = __CFRunLoopFindMode(runloop, modeName, false);
    /// 如果mode里沒有source/timer/observer, 直接返回。
    if (__CFRunLoopModeIsEmpty(currentMode)) return;
    
    /// 1. 通知 Observers: RunLoop 即將進(jìn)入 loop。
    __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopEntry);
    
    /// 內(nèi)部函數(shù)，進(jìn)入loop
    __CFRunLoopRun(runloop, currentMode, seconds, returnAfterSourceHandled) {
        
        Boolean sourceHandledThisLoop = NO;
        int retVal = 0;
        do {
 
            /// 2. 通知 Observers: RunLoop 即將觸發(fā) Timer 回調(diào)。
            __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeTimers);
            /// 3. 通知 Observers: RunLoop 即將觸發(fā) Source0 (非port) 回調(diào)。
            __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeSources);
            /// 執(zhí)行被加入的block
            __CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode);
            
            /// 4. RunLoop 觸發(fā) Source0 (非port) 回調(diào)。
            sourceHandledThisLoop = __CFRunLoopDoSources0(runloop, currentMode, stopAfterHandle);
            /// 執(zhí)行被加入的block
            __CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode);
 
            /// 5. 如果有 Source1 (基于port) 處于 ready 狀態(tài)，直接處理這個 Source1 然后跳轉(zhuǎn)去處理消息。
            if (__Source0DidDispatchPortLastTime) {
                Boolean hasMsg = __CFRunLoopServiceMachPort(dispatchPort, &msg)
                if (hasMsg) goto handle_msg;
            }
            
            /// 通知 Observers: RunLoop 的線程即將進(jìn)入休眠(sleep)。
            if (!sourceHandledThisLoop) {
                __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeWaiting);
            }
            
            /// 7. 調(diào)用 mach_msg 等待接受 mach_port 的消息。線程將進(jìn)入休眠, 直到被下面某一個事件喚醒。
            /// ? 一個基于 port 的Source 的事件。
            /// ? 一個 Timer 到時間了
            /// ? RunLoop 自身的超時時間到了
            /// ? 被其他什么調(diào)用者手動喚醒
            __CFRunLoopServiceMachPort(waitSet, &msg, sizeof(msg_buffer), &livePort) {
                mach_msg(msg, MACH_RCV_MSG, port); // thread wait for receive msg
            }
 
            /// 8. 通知 Observers: RunLoop 的線程剛剛被喚醒了。
            __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopAfterWaiting);
            
            /// 收到消息，處理消息。
            handle_msg:
 
            /// 9.1 如果一個 Timer 到時間了，觸發(fā)這個Timer的回調(diào)。
            if (msg_is_timer) {
                __CFRunLoopDoTimers(runloop, currentMode, mach_absolute_time())
            } 
 
            /// 9.2 如果有dispatch到main_queue的block，執(zhí)行block。
            else if (msg_is_dispatch) {
                __CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__(msg);
            } 
 
            /// 9.3 如果一個 Source1 (基于port) 發(fā)出事件了，處理這個事件
            else {
                CFRunLoopSourceRef source1 = __CFRunLoopModeFindSourceForMachPort(runloop, currentMode, livePort);
                sourceHandledThisLoop = __CFRunLoopDoSource1(runloop, currentMode, source1, msg);
                if (sourceHandledThisLoop) {
                    mach_msg(reply, MACH_SEND_MSG, reply);
                }
            }
            
            /// 執(zhí)行加入到Loop的block
            __CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode);
            
 
            if (sourceHandledThisLoop && stopAfterHandle) {
                /// 進(jìn)入loop時參數(shù)說處理完事件就返回。
                retVal = kCFRunLoopRunHandledSource;
            } else if (timeout) {
                /// 超出傳入?yún)?shù)標(biāo)記的超時時間了
                retVal = kCFRunLoopRunTimedOut;
            } else if (__CFRunLoopIsStopped(runloop)) {
                /// 被外部調(diào)用者強(qiáng)制停止了
                retVal = kCFRunLoopRunStopped;
            } else if (__CFRunLoopModeIsEmpty(runloop, currentMode)) {
                /// source/timer/observer一個都沒有了
                retVal = kCFRunLoopRunFinished;
            }
            
            /// 如果沒超時，mode里沒空，loop也沒被停止，那繼續(xù)loop。
        } while (retVal == 0);
    }
    
    /// 10. 通知 Observers: RunLoop 即將退出。
    __CFRunLoopDoObservers(rl, currentMode, kCFRunLoopExit);
}

可以看到，實際上RunLoop 就是這樣一個函數(shù)，其內(nèi)部是一個 do-while 循環(huán)。當(dāng)你調(diào)用CFRunLoopRun()時，線程就會一直停留在這個循環(huán)里；直到超時或被手動停止，該函數(shù)才會返回。

應(yīng)用

• 使用線程的定時器

• Cocoa中使用任何performSelector…的方法

• 自動釋放池

App啟動后，蘋果在主線程 RunLoop 里注冊了兩個 Observer，其回調(diào)都是_wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler()。

第一個 Observer 監(jiān)視的事件是 Entry(即將進(jìn)入Loop)，其回調(diào)內(nèi)會調(diào)用 _objc_autoreleasePoolPush() 創(chuàng)建自動釋放池。其 order 是-2147483647，優(yōu)先級最高，保證創(chuàng)建釋放池發(fā)生在其他所有回調(diào)之前。

第二個 Observer 監(jiān)視了兩個事件： BeforeWaiting(準(zhǔn)備進(jìn)入休眠) 時調(diào)用_objc_autoreleasePoolPop() 和 _objc_autoreleasePoolPush()釋放舊的池并創(chuàng)建新池；Exit(即將退出Loop) 時調(diào)用 _objc_autoreleasePoolPop()來釋放自動釋放池。這個 Observer 的 order 是 2147483647，優(yōu)先級最低，保證其釋放池子發(fā)生在其他所有回調(diào)之后。

在主線程執(zhí)行的代碼，通常是寫在諸如事件回調(diào)、Timer回調(diào)內(nèi)的。這些回調(diào)會被 RunLoop 創(chuàng)建好的 AutoreleasePool 環(huán)繞著，所以不會出現(xiàn)內(nèi)存泄漏，開發(fā)者也不必顯示創(chuàng)建 Pool了。

• 創(chuàng)建一個常駐線程

開啟一個常駐線程(讓一個子線程不進(jìn)入消亡狀態(tài),等待其他線程發(fā)來消息,處理其他事件),可以在這個線程里面開啟一個定時器或者進(jìn)行一些長期監(jiān)控

通過方法[[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:[NSMachPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];在RunLoop中添加至少一個Source就能夠讓線程常駐

• 可以添加Observer監(jiān)聽RunLoop的狀態(tài),比如監(jiān)聽點擊事件的處理(在所有點擊事件之前做一些事情)

參考資料

ibireme的深入理解RunLoop