【iOS 底层原理】Runloop

一. RunLoop简介

运行循环，在程序运行过程中循环做一些事情，如果没有Runloop程序执行完毕就会立即退出，如果有Runloop程序会一直运行，并且时时刻刻在等待用户的输入操作。RunLoop可以在需要的时候自己跑起来运行，在没有操作的时候就停下来休息。充分节省CPU资源，提高程序性能。

应用场景

  • 定时器（Timer）------- timer
  • PerformSelector ---------- source0
  • GCD Async Main Queue
    • 只有 dispatch_async(dispatch_get_main_queue) 情况下是通过 runloop 去调度的
  • 事件响应、手势识别、界面刷新
  • 网络请求
  • AutoreleasePool

二. RunLoop基本作用

  • 保持程序持续运行，程序一启动就会开一个主线程，主线程一开起来就会跑一个主线程对应的RunLoop,RunLoop保证主线程不会被销毁，也就保证了程序的持续运行
  • 处理App中的各种事件（比如：触摸事件，定时器事件，Selector事件等）
  • 节省CPU资源，提高程序性能，程序运行起来时，当什么操作都没有做的时候，RunLoop就告诉CPU，现在没有事情做，我要去休息，这时CPU就会将其资源释放出来去做其他的事情，当有事情做的时候RunLoop就会立马起来去做事情

我们先通过API内一张图片来简单看一下RunLoop内部运行原理

image.png

通过图片可以看出，RunLoop在跑圈过程中，当接收到Input sources 或者 Timer sources时就会交给对应的处理方去处理。当没有事件消息传入的时候，RunLoop就休息了

三. 主线程的 RunLoop

UIApplicationMain函数内启动了Runloop，程序不会马上退出，而是保持运行状态。因此每一个应用必须要有一个runloop，
我们知道主线程一开起来，就会跑一个和主线程对应的RunLoop，那么RunLoop一定是在程序的入口main函数中开启。

int main(int argc, char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
    }
}

在UIApplicationMain函数中，开启了一个和主线程相关的RunLoop，导致UIApplicationMain不会返回，一直在运行中，也就保证了程序的持续运行。

Runloop 源码：

// 用DefaultMode启动
void CFRunLoopRun(void) {   /* DOES CALLOUT */
    int32_t result;
    do {
        result = CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopGetCurrent(), kCFRunLoopDefaultMode, 1.0e10, false);
        CHECK_FOR_FORK();
    } while (kCFRunLoopRunStopped != result && kCFRunLoopRunFinished != result);
}

RunLoop确实是do while通过判断result的值实现的。因此，我们可以把RunLoop看成一个死循环。

四. RunLoop对象

  • Fundation框架 （基于CFRunLoopRef的封装） NSRunLoop对象
  • CoreFoundation CFRunLoopRef对象

获取 Runloop 对象

Foundation
[NSRunLoop currentRunLoop]; // 获得当前线程的RunLoop对象
[NSRunLoop mainRunLoop]; // 获得主线程的RunLoop对象

Core Foundation
CFRunLoopGetCurrent(); // 获得当前线程的RunLoop对象
CFRunLoopGetMain(); // 获得主线程的RunLoop对象

CFRunLoopRef 开源代码：https://opensource.apple.com/tarballs/CF/

五. RunLoop和线程间的关系

  • 每条线程都有唯一的一个与之对应的RunLoop对象
  • RunLoop保存在一个全局的Dictionary里，线程作为key,RunLoop作为value
  • 主线程的RunLoop已经自动创建好了，子线程的RunLoop需要主动创建
  • RunLoop在第一次获取时创建，在线程结束时销毁

相关源码

// 拿到当前Runloop 调用_CFRunLoopGet0
CFRunLoopRef CFRunLoopGetCurrent(void) {
    CHECK_FOR_FORK();
    CFRunLoopRef rl = (CFRunLoopRef)_CFGetTSD(__CFTSDKeyRunLoop);
    if (rl) return rl;
    return _CFRunLoopGet0(pthread_self());
}

