iOS开发-RunLoop详解

RunLoop概述

\color{red}{RunLoop} 是什么?为什么要有\color{red}{RunLoop}
一般来说,一个线程只能执行一个任务,执行完就退出。如果我们需要一种机制,让线程不退出,随时能处理事件,那么我们就用到了\color{red}{RunLoop}。那么,\color{red}{RunLoop}是什么?\color{red}{RunLoop}又叫运行循环,内部就是一个\color{red}{do-while}循环,在这个循环内部不断处理各种任务,保证程序持续运行。RunLoop存在的目的就是当线程中有任务的时候,保证线程干活,当线程没有任务的时候,让线程睡眠,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(想看一下你在房间里一直转圈抗饿还是躺在床上睡觉更抗饿?)。

RunLoop的作用

1、保持程序持续运行。

App一启动就会开启主线程,主线程在开启的时候就会开启主线程对应的\color{red}{RunLoop}\color{red}{RunLoop}能保证线程不被销毁,主线程不销毁,程序就会持续运行。

2、处理App中各类事件。

事件响应、手势识别、界面刷新、\color{red}{AutoreleasePool}自动释放池、\color{red}{NSTimer}等事件处理。

3、节省\color{red}{CPU}资源,提高程序性能。

如概述所述,当线程中有任务的时候,保证线程干活,当线程没有任务的时候,让线程睡眠,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的原理

想要更好的理解\color{red}{RunLoop},阅读源码是一个不错的选择。老司机说,有了源码,RunLoop也就没那么神秘了。首先我们平时所讲的\color{red}{RunLoop}有两种, 一种是\color{red}{NSRunLoop},一种\color{red}{CFRunLoop}

\color{red}{NSRunLoop}是存在于\color{red}{Foundation}框架中,\color{red}{CFRunLoop}是存在于\color{red}{CoreFoundation}框架中的。平时我们使用的是\color{red}{NSRunLoop},其实\color{red}{NSRunLoop}是基于\color{red}{CFRunLoop}的一层简单的OC封装。

\color{red}{CFRunLoop}本质是一个结构体,\color{red}{NSRunLoop}是一个\color{red}{NSObject}对象。\color{red}{NSRunLoop}不是线程安全的,\color{red}{CFRunLoop}时候线程安全的。那么我们通过源码了解一下\color{red}{CFRunLoop}。首先看下基本数据结构。

1、首先看下CFRunLoop的定义,这里我把需要关注的参数都做了注释

CFRunLoop.png

由此可以看出,\color{red}{CFRunLoop}是一个结构体,里面含有很多属性。看一下这个结构体里面我们需要关注的几个参数。每一个\color{red}{RunLoop}都有自己的模式(Mode),而且不止一个模式。模式(Mode)里面存储的是\color{red}{RunLoop}要处理的事件源,事件源有三种,\color{red}{Source、Timer、Observer}这三种,下面会有详细介绍。\color{red}{RunLoop}有很多模式,但是某一个时刻只能有一个确定的\color{red}{Mode},就是\color{red}{\_currentMode},下面第二条讲述的就是\color{red}{RunLoop}\color{red}{Mode},在\color{red}{Mode}结构体里面几个与模式(Mode)相关的参数 :

\color{red}{\_currentMode},,表示该RunLoop当前所处的模式;

\color{red}{\_modes}表示该RunLoop中所有的模式;

另外RunLoop里面有一个Mode是\color{red}{NSRunLoopCommonModes},这个Mode并没有什么含义,它只是对几个模式(Mode)进行标记的一个集合;

\color{red}{\_commonModes}表示\color{red}{NSRunLoopCommonModes}这个模式下保存的Mode,我们也可以将自定义的Mode添加到这个set里面;

\color{red}{\_commonModeItem}表示添加到\color{red}{NSRunLoopCommonModes}里面的\color{red}{Source/Timer}等;

2、上面提到的RunLoop里面有很多模式(Mode),来了解一下模式CFRunLoopMode,下面是CFRunLoop的源码。

CFRunLoopMode.png

其实与\color{red}{CFRunLoop}相关的几个定义都是结构体,\color{red}{CFRunLoopMode}也是结构体,看代码了解下\color{red}{CFRunLoopMode}的几个相关参数,主要是上面标记出来的四个参数

上面说\color{red}{RunLoop}是用来处理事件,它处理的事件主要有三种,\color{red}{Source、Timer、Observer},那么\color{red}{Source}还可以分为两种,\color{red}{Source0}\color{red}{Source1}\color{red}{CFRunLoopMode}的定义里面有四个集合,分别表示存储这四种事件源的集合,如上标注。

RunLoop中的Mode主要有以下几种:

1)\color{red}{KCFRunLoopDefaultMode:App}的默认Mode,通常主线程是在这个Mode下运行。

2)\color{red}{UITrackingRunLoopMode}:界面跟踪Mode,用于ScrollView追踪触摸滑动,保证界面滑动的时候不受其他Mode影响。

