孫源的Runloop視頻整理

視頻地址：http://v.youku.com/v_show/id_XODgxODkzODI0.html

1、Runloop是什么東西？

普通的命令式執行如下所示，程序順序執行代碼，執行完了就結束了：

int main(int argc, char *argv[]) {
    NSLog(@"hello world!");
    return 0;
}

Runloop就是一個循環，跑圈，一個死循環，程序會一直運行并不會退出，如下面的Event驅動，平時處于睡眠狀態，如果有Event喚醒了，那么就執行事件Event。

int main(int argc, char *argv[]) {
    while (AppIsRunning) {
        id whoWakesMe = SleepForWakingUp();
        id event = GetEvent(whoWakesMe);
        HandleEvent(event);
    }
    return 0;
}

2、Runloop的作用

為什么要有Runloop呢？Runloop主要由以下幾個方面的作用：
1、使程序一直運行并接受用戶輸入：我們的app必然不能像命令式執行一樣，執行完就退出了，我們需要app在我們不殺死它的時候一直運行著，并在由用戶事件的時候能夠響應，比如網絡輸入，用戶點擊等等，這是Runloop的首要任務；
2、決定程序在何時應該處理哪些事件：實際上程序會有很多事件，Runloop會有一定的機制來管理時間的處理時機等；
3、調用解耦（Message Queue）：比方說手指點擊滑動會產生UIEvent事件，對于主調方來說，我不可能等到這個事件被執行了才去產生下一個事件，也就是主調方不能被被調方卡住。那么在實際實現中，被調方會有一個消息隊列，主調方會把消息扔到消息隊列中，然后不管了，消息的處理是由被調方不斷去從消息隊列中取消息，然后執行的。這樣的好處是主調方不需要知道消息是具體是怎么執行的，只要產生消息即可，從而實現了解耦；
4、節省CPU時間：在app沒設可干的時候，讓CPU閑著。
Runloop機制并不是iOS特有的，Android和Windows上面都有，只要有這種需要接受事件的程序都有這種實現機制，只是其他平臺上面不叫Runloop而已。

3、Runloop的封裝結構

如下圖所示是NSRunloop的實現：


Paste_Image.png

1、NSRunloop：最上層的NSRunloop層實際上是對C語言實現的CFRunloop的一個封裝，實際上它沒干什么事，比如CFRunloop有一個過期時間是double類型，NSRunloop把它變味了NSDate類型；
2、CFRunloop：這是真正干事的一層，源代碼是開源的，并且是跨平臺的；
3、系統層：底層實現用到了GCD，mach kernel是蘋果的內核，比如runloop的睡眠和喚醒就是用mach kernel來實現的。
下面是跟Runloop有關的，我們平時用到的一些模塊，功能等等：
1）NSTimer計時器；
2）UIEvent事件；
3）Autorelease機制；
4）NSObject（NSDelayedPerforming）：比如這些方法：performSelector:withObject:afterDelay:，performSelector:withObject:afterDelay:inModes:，cancelPreviousPerformRequestsWithTarget:selector:object:等方法都是和Runloop有關的；
5）NSObject（NSThreadPerformAddition）：比如這些方法：performSelectorInBackground:withObject:，performSelectorOnMainThread:withObject:waitUntilDone:，performSelector:onThread:withObject:waitUntilDone:等方法都是和Runloop有關的；
4、Core Animation層的一些東西：CADisplayLink，CATransition，CAAnimation等；
5、dispatch_get_main_queue()；
6、NSURLConnection；

4、從調用堆棧來看Runloop

如下圖是常見的調用堆棧：

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從下往上一層層的看，最開始的start是dyld干的，然后是main函數，main函數接著調用UIApplicationMain，然后的GSEventRunModal是Graphics Services是處理硬件輸入，比如點擊，所有的UI事件都是它發出來的。緊接著的就是Runloop了，從圖中的可以看到從13到104個調用都是Runloop相關的。再上面的就是事件隊列處理，以及UI層的事件分發了。

5、Runloop的調用

幾乎所有線程的所有函數都是從下面六個函數之一調起：

static void __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__();  
static void __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_BLOCK__();  
static void __CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__();  
static void __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_TIMER_CALLBACK_FUNCTION__();  
static void __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE0_PERFORM_FUNCTION__();  
static void __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE1_PERFORM_FUNCTION__();