// 查看_CFRunLoopGet0方法内部
CF_EXPORT CFRunLoopRef _CFRunLoopGet0(pthread_t t) {
    if (pthread_equal(t, kNilPthreadT)) {
    t = pthread_main_thread_np();
    }
    __CFLock(&loopsLock);
    if (!__CFRunLoops) {
        __CFUnlock(&loopsLock);
    CFMutableDictionaryRef dict = CFDictionaryCreateMutable(kCFAllocatorSystemDefault, 0, NULL, &kCFTypeDictionaryValueCallBacks);
    // 根据传入的主线程获取主线程对应的RunLoop
    CFRunLoopRef mainLoop = __CFRunLoopCreate(pthread_main_thread_np());
    // 保存主线程 将主线程-key和RunLoop-Value保存到字典中
    CFDictionarySetValue(dict, pthreadPointer(pthread_main_thread_np()), mainLoop);
    if (!OSAtomicCompareAndSwapPtrBarrier(NULL, dict, (void * volatile *)&__CFRunLoops)) {
        CFRelease(dict);
    }
    CFRelease(mainLoop);
        __CFLock(&loopsLock);
    }
    
    // 从字典里面拿，将线程作为key从字典里获取一个loop
    CFRunLoopRef loop = (CFRunLoopRef)CFDictionaryGetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t));
    __CFUnlock(&loopsLock);
    
    // 如果loop为空，则创建一个新的loop，所以runloop会在第一次获取的时候创建
    if (!loop) {  
    CFRunLoopRef newLoop = __CFRunLoopCreate(t);
        __CFLock(&loopsLock);
    loop = (CFRunLoopRef)CFDictionaryGetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t));
    
    // 创建好之后，以线程为key runloop为value，一对一存储在字典中，下次获取的时候，则直接返回字典内的runloop
    if (!loop) { 
        CFDictionarySetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t), newLoop);
        loop = newLoop;
    }
        // don't release run loops inside the loopsLock, because CFRunLoopDeallocate may end up taking it
        __CFUnlock(&loopsLock);
    CFRelease(newLoop);
    }
    if (pthread_equal(t, pthread_self())) {
        _CFSetTSD(__CFTSDKeyRunLoop, (void *)loop, NULL);
        if (0 == _CFGetTSD(__CFTSDKeyRunLoopCntr)) {
            _CFSetTSD(__CFTSDKeyRunLoopCntr, (void *)(PTHREAD_DESTRUCTOR_ITERATIONS-1), (void (*)(void *))__CFFinalizeRunLoop);
        }
    }
    return loop;
}

从上面的代码可以看出，线程和 RunLoop 之间是一一对应的，其关系是保存在一个 Dictionary 里。所以我们创建子线程RunLoop时，只需在子线程中获取当前线程的RunLoop对象即可[NSRunLoop currentRunLoop];如果不获取，那子线程就不会创建与之相关联的RunLoop，并且只能在一个线程的内部获取其 RunLoop
[NSRunLoop currentRunLoop];方法调用时，会先看一下字典里有没有存子线程相对用的RunLoop，如果有则直接返回RunLoop，如果没有则会创建一个，并将与之对应的子线程存入字典中。当线程结束时，RunLoop会被销毁。

从源码看出子线程只有第一次获取 runloop 时才会创建

image.png

六. RunLoop结构体

image.png

__CFRunLoop结构体 源码

struct __CFRunLoop {
    CFRuntimeBase _base;
    pthread_mutex_t _lock;          /* locked for accessing mode list */
    __CFPort _wakeUpPort;           // used for CFRunLoopWakeUp 
    Boolean _unused;
    volatile _per_run_data *_perRunData;              // reset for runs of the run loop
    pthread_t _pthread;
    uint32_t _winthread;
    CFMutableSetRef _commonModes;
    CFMutableSetRef _commonModeItems;
    CFRunLoopModeRef _currentMode;
    CFMutableSetRef _modes;
    struct _block_item *_blocks_head;
    struct _block_item *_blocks_tail;
    CFAbsoluteTime _runTime;
    CFAbsoluteTime _sleepTime;
    CFTypeRef _counterpart;
};

主要成员变量

CFRunLoopModeRef _currentMode;
CFMutableSetRef _modes;

