Runloop的知识点

1、什么是RunLoop

RunLoop就是一个事件处理的循环，用来不停的调度工作以及处理输入事件（比如说触摸事件、UI刷新事件、定时器事件、Selector事件），从而保持程序的持续运行。使用run loop的目的是让你的线程在有工作的时候忙于工作，没有事件处理的时候，会进入睡眠模式，从而节省CPU资源，提高程序性能。

2、RunLoop和线程

●RunLoop和线程是息息相关的，我们知道线程的作用是用来执行特定的一个或多个任务，但是在默认情况下，线程执行完之后就会退出，就不能再执行任务了。这时我们就需要采用一种方式来让线程能够处理任务，并不退出。所以，我们就有了RunLoop。

●每条线程都有唯一一个与之对应的RunLoop对象。

●我们只能在当前线程中操作当前线程的RunLoop，而不能去操作其他线程的RunLoop。

●RunLoop对象在第一次获取RunLoop时创建，销毁则是在线程结束的时候。

●主线程的RunLoop对象系统自动帮助我们创建好了，而子线程的RunLoop对象需要我们主动创建。

默认情况下主线程的RunLoop原理

1
2
3
4
5

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

其中UIApplicationMain函数内部帮我们开启了主线程的RunLoop，UIApplicationMain内部拥有一个无线循环的代码。上边的代码中开启RunLoop的过程可以简单的理解为如下代码：

1
2
3
4
5
6
7
8
9

int main(int argc, char * argv[]) {
  BOOL running = YES;
  do {
    // 执行各种任务，处理各种事件
    // ......
  } while (running);

  return 0;
}

从上边可看出，程序一直在do-while循环中执行，所以UIApplicationMain函数一直没有返回，我们在运行程序之后程序不会马上退出，会保持持续运行状态。

下图是苹果官方给出的 RunLoop 模型图。

从上图中可以看出，RunLoop就是线程中的一个循环，RunLoop在循环中会不断检测，通过Input sources（输入源）和Timer sources（定时源）两种来源等待接受事件；然后对接受到的事件通知线程进行处理，并在没有事件的时候进行休息。

3、RunLoop 相关类

下面我们来了解一下Core Foundation框架下关于RunLoop的5个类，只有弄懂这几个类的含义，我们才能深入了解RunLoop运行机制。

●CFRunLoopRef：代表RunLoop的对象

●CFRunLoopModeRef：RunLoop的运行模式

●CFRunLoopSourceRef：就是RunLoop模型图中提到的输入源/事件源

●CFRunLoopTimerRef：就是RunLoop模型图中提到的定时源

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

下边详细讲解下几种类的具体含义和关系。

●每次 RunLoop 启动时，只能指定其中一个运行模式（CFRunLoopModeRef），这个运行模式（CFRunLoopModeRef）被称作当前运行模式（CurrentMode）。

●如果需要切换运行模式（CFRunLoopModeRef），只能退出当前 Loop，再重新指定一个运行模式（CFRunLoopModeRef）进入。

●这样做主要是为了分隔开不同组的输入源（CFRunLoopSourceRef）、定时源（CFRunLoopTimerRef）、观察者（CFRunLoopObserverRef），让其互不影响 。

3.1 CFRunLoopRef 类

CFRunLoopRef 是 Core Foundation 框架下 RunLoop 对象类。我们可通过以下方式来获取 RunLoop 对象：

1
2

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

3.2 CFRunLoopModeRef

系统默认定义了多种运行模式（CFRunLoopModeRef）

●kCFRunLoopDefaultMode：App的默认运行模式，通常主线程是在这个运行模式下运行 ●UITrackingRunLoopMode：跟踪用户交互事件（用于 ScrollView 追踪触摸滑动，保证界面滑动时不受其他Mode影响）

●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 ●GSEventReceiveRunLoopMode：接受系统内部事件，通常用不到

●kCFRunLoopCommonModes：伪模式，不是一种真正的运行模式（后边会用到） 其中kCFRunLoopDefaultMode、UITrackingRunLoopMode、kCFRunLoopCommonModes是我们开发中需要用到的模式.

3.3 CFRunLoopTimerRef

CFRunLoopTimerRef是定时源，理解为基于时间的触发器

下面我们来演示下 CFRunLoopModeRef 和 CFRunLoopTimerRef 结合的使用用法

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];

    // 定义一个定时器，约定两秒之后调用self的run方法
    NSTimer *timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:2.0 target:self selector:@selector(run) userInfo:nil repeats:YES];

    // 将定时器添加到当前RunLoop的NSDefaultRunLoopMode下
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode];
}

- (void)run
{
    NSLog(@"---run");
}

然后运行，这时候我们发现如果我们不对模拟器进行任何操作的话，定时器会稳定的每隔2秒调用run方法打印。但是当我们拖动ScrollView滚动时，我们发现：run方法不打印了，也就是说NSTimer不工作了。而当我们松开鼠标的时候，NSTimer就又开始正常工作了。

原因：

●当我们不做任何操作的时候，RunLoop处于NSDefaultRunLoopMode下。

●而当我们拖动Scroll View的时候，RunLoop就结束NSDefaultRunLoopMode，切换到了UITrackingRunLoopMode模式下，这个模式下没有添加NSTimer，所以我们的NSTimer就不工作了。

