Runloop

什么是runloop

在iOS中,RunLoop是一个事件循环机制,其主要作用是等待事件的发生,然后处理事件。RunLoop在等待事件发生时会使线程进入休眠状态,从而释放CPU资源,减少CPU的功耗,同时也能提高程序的性能。

Run Loop 会按照一定的顺序不断地检查事件,直到应用程序退出。事件源(Sources)的种类包括:输入源(Input Sources)、定时源(Timer Sources)和自定义源(Custom Sources)。Run Loop 可以通过添加、删除源或者改变源的优先级来改变事件的处理顺序。

RunLoop的工作方式是以循环的方式持续等待事件的发生。RunLoop会不断从绑定源获取事件,如果有事件到来就会将其发送给对应的处理器进行处理,如果没有事件到来就会进入休眠状态,等待事件的到来。当事件处理完毕后,RunLoop会继续等待下一个事件的到来,直到RunLoop被停止。RunLoop的运行是在一个线程内完成的,一个线程中只能有一个RunLoop在运行。

runloop 底层实现

在 iOS 和 macOS 上,RunLoop 是实现异步消息传递机制的关键组件,它的底层实现是基于一个双向链表结构,并由一个全局变量默认自动创建,程序启动时会自动创建一个主线程的RunLoop,其它线程需要手动调用 CFRunLoopGetCurrent() 方法获取RunLoop。RunLoop 在内部维护了多个“mode”,而每个“mode”中又包含了一组“source”,“timer”和“observer”,并且每个“mode”中还可以包含其它“mode”。RunLoop 的主要作用是不断地“loop”检测当前的“mode”中是否有“source”等需要处理的事件,如果有则立即处理这些事件,如果没有则进入睡眠状态,等待事件的发生,这样就可以在不影响程序响应的同时,又可以保持线程处于活跃状态。

RunLoop 的底层实现是基于“mach port”和“mach_msg()”函数的,RunLoop 的任务就是从 mach port 中接收消息,然后分派消息到对应的事件处理器中。RunLoop 对于不同的“mode”,会注册不同的 port,因此可以支持多个 port 的消息接收,而 port 则与 mach_msg() 函数配合使用,实现了内核和用户空间之间的消息传递。当一个 port 中有消息时,RunLoop 就会将这些消息发送给注册了这个 port 的 runloop,runloop 接收到消息后,会调用内部的回调函数,将消息分发到对应的 source、timer、observer 等事件处理器中去处理。在处理完这些消息后,RunLoop 将进入休眠状态等待下一次事件的到来。

runloop与线程

在 iOS 应用中,每个线程都会关联一个 RunLoop 对象,这个 RunLoop 对象用于处理线程中的各种事件,比如触摸事件、定时器事件、网络事件等等。RunLoop 对象会根据需要,让线程进入等待/睡眠状态,等待事件的到来。当事件发生时,RunLoop 会将事件分发到注册了事件处理器的代码中,让它们进行处理。

RunLoop 的工作机制是很复杂的,主要包含了以下几个步骤:

  1. 初始化:创建 RunLoop 对象,并为其关联一个计时器源(Timer Source)、输入源(Input Source)、输出源(Output Source)等。

  2. 运行循环:RunLoop 进入一个无限循环中,不停地接收和处理事件,直到被手动停止。

  3. 事件监测:RunLoop 会不断地从其关联的源中获取事件,并将这些事件添加到其内部的事件队列中。

  4. 事件分发:RunLoop 从事件队列中取出事件,并将其分发到相应的事件处理器中进行处理。

  5. 等待休眠:如果事件队列中没有任何事件,RunLoop 就会让线程进入等待/睡眠状态,等待事件的到来。

线程中的runloop:

  • 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

  • 线程刚创建时并没有RunLoop对象,RunLoop会在第一次获取它时创建

  • RunLoop会在线程结束时销毁

  • 主线程的RunLoop已经自动获取(创建),子线程默认没有开启RunLoop

RunLoop 的运行需要借助系统的底层支持,一般来说,RunLoop 在 iOS 应用中是自动创建和运行的,无需手动干预。但是在某些特定场景下,我们需要手动创建和运行 RunLoop,以实现某些复杂的任务。