CFRunLoopModeRef 其实是指向__CFRunLoopMode结构体的指针，__CFRunLoopMode结构体源码如下

typedef struct __CFRunLoopMode *CFRunLoopModeRef;
struct __CFRunLoopMode {
    CFRuntimeBase _base;
    pthread_mutex_t _lock;  /* must have the run loop locked before locking this */
    CFStringRef _name;
    Boolean _stopped;
    char _padding[3];
    CFMutableSetRef _sources0;
    CFMutableSetRef _sources1;
    CFMutableArrayRef _observers;
    CFMutableArrayRef _timers;
    CFMutableDictionaryRef _portToV1SourceMap;
    __CFPortSet _portSet;
    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 */
};

主要成员变量

CFMutableSetRef _sources0;
CFMutableSetRef _sources1;
CFMutableArrayRef _observers;
CFMutableArrayRef _timers;

通过上面分析我们知道，CFRunLoopModeRef代表RunLoop的运行模式，一个RunLoop包含若干个Mode，每个Mode又包含若干个Source0/Source1/Timer/Observer，而RunLoop启动时只能选择其中一个Mode作为currentMode。

Source1/Source0/Timers/Observer分别代表什么

  1. Source1 : 基于Port的线程间通信
  2. Source0 : 触摸事件，PerformSelectors
  3. Timers : 定时器，NSTimer
  4. Observer : 监听器，用于监听RunLoop的状态
触摸事件属于 source1 还是 source0
- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event
{
    NSLog(@"点击了屏幕");
}

打断点之后打印堆栈信息，当xcode工具区打印的堆栈信息不全时，可以在控制台通过“bt”指令打印完整的堆栈信息，由堆栈信息中可以发现，触摸事件确实是会触发Source0事件。


image.png
performSelector 属于 source1 还是 source0
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
    [self performSelectorOnMainThread:@selector(test) withObject:nil waitUntilDone:YES];
});

可以发现PerformSelectors同样是触发Source0事件


image.png

当我们触发了事件（触摸/锁屏/摇晃等）后，由IOKit.framework生成一个 IOHIDEvent事件，而IOKit是苹果的硬件驱动框架，由它进行底层接口的抽象封装与系统进行交互传递硬件感应的事件，并专门处理用户交互设备，由IOHIDServices和IOHIDDisplays两部分组成，其中IOHIDServices是专门处理用户交互的，它会将事件封装成IOHIDEvents对象，接着用mach port转发给需要的App进程，随后 Source1就会接收IOHIDEvent，之后再回调__IOHIDEventSystemClientQueueCallback()，__IOHIDEventSystemClientQueueCallback()内触发Source0，Source0 再触发 _UIApplicationHandleEventQueue()。所以触摸事件看到是在 Source0 内的。

总结：触摸事件先通过 mach port 发送，封装为 source1，之后又转换为 source0

Timers 验证
[NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:3.0 repeats:NO block:^(NSTimer * _Nonnull timer) {
    NSLog(@"NSTimer ---- timer调用了");
}];
image.png
Observer
image.png

七. 详解RunLoop相关类及作用

相关类

  • CFRunLoopRef - 获得当前RunLoop和主RunLoop
  • CFRunLoopModeRef - RunLoop 运行模式，只能选择一种，在不同模式中做不同的操作
  • CFRunLoopSourceRef - 事件源，输入源
  • CFRunLoopTimerRef - 定时器时间
  • CFRunLoopObserverRef - 观察者

1. CFRunLoopModeRef

CFRunLoopModeRef代表RunLoop的运行模式
一个 RunLoop 包含若干个 Mode，每个Mode又包含若干个Source、Timer、Observer
每次RunLoop启动时，只能指定其中一个 Mode，这个Mode被称作 CurrentMode
如果需要切换Mode，只能退出当前一次 Loop，再重新指定一个Mode进入，这样做主要是为了分隔开不同组的Source、Timer、Observer，让其互不影响。如果Mode里没有任何Source0/Source1/Timer/Observer，RunLoop会立马退出

image.png

注意：一种Mode中可以有多个Source(事件源，输入源，基于端口事件源例键盘触摸等) Observer(观察者，观察当前RunLoop运行状态) 和Timer(定时器事件源)。但是必须至少有一个Source或者Timer，因为如果Mode为空，RunLoop运行到空模式不会进行空转，就会立刻退出。

系统默认注册的5个Mode:

RunLoop 有五种运行模式，其中常见的有1.2两种

1. kCFRunLoopDefaultMode：App的默认Mode，通常主线程是在这个Mode下运行
2. UITrackingRunLoopMode：界面跟踪 Mode，用于 ScrollView 追踪触摸滑动，保证界面滑动时不受其他 Mode 影响
3. UIInitializationRunLoopMode: 在刚启动 App 时第进入的第一个 Mode，启动完成后就不再使用，会切换到kCFRunLoopDefaultMode
4. GSEventReceiveRunLoopMode: 接受系统事件的内部 Mode，通常用不到
5. kCFRunLoopCommonModes: 这是一个占位用的Mode，作为标记kCFRunLoopDefaultMode和UITrackingRunLoopMode用，并不是一种真正的Mode

2. CFRunLoopSourceRef事件源（输入源）

source 分为两种

  • Source0：非基于Port的 用于用户主动触发的事件（点击button 或点击屏幕）
  • Source1：基于Port的 通过内核和其他线程相互发送消息（与内核相关）

3. CFRunLoopObserverRef

CFRunLoopObserverRef是观察者，能够监听RunLoop的状态改变

我们直接来看代码，给RunLoop添加监听者，监听其运行状态

-(void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event
{
     //创建监听者
     /*
     第一个参数 CFAllocatorRef allocator：分配存储空间 CFAllocatorGetDefault()默认分配
     第二个参数 CFOptionFlags activities：要监听的状态 kCFRunLoopAllActivities 监听所有状态
     第三个参数 Boolean repeats：YES:持续监听 NO:不持续
     第四个参数 CFIndex order：优先级，一般填0即可
     第五个参数 ：回调 两个参数observer:监听者 activity:监听的事件
     */
     /*
     所有事件
     typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
     kCFRunLoopEntry = (1UL << 0),   //   即将进入RunLoop
     kCFRunLoopBeforeTimers = (1UL << 1), // 即将处理Timer
     kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2), // 即将处理Source
     kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5), //即将进入休眠
     kCFRunLoopAfterWaiting = (1UL << 6),// 刚从休眠中唤醒
     kCFRunLoopExit = (1UL << 7),// 即将退出RunLoop
     kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU
     };
     */
    CFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreateWithHandler(CFAllocatorGetDefault(), kCFRunLoopAllActivities, YES, 0, ^(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity) {
        switch (activity) {
            case kCFRunLoopEntry:
                NSLog(@"RunLoop进入");
                break;
            case kCFRunLoopBeforeTimers:
                NSLog(@"RunLoop要处理Timers了");
                break;
            case kCFRunLoopBeforeSources:
                NSLog(@"RunLoop要处理Sources了");
                break;
            case kCFRunLoopBeforeWaiting:
                NSLog(@"RunLoop要休息了");
                break;
            case kCFRunLoopAfterWaiting:
                NSLog(@"RunLoop醒来了");
                break;
            case kCFRunLoopExit:
                NSLog(@"RunLoop退出了");
                break;
                
            default:
                break;
        }
    });
    
    // 给RunLoop添加监听者
    /*
     第一个参数 CFRunLoopRef rl：要监听哪个RunLoop,这里监听的是主线程的RunLoop
     第二个参数 CFRunLoopObserverRef observer 监听者
     第三个参数 CFStringRef mode 要监听RunLoop在哪种运行模式下的状态
     */
    CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetCurrent(), observer, kCFRunLoopDefaultMode);
     /*
     CF的内存管理（Core Foundation）
     凡是带有Create、Copy、Retain等字眼的函数，创建出来的对象，都需要在最后做一次release
     GCD本来在iOS6.0之前也是需要我们释放的，6.0之后GCD已经纳入到了ARC中，所以我们不需要管了
     */
    CFRelease(observer);
}

八. RunLoop处理逻辑

image.png
image.png

源码解析

// 共外部调用的公开的CFRunLoopRun方法，其内部会调用CFRunLoopRunSpecific
void CFRunLoopRun(void) {   /* DOES CALLOUT */
    int32_t result;
    do {
        result = CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopGetCurrent(), kCFRunLoopDefaultMode, 1.0e10, false);
        CHECK_FOR_FORK();
    } while (kCFRunLoopRunStopped != result && kCFRunLoopRunFinished != result);
}

