RunLoop , 运行循环, App 可以在程序运行过程中做一些事情.

RunLoop 是什么?

为了说明, 我们分别用 Xcode 创建两个项目, 一个是 Command Tool, 一个是Single View App, 众所周知, 运行 Command Tool 程序, 只会在控制台输出结果, 并且只是一次性的, 运行 App, 程序会借助 模拟器/真机 运行.

这两者最大的区别在于, 在 main.m 文件中

Command Tool
int main(int argc, char * argv[]) {
   return 0
}

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

App 之所以能在模拟器/真机中长期保持运行 状态, 而不会终止, 在于

UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]))

原因:

• UIApplicationMain() 内部会创建一个 runloop. 使得程序不会马上退出, 而是保持保持运行状态.
• 这里面会处理App的各种事件(定时器事件, 用户交互事件等)

RunLoop对象

iOS中有两套API来访问和使用Runloop.

1. Foundation: NSRunLoop
2. Core Foundation: CFRunLoopRef

// viewDidLoad 这个方法是在主线程中调用的, 当前线程就是主线程
// 所以 mainRunLoop, currentRunLoop获得的 runloop 对象的地址是一样的.
NSLog(@"%p, %p", [NSRunLoop mainRunLoop], [NSRunLoop currentRunLoop]);
// 0x600003748600, 0x600003748600
    
NSLog(@"%p, %p", CFRunLoopGetMain(), CFRunLoopGetCurrent());
// 0x600002f4c900, 0x600002f4c900

NSRunLoop 是基于 CFRunLoopRef 的一层OC包装, 官方开源了Core Foundation 的源码实现.

在源码中, 我们查看一下 CFRunLoopGetCurrent() 到底做了什么?

过程:

1. 调用 _CFRunLoopGet0(), 并传入参数 当前线程.
2. 其中 __CFRunLoops , 是存放以 pthread 为key, RunLoop 为 value 的字典.
3. 如果从字典中未找到 Runloop对象, 则 调用 __CFRunLoopCreate 为这条线程创建新的RunLoop , 并存储到字典中.

由此我们知道了Runloop 和 线程 的关系

• 每条线程都有与之对应的 RunLoop 对象.
• 线程刚创建的时候是没有 Runloop 的, 程序在运行的过程中, 会为这条线程创建对应的 RunLoop 对象, RunLoop 随着线程结束而销毁
• 线程 和 runloop 分别以键值对的形式存储在字典中, 方便程序管理.

Core Foundation中关于RunLoop的5个类

• CFRunLoopRef
• CFRunLoopModeRef
• CFRunLoopSourceRef
• CFRunLoopTimerRef
• CFRunLoopObserverRef

这是 CFRunLoopRef 的实现, 图中摘取了几个比较在意的成员变量.

CFRunLoopModeRef 代表 RunLoop 的运行模式
常用到的有两种

• kCFRunLoopDefaultMode (Mode的名字)
  App的默认Mode, 通常主线程是在这个Mode下运行的

• UITrackingRunLoopMode (Mode的名字)
  界面追踪Mode, 用于ScrollView 追踪触摸滑动, 保证界面滑动时不受其他Mode影响

1. RunLoop 启动时只能选择其中的一个 Mode, 作为 currentMode.
2. 如果需要切换 Mode, 只能退出当前 Loop, 再重新选择一个 Mode 进入.
3. 不同 Model 的 Source0/Source1/Timer/Observer 分隔开来, 互不影响.
4. 如果 Mode 中没有任何 Source0/Source1/Timer/Observer, RunLoop会立马退出.
   

• Source0: 触摸事件处理, performSelector: OnThread 等.
• Source1: 基于 Port 的线程间通信, 处理系统事件捕捉等.
• Timers: NSTimer操作, performSelector:withObject:afterDelay:等
• Observers: 监听RunLoop的状态, UI刷新(BeforeWaiting), Autorelease pool(BeforeWaiting).
  当设置完view的背景色时, 这段代码不会立即生效, 而是等待 RunLoop 即将休眠的时候, 刷新界面

详解RunLoop

前面我们从源码层面了解RunLoop, 现在我们从整体再来看.

运行循环和各种源的概念结构

有几点我们需要注意:

• 1. RunLoop 从两种不同类型的源接收事件
  • Input sources 提供异步事件, 通常来自另外一个线程的消息,
  • Timer sources 提供同步事件, 发生在预定时间, 或重复间隔.
• 2. RunLoop Modes 是要监视的 Input sources 和 Timer sources 的集合，以及要通知的RunLoop observer的集合.
  • 每次运行 RunLoop 时, 都显示/隐式 指定特定的运行模式.
  • 模式是根据事件的来源而不是事件的类型进行区分的, 比如不会使用模式仅匹配鼠标按下事件或仅匹配键盘事件.
• 3. Input sources 中通常有两类.
  • 基于端口的 Input source 监视应用程序的 Mach 端口, 它是由内核自动发出信号.
  • 自定义 Input source 处理自定义事件源, 它必须由另一个线程手动发信号给自定义源.