3)\color{red}{KCFRunLoopCommonMode}:这是一个占位用的Mode,作为标记{\color{red}{KCFRunLoopDefaultMode}}{\color{red}{UITrackingRunLoopMode}}用,并不是一种真正的Mode。

4)\color{red}{UIInitializationRunLoopMode}:在刚启动App的时候进入的第一个Mode,启动完成后不再使用。

5)\color{red}{CSEventReceiveRunLoopMode}:接受系统事件内部Mode,通常用不到

RunLoop启动的时候只能选择其中一个Mode,作为{\color{red}{currentMode}},如果需要切换Mode,只能退出当前Mode,再重新选择一个Mode进入。

到这里,基于以上{\color{red}{CFRunLoop}}{\color{red}{CFRunLoopMode}}的理解,RunLoop中保存的是{\color{red}{RunLoopMode}},而{\color{red}{RunLoopMode}}中保存的才是实际执行的任务。

3、{\color{red}{RunLoopMode}}里面存储的是{\color{red}{RunLoop}}要处理的事件源,事件源有三种,{\color{red}{Soure、Timer和Observer}}

1){\color{red}{CFRunLoopSourceRef}},就是{\color{red}{Soure}}事件源,看一下它的定义。

CFRunLoopSource.png

{\color{red}{CFRunLoopSourceRef}}是RunLoop要处理的事件源之一,{\color{red}{version0、version1}} 是根据对不同事件的处理区分出来的{\color{red}{source0、source1}}

2){\color{red}{CFRunLoopTimerRef}}。RunLoop的相关Timer事件,定时器,定时执行一个任务,也是在RunLoop中处理的。

CFRunLoopTimer.png

3){\color{red}{CFRunLoopObserverRef}}{\color{red}{CFRunLoopObserverRef}} 是RunLoop的监听者,能够监听RunLoop的状态改变。

CFRunLoopObserver.png

RunLoop在运行过程中有以下几个状态:

6.CF_OPTIONS.png

可以给一个RunLoop添加观察。通过监测RunLoop的状态判断是否出现卡顿。创建一个Observer观察者,将创建好的观察者添加到主线程RunLoop的{\color{red}{CommonMode}}模式下观察,创建一个持续的子线程专门用来监控主线程的RunLoop状态,一旦发现进入睡眠前的{\color{red}{KCFRunLoopBeforeSource}}状态,或者唤醒后的状态{\color{red}{KCFRunLoopAfterWaiting}},在设置的时间阈值内一直没有变化,即可判断为卡顿,dump出堆栈的信息,从而进一步分析出具体是哪个方法的执行时间长。

4、了解了RunLoop的基本数据结构,下面看一下RunLoop是如何运行的。

首先,如何创建一个{\color{red}{RunLoop}},其实{\color{red}{RunLoop}}并不需要我们手动创建。任何一个RunLoop都与一个线程关联着,先有线程,再有{\color{red}{RunLoop}}。苹果提供了两个API,让我们来获取{\color{red}{RunLoop}}{\color{red}{CFRunLoopGetMain()}}{\color{red}{CFRunLoopGetCurrent()}},这两个方法分别获取{\color{red}{MainRunLoop}}和当前线程的RunLoop。

7.CFRunLoopGet.png

从上面两个函数可以看出,{\color{red}{RunLoop}}是通过{\color{red}{\_CFRunLoopGet0()}}这个函数来获取的,并且以线程作为参数,这个函数的作用与通过key从{\color{red}{NSDictionary}}获取{\color{red}{Value}}极为相似。接下来,看一下{\color{red}{\_CFRunLoopGet0()}}的实现。

获取某个线程的{\color{red}{RunLoop}},首先以该线程作为{\color{red}{key}},从全局字典查找,如果没有找到,就新建一个,并以线程为{\color{red}{key}}{\color{red}{RunLoop}}为Value存到全局字典中(如果全局字典不存在,就先初始化全局字典,并新建一个{\color{red}{MainRunLoop}}保存到全局字典中)。下面是源码,我都添加了注释。

8.GetRunLoop.png

上面这个是获取当前RunLoop的原理,那么RunLoop内部又是如何执行任务的。这里有一个图解。


9.RunLoop.png

{\color{red}{CFRunLoopRun}}{\color{red}{CFRunLoopRunInMode}}内部都调用了{\color{red}{CFRunLoopRunSpecific}}。而{\color{red}{CFRunLoopRunSpecific}}内部又调用了{\color{red}{\_\_CFRunLoopRun,CFRunLoopRunSpecific}}{\color{red}{\_\_CFRunLoopRun}}合起来就是{\color{red}{RunLoop}}的完整实现了。看下下面一段伪代码解读,这个就是{\color{red}{RunLoop}}的内部逻辑:

10.pseudocode.png

{\color{red}{RunLoop}}和线程之间的关系

1、{\color{red}{RunLoop}}保存在一个全局的{\color{red}{Dictionary}}里面,线程为{\color{red}{key}}{\color{red}{RunLoop}}{\color{red}{Value}}
2、线程刚创建的时候是没有{\color{red}{RunLoop}}对象的,{\color{red}{RunLoop}}会在第一次获取它的时候创建。
3、{\color{red}{RunLoop}}会在线程结束的时候销毁。
4、主线程的{\color{red}{RunLoop}}已经自动获取(创建),子线程默认没有开启RunLoop。
5、每条线程都有唯一的一个与之对应的{\color{red}{RunLoop}}对象。
6、先有线程,再有{\color{red}{RunLoop}}

我们在开发中常见{\color{red}{RunLoop}}使用

1、控制线程生命周期(线程保活、线程永驻)。

原理: 如果Mode里面没有任何的{\color{red}{Soure0/Source1/Timer/Observer}}{\color{red}{RunLoop}}会立马退出,所以为了不让它退出,可以在{\color{red}{RunLoop}}里面添加一个{\color{red}{Soure1}}{\color{red}{AF2.x}}中用到常驻线程,就是这个原理。

11.Demo1.png

2、TableView延迟加载图片。

{\color{red}{setImage}}放到{\color{red}{NSDefaultRunLoopMode}}去做,也就是在滑动的时候并不会去调用赋值图片的方法,而是会等到滑动完毕切换到{\color{red}{NSDefaultRunLoopMode}}下面才会调用。

[self.img performSelector:@selector(setImage:) withObject:image afterDelay:0 inModes:[NSDefaultRunLoopMode]];
3、解决NSTimer在滑动时停止工作的问题(将Timer添加到CommonMode里面即可)。
NSTimer *timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:1 target:self selector:@selector(timerEvent) userInfo:nil repeats:YES];
[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];

{\color{red}{Timer}}默认是处在{\color{red}{NSDefaultRunLoopMode}}模式,当我们滑动页面的时候{\color{red}{RunLoop}}会切换到{\color{red}{UITrackingRunLoopMode}}模式,这样我们的{\color{red}{timer}}就停止工作了,就像商城的倒计时,滑动页面的时候倒计时就停止了,为了解决这个问题,需要让{\color{red}{timer}}{\color{red}{UITrackingRunLoopMode}}下也能工作,而{\color{red}{NSRunLoopCommonModes}},这个模式等效于{\color{red}{NSDefaultRunLoopMode}}{\color{red}{UITrackingRunLoopMode}}的结合。所以给{\color{red}{timer}}指定{\color{red}{NSRunLoopCommonModes}}模式,这样 {\color{red}{timer}}可以在{\color{red}{NSDefaultRunLoopMode、UITrackingRunLoopMode}}模式下都运行。

4、另外可以通过监测RunLoop的状态监测应用卡顿。

{\color{red}{RunLoop}}在进入睡眠之前和唤醒后的两个loop状态定义的值,分别是{\color{red}{KCFRunLoopBeforeSources}}{\color{red}{KCFRunLoopAfterWaiting}},也就是要触发{\color{red}{Source0}}回调和接收{\color{red}{mach_port}}消息两个状态。创建一个{\color{red}{Observer}}观察者,将创建好的观察者添加到主线程{\color{red}{RunLoop}}{\color{red}{CommonMode}}模式下观察,创建一个持续的子线程专门用来监控主线程的{\color{red}{RunLoop}}状态,一旦发现进入睡眠前的{\color{red}{KCFRunLoopBeforeSource}}状态,或者唤醒后的状态{\color{red}{KCFRunLoopAfterWaiting}},在设置的时间阈值内一直没有变化,即可判断为卡顿,dump出堆栈的信息,从而进一步分析出具体是哪个方法的执行时间长。

以上是开发中常用的与{\color{red}{RunLoop}}相关的应用。

对于{\color{red}{RunLoop}}的这篇总结,是在阅读前人博客和自己对源码的解读之后编写的。基于对{\color{red}{RunLoop}}的理解,我们可以清晰的看到,{\color{red}{RunLoop}}就是一个{\color{red}{do-while}}循环,在这个循环内部,有事情则处理事情,没事情就休息,这样做的好处就是提高程序性能,节省资源。另外{\color{red}{RunLoop}}中保存的是{\color{red}{RunLoopMode}},而{\color{red}{RunLoopMode}}中保存的才是实际执行的任务。对{\color{red}{RunLoop}}理解到这里,我们可以去网上搜罗一下{\color{red}{RunLoop}}的案例,检阅一下自己啦,加油!

作者:程序1u员
链接:https://juejin.cn/post/6844904096961413133
来源:掘金
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