// 经过精简的 CFRunLoopRunSpecific 函数代码，其内部会调用__CFRunLoopRun函数
SInt32 CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopRef rl, CFStringRef modeName, CFTimeInterval seconds, Boolean returnAfterSourceHandled) {     /* DOES CALLOUT */

    // 通知Observers : 进入Loop
    // __CFRunLoopDoObservers内部会调用 __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__
函数
    if (currentMode->_observerMask & kCFRunLoopEntry ) __CFRunLoopDoObservers(rl, currentMode, kCFRunLoopEntry);
    
    // 核心的Loop逻辑
    result = __CFRunLoopRun(rl, currentMode, seconds, returnAfterSourceHandled, previousMode);
    
    // 通知Observers : 退出Loop
    if (currentMode->_observerMask & kCFRunLoopExit ) __CFRunLoopDoObservers(rl, currentMode, kCFRunLoopExit);

    return result;
}

// 精简后的 __CFRunLoopRun函数，保留了主要代码
static int32_t __CFRunLoopRun(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopModeRef rlm, CFTimeInterval seconds, Boolean stopAfterHandle, CFRunLoopModeRef previousMode) {
    int32_t retVal = 0;
    do {
        // 通知Observers：即将处理Timers
        __CFRunLoopDoObservers(rl, rlm, kCFRunLoopBeforeTimers); 
        
        // 通知Observers：即将处理Sources
        __CFRunLoopDoObservers(rl, rlm, kCFRunLoopBeforeSources);
        
        // 处理Blocks
        __CFRunLoopDoBlocks(rl, rlm);
        
        // 处理Sources0
        if (__CFRunLoopDoSources0(rl, rlm, stopAfterHandle)) {
            // 处理Blocks
            __CFRunLoopDoBlocks(rl, rlm);
        }
        
        // 如果有Sources1，就跳转到handle_msg标记处
        if (__CFRunLoopServiceMachPort(dispatchPort, &msg, sizeof(msg_buffer), &livePort, 0, &voucherState, NULL)) {
            goto handle_msg;
        }
        
        // 通知Observers：即将休眠
        __CFRunLoopDoObservers(rl, rlm, kCFRunLoopBeforeWaiting);
        
        // 进入休眠，等待其他消息唤醒
        __CFRunLoopSetSleeping(rl);
        __CFPortSetInsert(dispatchPort, waitSet);
        do {
            __CFRunLoopServiceMachPort(waitSet, &msg, sizeof(msg_buffer), &livePort, poll ? 0 : TIMEOUT_INFINITY, &voucherState, &voucherCopy);
        } while (1);
        
        // 醒来
        __CFPortSetRemove(dispatchPort, waitSet);
        __CFRunLoopUnsetSleeping(rl);
        
        // 通知Observers：已经唤醒
        __CFRunLoopDoObservers(rl, rlm, kCFRunLoopAfterWaiting);
        
    handle_msg: // 看看是谁唤醒了RunLoop，进行相应的处理
        if (被Timer唤醒的) {
            // 处理Timer
            __CFRunLoopDoTimers(rl, rlm, mach_absolute_time());
        }
        else if (被GCD唤醒的) {
            __CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__(msg);
        } else { // 被Sources1唤醒的
            __CFRunLoopDoSource1(rl, rlm, rls, msg, msg->msgh_size, &reply);
        }
        
        // 执行Blocks
        __CFRunLoopDoBlocks(rl, rlm);
        
        // 根据之前的执行结果，来决定怎么做，为retVal赋相应的值
        if (sourceHandledThisLoop && stopAfterHandle) {
            retVal = kCFRunLoopRunHandledSource;
        } else if (timeout_context->termTSR < mach_absolute_time()) {
            retVal = kCFRunLoopRunTimedOut;
        } else if (__CFRunLoopIsStopped(rl)) {
            __CFRunLoopUnsetStopped(rl);
            retVal = kCFRunLoopRunStopped;
        } else if (rlm->_stopped) {
            rlm->_stopped = false;
            retVal = kCFRunLoopRunStopped;
        } else if (__CFRunLoopModeIsEmpty(rl, rlm, previousMode)) {
            retVal = kCFRunLoopRunFinished;
        }
        