• Cocoa 还定义了一个自定义输入源, Cocoa Perform Selector Sources, 它允许我们在任何线程上执行选择器, 并且执行其选择器后将其自身从 RunLoop 中移除.
  

• 4. runUtilDate: 是 NSRunLoop 类的对象方法, 用来运行 RunLoop.
• 5. handlePort:, customSrc:, mySelector:, timeFired 是来自不同的源的事件(消息).
• Timer sources 在将来的预设时间将事件同步传递给你的线程。定时器是线程通知自己做某事的一种方式.

补充说明: Loop Observer
与在发生适当的异步或同步事件时触发的源不同，RunLoop observer 在执行 RunLoop 期间, 在特殊位置触发.

• kCFRunLoopEntry: 即将进入 RunLoop
• kCFRunLoopBeforeTimers: 即将处理 Timer
• kCFRunLoopBeforeSources: 即将处理 Sources
• kCFRunLoopBeforeWaiting: RunLoop 即将休眠
• kCFRunLoopAfterWaiting: RunLoop 即将唤醒
• kCFRunLoopExit: 即将退出RunLoop

RunLoop的事件处理

每次运行 RunLoop 时, 线程的RunLoop都会处理挂起的事件, 并且为任何附加的观察者生成通知. (App一启动, 会自动在主线程设置并运行RunLoop, 称之为 主循环)

1. Notify observers: 进入运行循环.
2. Notify observers: 即将处理 Timer.
3. Notify observers: 即将处理Sources
4. 处理Source0: 触发任何准备触发的基于非端口的输入源, 跳到第 9 步:
5. 处理Source1: (如果基于端口的输入源准备就绪并等待触发), 就跳到第 9 步:
6. Notify observers: 线程即将休眠(等待消息唤醒)
7. Notify observers: 线程结束休眠(被下面的消息唤醒)
   • 处理Timer
   • 处理Source1: 事件到达基于端口的输入源
   • RunLoop 被明确唤醒
   • 为 RunLoop 设置的超时值到期
8. Notify observers: 线程刚刚醒来.
9. 处理 Blocks:
   • 如果输入源被触发，则传递事件.
   • 如果触发了用户定义的计时器，则处理计时器事件并重新RunLoop。转到第2步.
   • 如果运行循环被明确唤醒但尚未超时，请重新RunLoop, 转到第2步
10. Notify observers: RunLoop 已退出

使用 RunLoop

我们需要显示运行 RunLoop 的唯一时机是为应用程序创建辅助线程, 对于辅助线程, 如果确定需要运行循环, 那么需要配置并运行它.

• 在线程上使用 Timer.
• 保持线程以执行定期任务(线程保活).
• 使用端口或自定义输入源与其他线程通信.

1. 解决NSTimer在滑动时停止工作的问题

NSTimer *timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:1 repeats:YES block:^(NSTimer * _Nonnull timer) {
    NSLog(@"==>%d",_count++);
}];
[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];

原因:
RunLoop 处理事件的默认 Mode 是 Default, 当 app 同时有计时器事件和scrollView滚动事件时, 优先处理 scrollView 滚动事件(Event tracking Mode), 处理完才会再来处理计时器事件.
解决办法:
将 计时器事件 与 Common Mode 绑定, RunLoop 内部会自动切换 Tracking Mode 和 Default Mode, 来处理计时器事件 和 scrollView 滚动事件, 使得两者看似同时在工作.

2. 线程保活
LCThread 类是一个继承自 NSThread 的类, 在里面我们实现了 dealloc 方法, 为了监测线程是否被销毁的情况.

self.thread = [[LCThread alloc] initWithBlock:^{
        // 一直在运行. 线程保活
        NSLog(@"----begin----%s", __func__);

        // 当前runloop开始睡眠, 当前线程被阻塞了       
        [[NSRunLoop currentRunLoop] runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate:[NSDate distantFuture]];
        
        NSLog(@"----end----%s", __func__);
}];
// 启动此线程
[self.thread start];

保证线程不立刻被销毁, 我们在此期间制定任务
比如: 点击屏幕. 打印此线程

-(void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event
{    
    [self performSelector:@selector(test) onThread:self.thread withObject:nil waitUntilDone:YES];
}

-(void)test
{
    NSLog(@"%s %@", __func__, [NSThread currentThread]);
}

手动释放线程

- (void)stopThread{
    [self performSelector:@selector(stop) onThread:self.thread withObject:nil waitUntilDone:YES];
}
-(void)stop
{    
    // 停止RunLoop
    CFRunLoopStop(CFRunLoopGetCurrent());
    NSLog(@"%s %@", __func__, [NSThread currentThread]);
    
    // 清空线程
    self.thread = nil;
}

3. 监控界面卡顿
通过 RunLoop observer 来监控目标 RunLoop 的状态, 如果频繁出现 kCFRunLoopBeforeSources, kCFRunLoopAfterWaiting, 检测出现次数, timeCount, 超过指定次数可认为App卡顿 .
因为这两个状态是要去处理事件的状态.

参考
Apple官方文档-RunLoop