Runloop和多線程

CFRunloop中已經說明了一個線程及其runloop的對應關系 ,現在以iOS中NSThread的實際使用來說明runloop在線程中的意義。

在iOS中直接使用NSThread有一下幾種方式,但是歸根到底,當一個線程需要長時間的去跟蹤一個任務的時候,這幾種方式做的事情是一樣的,只不過接口名稱和參數不一樣,感覺是為了使用起來更加方便。因為這些接口內部都需要依賴runloop去實現事件的監(jiān)聽,這個可以通過調用堆棧證實。

- (void)performSelectorInBackground:(SEL)aSelector withObject:(id)arg

- (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread*)thr withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait

以上兩個方法都是NSObject的方法,可以直接通過一個對象來創(chuàng)建一個線程。第二個方法具有更多的靈活性,它可以讓你自己指定線程,第一個方法是自己默認創(chuàng)建一個線程。第二個方法的最后一個參數是指定是否等待aSelector執(zhí)行完畢。

+ (void)detachNewThreadSelector:(SEL)selector toTarget:(id)target withObject:(id)argument;

該方法是NSThread的類方法,跟第一個方法是類似的功能。

下面通過在子線程發(fā)起一個網絡請求,去發(fā)現一些問題,然后通過runloop去解釋原因,并推測API背后的實現方式。

代碼1

- (void)viewDidLoad {

    [super viewDidLoad];

    [self performSelectorInBackground:@selector(multiThread) withObject:nil];
}
- (void)multiThread

{
    if (![NSThread isMainThread]) {
        self.request = [[NSMutableURLRequest alloc]

                                        initWithURL:[NSURL URLWithString:@"
                                        http://www.baidu.com"]

                                        cachePolicy:NSURLCacheStorageNotAllowed

                                        timeoutInterval:10];

        [self.request setHTTPMethod: @"GET"];

        self.connection =[[NSURLConnection alloc] initWithRequest:self.request

                                                         delegate:self

                                                 startImmediately:YES];
    }
}
- (void)connection:(NSURLConnection *)connection didReceiveResponse:(NSURLResponse *)response{

    NSLog(@"network callback");

}

運行之后,可以發(fā)現在子線程中發(fā)起的網絡請求,回調沒有被調用。根據CFRunloop介紹的知識可以大致猜測可能跟runloop有關系,也就是子線程的runloop中沒有注冊網絡回調的消息,所以該子線程自己相關的runloop沒有收到回調。實際上

- (instancetype)initWithRequest:(NSURLRequest *)request delegate:(id)delegate startImmediately:(BOOL)

這個方法的第三個參數的bool值表示是否在創(chuàng)建完NSURLConnection對象之后立刻發(fā)起請求,一般情況下是YES,什么時候會傳NO呢。

事實上,對于以上這種方式創(chuàng)建的線程,默認是沒有生成該線程對應的runloop的。也就是說這種情況下,需要自己去創(chuàng)建對應線程的runloop,并且讓他run起來,去不斷監(jiān)聽各種往runloop里注冊的消息。但是對于主線程而言,其對應的runloop會由系統建立,并且自己run起來。由于平時工作在主線程下,這些工作大部分情況下不需要人為參與,所以一到子線程就會有各種問題。子線程中起timer沒有生效也是相同的原因。所以以上函數第三個參數的意思就是,如果是當前線程已經runloop跑起來的情況下,傳YES。除此之外,需要自己創(chuàng)建runloop去run,再將網絡請求消息注冊到runloop中。

現在根據以上分析修改代碼:

代碼2

self.request = [[NSMutableURLRequest alloc]

                                initWithURL:[NSURL URLWithString:@"http://
                                www.baidu.com"]

                                cachePolicy:NSURLCacheStorageNotAllowed

                                timeoutInterval:10];

[self.request setHTTPMethod: @"GET"];

self.connection =[[NSURLConnection alloc] initWithRequest:self.request

                                                 delegate:self

                                         startImmediately:NO];

NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];

[runLoop run];

[self.connection scheduleInRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSDefaultRunLoopMode];

[self.connection start];

代碼3

self.request = [[NSMutableURLRequest alloc]

                                initWithURL:[NSURL URLWithString:@"http://
                                www.baidu.com"]

                                cachePolicy:NSURLCacheStorageNotAllowed

                                timeoutInterval:10];