RunLoop的运行逻辑

  1. 通知Observers:进入Loop

  2. 通知Observers:即将处理Timers

  3. 通知Observers:即将处理Sources

  4. 处理Blocks

  5. 处理Source0(可能会再次处理Blocks)

  6. 如果存在Source1,就跳转到第8步

  7. 通知Observers:开始休眠(等待消息唤醒)

  8. 通知Observers:结束休眠(被某个消息唤醒):1> 处理Timer,2> 处理GCD Async To Main Queue,3> 处理Source1

  9. 处理Blocks

  10. 根据前面的执行结果,决定如何操作:01> 回到第02步, 02> 退出Loop

  11. 通知Observers:退出Loop

使用到runloop的常见功能

  1. 界面刷新:Runloop 是界面刷新的核心。iOS 中的 UI 操作通常都是在主线程上执行,主线程的 Runloop 负责接收 UI 事件、刷新界面等操作。

  2. 定时器:定时器是一种周期性执行任务的方式,而 Runloop 提供了 NSTimer 类来管理定时器。使用 NSTimer 时,系统会自动将定时器加入到当前线程的 Runloop 中,这样定时器就能在 Runloop 调度的下一个周期触发任务。

  3. GCD:GCD 是一种异步执行任务的方式,通过 dispatch_after 函数可以在一定时间后将任务加入到 Runloop 中。这样可以实现一些延时执行的功能。

  4. PerformSelector:withObject:afterDelay::使用这个方法也是在 Runloop 中添加一个 Timer 任务。

  5. AFNetworking:AFNetworking 库中的网络请求都是基于 NSURLSession 实现的,而 NSURLSession 实际上是在后台线程中执行的。为了避免线程问题,AFNetworking 使用 Runloop 实现了线程的管理。

  6. 异步绘制:在 iOS 中,UIView 绘制通常都是在主线程上完成的,如果绘制任务过于复杂会导致 UI 卡顿。为了避免这个问题,可以将绘制任务移至子线程中,在子线程中绘制完成后,通过 Runloop 切换到主线程更新 UI。

  7. 视图滚动:在 UITableView 和 UICollectionView 等控件中,滚动操作会频繁触发 Cell 的布局,如果布局过于复杂,会影响滚动的流畅度。为了解决这个问题,可以将 Cell 的布局放在一个定时器中执行,这样可以减少布局的次数,提高滚动的流畅度。

使用runloop需要注意什么

  • 不要阻塞主线程的 runloop:主线程的 runloop 负责处理 UI 事件、定时器和异步任务等,阻塞主线程的 runloop 会导致应用无响应或崩溃。所以,应该尽量避免在主线程中执行耗时的操作,或者使用异步执行方式。

  • 不要在非主线程中创建 runloop:除了主线程外,其他线程并没有默认创建 runloop,如果想在其他线程中使用 runloop,需要手动创建,并且必须在 runloop 所在线程中运行,否则可能导致应用崩溃。

  • 不要手动调用 run 方法:run 方法会一直运行,直到被停止,如果手动调用,会导致当前线程被阻塞,无法继续执行后续代码。

  • 不要在子线程中使用定时器:定时器是基于 runloop 实现的,而子线程默认没有 runloop,因此在子线程中使用定时器时,需要手动创建 runloop,并将定时器加入到该 runloop 中。

  • 不要在同一个 runloop 中大量使用同步任务:同步任务会阻塞当前线程的 runloop,如果大量使用同步任务,会导致 runloop 长时间无法处理其他任务,从而影响应用的响应性。

  • 避免在子线程中更新 UI:UI 的更新必须在主线程中进行,否则会导致应用崩溃。如果需要在子线程中更新 UI,可以使用 GCD 或者 NSOperation 等方式,在主线程中执行更新操作。

深入了解Runloop

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