    } while (0 == retVal);
    
    return retVal;
}
image.png

runloop 休眠实现原理

image.png

runloop 休眠时，不占用 CPU，当有消息时，CPU 从内核态发送消息，唤醒线程。

九. RunLoop退出

主线程销毁RunLoop退出
Mode中有一些Timer 、Source、 Observer，这些保证Mode不为空时保证RunLoop没有空转并且是在运行的，当Mode中为空的时候，RunLoop会立刻退出
我们在启动RunLoop的时候可以设置什么时候停止

[NSRunLoop currentRunLoop]runUntilDate:<#(nonnull NSDate *)#>
[NSRunLoop currentRunLoop]runMode:<#(nonnull NSString *)#> beforeDate:<#(nonnull NSDate *)#>

十. RunLoop API

1. runloop 启动

NSRunLoop 有三种启动方式:

  • Unconditionally（run）
  • With a set time limit（runUntilDate）
  • In a particular mode（runMode:beforeDate:）

runUntilDate:

  • 这个方法，会循环调用 runMode:beforeDate: 直到达到参数 NSDate 所指定的时间，也就是超时时间。

run

  • 这个方法，可以看做是 [runloop runUntilDate:[NSDate distantFuture]];
  • 相当于 while 死循环，一直调用 runMode:beforeDate:

runMode:beforeDate:

  • 这个方法是启动一次 RunLoop，与前面两个 API 大不相同，一次 loop 过后就退出 runloop

demo

- (void)setup{
    NSLog(@"%@",[[NSRunLoop currentRunLoop] currentMode]);
    //创建并启动一个 thread
    self.thread = [[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(threadTest) object:nil];
    [self.thread setName:@"Test Thread"];
    [self.thread start];

    //向 RunLoop 发送消息的简便方法，系统会将消息传递到指定的 SEL 里面
    [self performSelector:@selector(receiveMsg) onThread:self.thread withObject:nil waitUntilDone:NO];
        
    dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(1 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
        //直接去的子线程 RunLoop 的一个 port，并向其发送消息，这个是比较底层的 NSPort 方式进行线程通信
        [self.port sendBeforeDate:[NSDate date] components:[@[[@"hello" dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding]] mutableCopy] from:nil reserved:0];
    });
}

- (void)threadTest{
    NSLog(@"%@",@"child thread start");
    //threadTest 这个方法是在 Test Thread 这个线程里面运行的。
    NSLog(@"%@",[NSThread currentThread]);
    //获取这个线程的 RunLoop 并让他运行起来
    NSRunLoop* runloop = [NSRunLoop currentRunLoop];
    self.port = [[NSMachPort alloc]init];
    self.port.delegate = self;
    [runloop addPort:self.port forMode:NSRunLoopCommonModes];
    //约等于runUntilDate:[NSDate distantFuture]
    [runloop run];
}

- (void)receiveMsg{
    NSLog(@"%@",[NSThread currentThread]);
    NSLog(@"%@",@"receive msg");
}

#pragma NSMachPortDelegate
- (void)handleMachMessage:(void *)msg{
    NSLog(@"handle message thread:%@",[NSThread currentThread]);
}

2.runloop 退出

  • 使用 run 启动 RunLoop，直到程序结束再退出。主线程的 RunLoop 一定是这种方式启动的。
  • 使用 runUntileDate 启动 RunLoop，date 时间到退出。这里的 date 会当做参数传到下面这个方法中，当 date 时间到，RunLoop 也会因为超时而结束一次循环。
  • 使用 runMode:beforeDate: 这种方式启动一次消息循环，并且自己编写代码来控制一次消息循环结束后是否启动下一次消息循环。也就是类似这样的代码：
BOOL shouldKeepRunning = YES;        // global
NSRunLoop *theRL = [NSRunLoop currentRunLoop];
while (shouldKeepRunning && [theRL runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate:[NSDate distantFuture]]);

3.线程保活封装

使用 run 方法开启 runloop 会使 runloop 一直存活，直到应用的生命周期结束，这样的线程无法销毁。如果希望不使用时销毁线程，需要调用 runMode:beforeDate 这个 API 结合 while 去实现。或者使用 C 语言的 API