[self.request setHTTPMethod: @"GET"];

self.connection =[[NSURLConnection alloc] initWithRequest:self.request

                                                 delegate:self

                                         startImmediately:NO];

NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];

[self.connection scheduleInRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSDefaultRunLoopMode];

[self.connection start];

[runLoop run];

然后就發(fā)現網絡回調被調用了。

之后分析了一下調用堆棧:

第一個:在multiThread里面是這樣的:

multiThread.png

第二個:網絡回調里面是這樣的:

網絡回調.png

通過堆棧可以得知,這兩個函數都是由線程6調用的,也就是創(chuàng)建的子線程,也就是創(chuàng)建的子線程,但是堆棧中的內容很不一樣。很顯然第二個是從runloop 調出的,并且是Sources0這個消息調出的。而第一個是線程運行時候的初始化方法。所以當調用runloop run的時候,其實是線程進入自己的runloop去監(jiān)聽時間了,從此以后,所有的代碼都會從runloop CALLOUT出來。所以這種情況下,需要把先把消息注冊到runloop中,讓runloop跑起來是最后需要做的事情。

以下是開源庫AFNetworking網絡請求的實現:

AFNetworking

- (void)start {

    [self.lock lock];

    if ([self isCancelled]) {
        [self performSelector:@selector(cancelConnection) onThread:[[self class
        ] networkRequestThread] withObject:nil waitUntilDone:NO modes:[self.
        runLoopModes allObjects]];

    } else if ([self isReady]) {
        self.state = AFOperationExecutingState;
        [self performSelector:@selector(operationDidStart) onThread:[[self 
        class] networkRequestThread] withObject:nil waitUntilDone:NO modes:[
        self.runLoopModes allObjects]];

    }
    [self.lock unlock];
}
+ (void)networkRequestThreadEntryPoint:(id)__unused object {

    @autoreleasepool {
        [[NSThread currentThread] setName:@"AFNetworking"];
        NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];
        [runLoop addPort:[NSMachPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
        [runLoop run];
    }
}

+ (NSThread *)networkRequestThread {

    static NSThread *_networkRequestThread = nil;
    static dispatch_once_t oncePredicate;

    dispatch_once(&oncePredicate, ^{
        _networkRequestThread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:
        @selector(networkRequestThreadEntryPoint:) object:nil];
        [_networkRequestThread start];
    });
    return _networkRequestThread;
}

AFNetworking使用的是

- (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread\*)thr withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait

這個方法,但是為什么它沒有使用

- (void)performSelectorInBackground:(SEL)aSelector withObject:(id)arg

這個方法呢?

通過斷點,發(fā)現了AFNetwokring網絡請求中一些函數的調用順序:

1.networkRequestThread

2.networkRequestThreadEntryPoint

3.operationDidStart

為什么operationDidStart會在networkRequestThreadEntryPoint之后調用?

在networkRequestThreadEntryPoint里主要是生成網絡線程的runloop并且讓它跑起來,里面的

[runLoop addPort:[NSMachPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode]

這主要是為了在沒有任何網絡請求的時候讓網絡線程保持監(jiān)聽狀態(tài),否則網絡線程的loop會直接返回,之后再調用網絡線程請求就沒有意義了。再結合調用堆棧,發(fā)現operationDidStart是在runloop callout出來的,而networkRequestThreadEntryPoint是網絡線程的入口方法。這跟之前的例子是一樣的。所以,我猜測

- (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread\*)thr withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait

這個方法背后是由主線程將aSelector作為消息注冊到runloop中時間發(fā)生在networkRequestThreadEntryPoint方法調用之前,所以在networkRequestThreadEntryPoint方法中調用 。 NSRunLoop currentRunLoop的時候其實runloop本身應該已經被創(chuàng)建了。原因是因為在這個地方斷點 ,打印runloop對象可以發(fā)現里面已經注冊了source0的消息,如下截圖:

currentRunloop.png

也就是說父線程在

- (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait**函數中將aSelector

注冊成source0,這是該函數背后的大致實現。通過查閱apple官方文檔,基本屬實,如下所示:

官方文檔.png

通過上面的分析,可以得出使用performSelector方法可以將子線程runloop的初始化實現在子線程的初始化方法里實現,如果使用performSelectorInBackground

方法,那么子線程runloop的初始化和業(yè)務邏輯就會混到一起,并且每一次都會重新初始化。AFNetworking通過一個靜態(tài)全局的子線程去管理所有的網絡請求,其對應的runloop也只需要初始化一次。