6、Runloop的構成

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1、Runloop與Thread是一一綁定的，但是并不是一個Thread只能起一個Runloop，它可以起很多，但是必須是嵌套結構，根Runloop只有一個；
2、RunloopMode是指的一個事件循環必須在某種模式下跑，系統會預定義幾個模式。一個Runloop有多個Mode；
3、CFRunloopSource，CFRunloopTimer，CFRunloopObserver這些元素是在Mode里面的，Mode與這些元素的對應關系也是1對多的；
CFRunloopTimer：比如下面的方法都是CFRunloopTimer的封裝：

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CFRunloopSource：source是RunLoop的數據源(輸入源)的抽象類(protocol)，Runloop定義了兩個Version的Source：
1、Source0：處理App內部事件，App自己負責管理（觸發），如UIEvent，CFSocket；
2、Source1：由Runloop和內核管理，mach port驅動，如CFMachPort（輕量級的進程間通信的方式，NSPort就是對它的封裝，還有Runloop的睡眠和喚醒就是通過它來做的），CFMessagePort；
CFRunloopObserver：這個是用來向外界報告Runloop當前的狀態的更改。

kCFRunLoopEntry = (1UL << 0),// 即將進入Loop  
kCFRunLoopBeforeTimers = (1UL << 1),// 即將處理 Timer  
kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2),// 即將處理 Source  
kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5),// 即將進入休眠  
kCFRunLoopAfterWaiting = (1UL << 6),// 剛從休眠中喚醒  
kCFRunLoopExit = (1UL << 7),// 即將退出Loop  
kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU//所有狀態

我們可以去設自己的Observer，來觀察Runloop的狀態變化。很多機制由RunloopObserver來觸發，比如CAAnimation，動畫并不是馬上就會被調用的，而是會等到kCFRunLoopBeforeWaiting或者kCFRunLoopAfterWaiting來執行，會等到Runloop執行一圈，收集所有的Animation之后一起來調用。
** CFRunloopObserver與Autorelease Pool：

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** CFRunloopMode：Runloop在同一時間只能且必須在某一種特定的Mode下面Run，更換Mode時，必須要停止當前的Loop，然后重啟新的Loop，重啟的意思是退出當前的while循環，然后重新設置一個新的while。Mode是iOS App滑動流暢的關鍵，我們也可以自己創建一個Mode，但是基本不會這樣去做。NSDefaultRunLoopMode：默認狀態，空閑狀態，點擊事件，普通的回調等；NSTrackingRunLoopMode：ScrollView滑動時；UIInitializationRunLoopMode：私有的，App啟動的時候，第一個頁面加載之后就切換為NSDefaultRunLoopMode了，避免啟動的時候受到影響；NSRunLoopCommonModes:這個mode包含第一個和第二個，都可以跑。
ScrollView滑動過程：下面看看scrollView在開始滑動和停止滑動時候的調用堆棧，設置符號斷點CFRunLoopWakeUp，查看主線程的調用堆棧，如下所示：
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查看調用堆棧可以看到開始滑動的時候有一個pushRunLoopMode方法的調用，在停止滑動的時候有一個pushRunLoopMode方法的調用，實際上Mode的切換過程是這樣的：
NSDefaultRunLoopMode -> UITrakingRunLoopMode -> NSDefaultRunLoopMode
RunLoop和dispatch_get_main_queue()：GCD中分發到main queue中的block輩分發到main runloop執行，這是main queue的特別之處，dispatch_after到main queue同理：
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5、RunLoop的掛起和喚醒

空閑時刻暫停程序時（按下debug的暫停鍵），會看到如下的堆棧：


Paste_Image.png

這就是Runloop的掛起，實際上是指定一個端口，給內核發消息，這里是一個等待消息，就是等待被喚醒。
1、指定用于被喚醒的mach port端口；
2、調用mach_msg監聽喚醒端口，被喚醒前，系統內核將這個線程掛起，停留在mach_msg_trap狀態；
3、由另一個線程（或者另一個進程中的某個線程）向內核發送這個端口的msg后，trap狀態被喚醒，RunLoop繼續開始干活。