方式一：

@interface MJPermenantThread()
@property (strong, nonatomic) MJThread *innerThread;
@property (assign, nonatomic, getter=isStopped) BOOL stopped;
@end

@implementation MJPermenantThread
#pragma mark - public methods
- (instancetype)init
{
    if (self = [super init]) {
        self.stopped = NO;
        
        __weak typeof(self) weakSelf = self;
        
        self.innerThread = [[MJThread alloc] initWithBlock:^{
            [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:[[NSPort alloc] init] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
            
            while (weakSelf && !weakSelf.isStopped) {
                [[NSRunLoop currentRunLoop] runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate:[NSDate distantFuture]];
            }
        }];
        
        [self.innerThread start];
    }
    return self;
}

- (void)executeTask:(MJPermenantThreadTask)task
{
    if (!self.innerThread || !task) return;
    
    [self performSelector:@selector(__executeTask:) onThread:self.innerThread withObject:task waitUntilDone:NO];
}

- (void)stop
{
    if (!self.innerThread) return;
    
    [self performSelector:@selector(__stop) onThread:self.innerThread withObject:nil waitUntilDone:YES];
}

- (void)dealloc
{
    NSLog(@"%s", __func__);
    
    [self stop];
}

#pragma mark - private methods
- (void)__stop
{
    self.stopped = YES;
    CFRunLoopStop(CFRunLoopGetCurrent());
    self.innerThread = nil;
}

- (void)__executeTask:(MJPermenantThreadTask)task
{
    task();
}

@end

方式二：
基于 CFRunLoop 的 API 不需要使用 while 循环实现永久 loop

@interface MJPermenantThread()
@property (strong, nonatomic) MJThread *innerThread;
@end

@implementation MJPermenantThread
#pragma mark - public methods
- (instancetype)init
{
    if (self = [super init]) {
        self.innerThread = [[MJThread alloc] initWithBlock:^{
            NSLog(@"begin----");
            
            // 创建上下文（要初始化一下结构体）
            CFRunLoopSourceContext context = {0};
            
            // 创建source
            CFRunLoopSourceRef source = CFRunLoopSourceCreate(kCFAllocatorDefault, 0, &context);
            
            // 往Runloop中添加source
            CFRunLoopAddSource(CFRunLoopGetCurrent(), source, kCFRunLoopDefaultMode);
            
            // 销毁source
            CFRelease(source);
            
            // 启动，第三个参数 returnAfterSourceHandled 为 false 表示永久 loop，为 true 表示单次 loop
            CFRunLoopRunInMode(kCFRunLoopDefaultMode, 1.0e10, false);
            
            NSLog(@"end----");
        }];
        
        [self.innerThread start];
    }
    return self;
}

- (void)executeTask:(MJPermenantThreadTask)task
{
    if (!self.innerThread || !task) return;
    
    [self performSelector:@selector(__executeTask:) onThread:self.innerThread withObject:task waitUntilDone:NO];
}

- (void)stop
{
    if (!self.innerThread) return;
    
    [self performSelector:@selector(__stop) onThread:self.innerThread withObject:nil waitUntilDone:YES];
}

- (void)dealloc
{
    NSLog(@"%s", __func__);
    
    [self stop];
}

#pragma mark - private methods
- (void)__stop
{
    CFRunLoopStop(CFRunLoopGetCurrent());
    self.innerThread = nil;
}

- (void)__executeTask:(MJPermenantThreadTask)task
{
    task();
}

十一. RunLoop应用

1. 常驻线程

子线程执行完操作之后就会立即释放，即使我们使用强引用引用子线程使子线程不被释放，也不能给子线程再次添加操作，或者再次开启。我们可以通过在线程中添加 runloop 的方式让线程保活

demo

#import "ViewController.h"

@interface ViewController ()
@property(nonatomic,strong)NSThread *thread;