通過以上分析,可以知道如果需要讓一個子線程去持續(xù)的監(jiān)聽時間,就需要啟動它的runloop并且忘其中注冊source,timer,oberserver三者之一的消息類型。在默認情況下子線程的runloop是不會自己創(chuàng)建和啟動的。

線程之間的通訊:NSMachPort

NSNotificationCenter是iOS中全局的觀察者,可以用于不同頁面之間消息傳遞解耦。

先看一段代碼:

代碼1

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];

    NSLog(@"current thread = %@", [NSThread currentThread]);

    [[NSNotificationCenter defaultCenter] addObserver:self selector:@selector(
        handleNotification:) name:TEST_NOTIFICATION object:nil];

    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0
        ), ^{

        [[NSNotificationCenter defaultCenter] postNotificationName:TEST_NOTIFICATION object:nil userInfo:nil];
    });
}

- (void)handleNotification:(NSNotification *)notification
{
    NSLog(@"current thread = %@", [NSThread currentThread]);

    NSLog(@"test notification");
}

@end

輸出如下:

輸出

current thread = <NSThread: 0x7fbb23412f30>{number = 1, name = main}
current thread = <NSThread: 0x7fbb23552370>{number = 2, name = (null)}
test[865:45174] test notification

在主線程中注冊了一個通知,在子線程中拋出事件,最后在子線程中處理事件。

但是有些時候,可能需要在同一個線程中處理事件,比如更新UI的操作只能放到主線程中進行。所以,需要做一次線程之間消息的轉發(fā)。如果是子線程往主線程轉發(fā),通過GCD即可實現。但是如果是任意兩個線程之間通訊,則需要依賴NSMachPort通過它往目標線程的runloop中注冊事件來完成。

@interface ViewController () <NSMachPortDelegate>

@property (nonatomic) NSMutableArray    *notifications;         // 通知隊列
@property (nonatomic) NSThread          *notificationThread;    // 期望線程
@property (nonatomic) NSLock            *notificationLock;      // 用于對通知隊列加鎖的鎖對象,避免線程沖突
@property (nonatomic) NSMachPort        *notificationPort;      // 用于向期望線程發(fā)送信號的通信端口

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];

    NSLog(@"current thread = %@", [NSThread currentThread]);

    // 初始化
    self.notifications = [[NSMutableArray alloc] init];
    self.notificationLock = [[NSLock alloc] init];

    self.notificationThread = [NSThread currentThread];
    self.notificationPort = [[NSMachPort alloc] init];
    self.notificationPort.delegate = self;

    // 往當前線程的run loop添加端口源
    // 當Mach消息到達而接收線程的run loop沒有運行時,則內核會保存這條消息,直到下一次進入run loop
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:self.notificationPort
                                forMode:(__bridge NSString *)
                                kCFRunLoopCommonModes];

    [[NSNotificationCenter defaultCenter] addObserver:self selector:@selector(
        processNotification:) name:@"TestNotification" object:nil];

    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0
        ), ^{

        [[NSNotificationCenter defaultCenter] postNotificationName:TEST_NOTIFICATION object:nil userInfo:nil];

    });
}

//NSMacPort回調方法
- (void)handleMachMessage:(void *)msg {

    [self.notificationLock lock];

    while ([self.notifications count]) {
        NSNotification *notification = [self.notifications objectAtIndex:0];
        [self.notifications removeObjectAtIndex:0];
        [self.notificationLock unlock];
        [self processNotification:notification];
        [self.notificationLock lock];
    };

    [self.notificationLock unlock];
}

- (void)processNotification:(NSNotification *)notification {

    if ([NSThread currentThread] != _notificationThread) {
        // Forward the notification to the correct thread.
        [self.notificationLock lock];
        [self.notifications addObject:notification];
        [self.notificationLock unlock];
        [self.notificationPort sendBeforeDate:[NSDate date]
                                   components:nil
                                         from:nil
                                     reserved:0];
    }
    else {
        // Process the notification here;
        NSLog(@"current thread = %@", [NSThread currentThread]);
        NSLog(@"process notification");
    }
}

@end

輸入如下:

test[1474:92483] current thread = <NSThread: 0x7ffa4070ed50>{number = 1, name = main}
test[1474:92483] current thread = <NSThread: 0x7ffa4070ed50>{number = 1, name = main}
test[1474:92483] process notification
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