●但当我们松开鼠标的时候，RunLoop就结束UITrackingRunLoopMode模式，又切换回NSDefaultRunLoopMode模式，所以NSTimer就又开始正常工作了。

3.4 CFRunLoopSourceRef

CFRunLoopSourceRef是事件源CFRunLoopSourceRef有两种分类方法。

第一种按照官方文档来分类：

Port-Based Sources（基于端口）

Custom Input Sources（自定义）

Cocoa Perform Selector Sources

第二种按照函数调用栈来分类：

Source0 ：非基于Port

Source1：基于Port，通过内核和其他线程通信，接收、分发系统事件

这两种分类方式其实没有区别，只不过第一种是通过官方理论来分类，第二种是在实际应用中通过调用函数来分类。

下边我们举个例子大致来了解一下函数调用栈和Source。

1.在我们的项目中的Main.storyboard中添加一个Button按钮，并添加点击动作。

2.然后在点击动作的代码中加入一句输出语句，并打上断点，如下图所示：

3.然后运行程序，并点击按钮。

4.然后在项目中单击下下图红色部分。

5.可以看到如下图所示就是点击事件产生的函数调用栈。

所以点击事件是这样来的：

1.首先程序启动，调用16行的main函数，main函数调用15行UIApplicationMain函数，然后一直往上调用函数，最终调用到0行的BtnClick函数，即点击函数。

2.同时我们可以看到11行中有Sources0，也就是说我们点击事件是属于Sources0函数的，点击事件就是在Sources0中处理的。

3.而至于Sources1，则是用来接收、分发系统事件，然后再分发到Sources0中处理的。

3.5 CFRunLoopObserverRef

CFRunLoopObserverRef是观察者，用来监听RunLoop的状态改变

CFRunLoopObserverRef可以监听的状态改变有以下几种：

1
2
3
4
5
6
7
8
9

typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
    kCFRunLoopEntry = (1UL << 0),               // 即将进入Loop：1
    kCFRunLoopBeforeTimers = (1UL << 1),        // 即将处理Timer：2    
    kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2),       // 即将处理Source：4
    kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5),       // 即将进入休眠：32
    kCFRunLoopAfterWaiting = (1UL << 6),        // 即将从休眠中唤醒：64
    kCFRunLoopExit = (1UL << 7),                // 即将从Loop中退出：128
    kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU       // 监听全部状态改变  
};

下边我们通过代码来监听下RunLoop中的状态改变

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];

    // 创建观察者
    CFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreateWithHandler(CFAllocatorGetDefault(), kCFRunLoopAllActivities, YES, 0, ^(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity) {
        NSLog(@"监听到RunLoop发生改变---%zd",activity);
    });

    // 添加观察者到当前RunLoop中
    CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetCurrent(), observer, kCFRunLoopDefaultMode);

    // 释放observer，最后添加完需要释放掉
    CFRelease(observer);
}

4、RunLoop原理

好了，五个类都讲解完了，我们就可以来理解RunLoop的运行逻辑了。

在每次运行开启RunLoop的时候，所在线程的RunLoop会自动处理之前未处理的事件，并且通知相关的观察者。

具体的顺序如下：

1.通知观察者RunLoop已经启动

2.通知观察者即将要开始的定时器

3.通知观察者任何即将启动的非基于端口的源

4.启动任何准备好的非基于端口的源

5.如果基于端口的源准备好并处于等待状态，立即启动；并进入步骤9

6.通知观察者线程进入休眠状态 7.将线程置于休眠知道任一下面的事件发生：

​ ○某一事件到达基于端口的源

​ ○定时器启动

​ ○RunLoop设置的时间已经超时

​ ○RunLoop被显示唤醒

8.通知观察者线程将被唤醒

9.处理未处理的事件

​ ○如果用户定义的定时器启动，处理定时器事件并重启RunLoop。进入步骤2

​ ○如果输入源启动，传递相应的消息

​ ○如果RunLoop被显示唤醒而且时间还没超时，重启RunLoop。进入步骤2

10.通知观察者RunLoop结束。

5、RunLoop实战应用

5.1NSTimer的使用

1
2
3
4
5

 // 定义一个定时器，约定两秒之后调用self的run方法
 NSTimer *timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:2.0 target:self selector:@selector(run) userInfo:nil repeats:YES];

// 将定时器添加到当前RunLoop的NSDefaultRunLoopMode下
[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode];

5.2后台常驻线程

我们在开发应用程序的过程中，如果后台操作特别频繁，经常会在子线程做一些耗时操作（下载文件、后台播放音乐等），我们最好能让这条线程永远常驻内存。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];

    // 创建线程，并调用run1方法执行任务
    self.thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run1) object:nil];
    // 开启线程
    [self.thread start];    
}

- (void) run1
{
    // 这里写任务
    NSLog(@"----run1-----");

    // 添加下边两句代码，就可以开启RunLoop，之后self.thread就变成了常驻线程，可随时添加任务，并交于RunLoop处理
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:[NSPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
    [[NSRunLoop currentRunLoop] run];

    // 测试是否开启了RunLoop，如果开启RunLoop，则来不了这里，因为RunLoop开启了循环。
    NSLog(@"未开启RunLoop");
}