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
}
-(void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event
{
   // 创建子线程并开启
    NSThread *thread = [[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(show) object:nil];
    self.thread = thread;
    [thread start];
}
-(void)show
{
    // 注意：打印方法一定要在RunLoop创建开始运行之前，如果在RunLoop跑起来之后打印，RunLoop先运行起来，已经在跑圈了就出不来了，进入死循环也就无法执行后面的操作了。
    // 但是此时点击Button还是有操作的，因为Button是在RunLoop跑起来之后加入到子线程的，当Button加入到子线程RunLoop就会跑起来
    NSLog(@"%s",__func__);
    // 1.创建子线程相关的RunLoop，在子线程中创建即可，并且RunLoop中要至少有一个Timer 或 一个Source 保证RunLoop不会因为空转而退出，因此在创建的时候直接加入
    // 添加Source [NSMachPort port] 添加一个端口
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:[NSMachPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
    // 添加一个Timer
    NSTimer *timer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:2.0 target:self selector:@selector(test) userInfo:nil repeats:YES];
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode];    
    //创建监听者
    CFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreateWithHandler(CFAllocatorGetDefault(), kCFRunLoopAllActivities, YES, 0, ^(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity) {
        switch (activity) {
            case kCFRunLoopEntry:
                NSLog(@"RunLoop进入");
                break;
            case kCFRunLoopBeforeTimers:
                NSLog(@"RunLoop要处理Timers了");
                break;
            case kCFRunLoopBeforeSources:
                NSLog(@"RunLoop要处理Sources了");
                break;
            case kCFRunLoopBeforeWaiting:
                NSLog(@"RunLoop要休息了");
                break;
            case kCFRunLoopAfterWaiting:
                NSLog(@"RunLoop醒来了");
                break;
            case kCFRunLoopExit:
                NSLog(@"RunLoop退出了");
                break;
            
            default:
                break;
        }
    });
    // 给RunLoop添加监听者
    CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetCurrent(), observer, kCFRunLoopDefaultMode);
    // 2.子线程需要开启RunLoop
    [[NSRunLoop currentRunLoop]run];
    CFRelease(observer);
}
- (IBAction)btnClick:(id)sender {
    [self performSelector:@selector(test) onThread:self.thread withObject:nil waitUntilDone:NO];
}
-(void)test
{
    NSLog(@"%@",[NSThread currentThread]);
}
@end

注意：创建子线程相关的RunLoop，在子线程中创建即可，并且RunLoop中要至少有一个Timer 或 一个Source 保证RunLoop不会因为空转而退出，因此在创建的时候直接加入，如果没有加入Timer或者Source，或者只加入一个监听者，运行程序会崩溃

2. 自动释放池

RunLoop内部有一个自动释放池，当RunLoop开启时，就会自动创建一个自动释放池，当RunLoop在休息之前会释放掉自动释放池的东西，然后重新创建一个新的空的自动释放池，当RunLoop被唤醒重新开始跑圈时，Timer,Source等新的事件就会放到新的自动释放池中，当RunLoop退出的时候也会被释放。

注意：只有主线程的RunLoop会默认启动。也就意味着会自动创建自动释放池，子线程需要在线程调度方法中手动添加自动释放池。

@autorelease{  
      // 执行代码 
}

3.解决NSTimer在滑动时停止工作的问题

4.监控应用卡顿

5.性能优化

十二.面试题

1.runloop 和 GCD 的关系

1.RunLoop 的超时时间
RunLoop 中大量使用到了GCD，启动 RunLoop 的超时时间就是使用 GCD 中的 dispatch_source_t来实现的

2.runloop 去执行 GCD MainQueue 上的异步任务
dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), block)产生的任务需要通过 runloop 去调度

所以 runloop 和 GCD 是相互调用依赖的关系

2.runloop 与 autorelease pool 的关系

第一个 Observer 监视的事件是 Entry(即将进入Loop)，其回调内会调用 _objc_autoreleasePoolPush() 创建自动释放池。其 order 是-2147483647，优先级最高，保证创建释放池发生在其他所有回调之前。
第二个 Observer 监视了两个事件： BeforeWaiting(准备进入睡眠) 和 Exit(即将退出Loop)，
BeforeWaiting(准备进入睡眠)时调用_objc_autoreleasePoolPop() 和 _objc_autoreleasePoolPush() 释放旧的池并创建新池；
Exit(即将退出Loop) 时调用 _objc_autoreleasePoolPop() 来释放自动释放池。这个 Observer 的 order 是 2147483647，优先级最低，保证其释放池子发生在其他所有回调之后。

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