6、Runloop迭代執行順序

下面是偽代碼：

//設定過期時間  
SetupThisRunLoopRunTimeOutTimer();  //by GCD timer  
do{  
    //通知Observer要跑timer跟source  
    __CFRunLoopDoObservers(kCFRunLoopBeforeTimers);  
    __CFRunLoopDoObservers(kCFRunLoopBeforeSources);  
       
    __CFRunLoopDoBlocks();  
    //運行到此刻，去檢測當前加到消息隊列source0的消息，此方法遍歷source0去執行  
    __CFRunLoopDoSource0();  
       
    //詢問GCD有沒有分到主線程的東西需要調用  
    CheckIfExistMessageInMainDispatchQueue();   //GCD  
       
    //通知Observer要進入睡眠  
    __CFRunLoopDoObservers(kCFRunLoopBeforeWaiting);  
    //此刻獲取到是哪個端口把我叫醒  
    var wakeUpPort = SleepAndWaitForWakingUpPorts();  
    //  mach_msg_trap  
    //  Zzz...  
    //  Received mach_msg,  wake up!  
       
    //通知Observer我要醒了~  
    __CFRunLoopDoObservers(kCFRunLoopAfterWaiting);  
    //Handler msgs  
    if(wakeUpPort == timerPort){  
        //如果是timer喚醒就去執行timer  
        __CFRunLoopDoTimer();  
    }else if(wakeUpPort == mainDispatchQueuePort){  
        //GCD需要我，就去調GCD的事件  
        __CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE();  
    }else{  
        //比如說網絡來數據了就會用這個端口喚醒，然后做數據處理  
        __CFRunloopDoSource1();  
    }  
    __CFRunLoopDoBlocks();  
}while (!stop && !timeOut);//如果沒被外部干掉或者時間沒到，繼續循環

跑while循環之前需要通過GCD來設置過期時間，不然真成死循環了；然后告訴observer要開始執行timer和source的狀態了；然后遍歷消息隊列中source0的消息并執行；然后詢問GCD中有沒有分到主線程的任務需要執行；然后通知要進入睡眠掛起狀態了；然后會一直卡在SleepAndWaitForWakingUpPorts函數這里，直到有事件喚醒并返回喚醒的端口；然后通知我要醒了；然后根據喚醒端口類型來進行相應的處理；

7、RunLoop實踐

這是AFNetworking中的Runloop的創建代碼：

Paste_Image.png

所以說currentRunLoop方法是獲得RunLoop，如果沒有就會創建RunLoop，后面一行代碼是為了讓線程活下來，如果沒有這一行代碼，RunLoop并不會掛起，線程運行完就會退出；這是創建一個常駐服務線程得很好的樣例代碼。
TableView延遲加載圖片的新思路：
將setImage放到NSDefaultRunLoopMode去做，也就是在滑動的時候并不會去調用這個方法，而是會等到滑動完畢切換到NSDefaultRunLoopMode下面才會調用。

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

讓Crash的App回光返照：
1、program received signal:SIGABRT SIGABRT一般是過度release或者發送unrecogized selector導致。
2、EXC_BAD_ACCESS是訪問已被釋放的內存導致，野指針錯誤。
由 SIGABRT 引起的Crash 是系統發這個signal給App，程序收到這個signal后，就會把主線程的RunLoop殺死，程序就Crash了 該例只針對 SIGABRT引起的Crash有效。

CFRunLoopRef runloop = CFRunLoopGetCurrent();  
    //獲取所有Mode，因為可能有很多Mode，每個Mode都需要跑，此處可以選擇提交下崩潰信息之類的  
    UIAlertView *alertView = [[UIAlertView alloc] initWithTitle:@"程序崩潰了" message:@"崩潰信息" delegate:nil cancelButtonTitle:@"取消" otherButtonTitles:nil];  
    [alertView show];  
    NSArray *allModes = CFBridgingRelease(CFRunLoopCopyAllModes(runloop));  
    while (1) {  
        //快速切換Mode  
        for (NSString *mode in allModes) {  
            CFRunLoopRunInMode((CFStringRef)mode, 0.001, false);  
        }  
    }
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