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Runloop总结

分类: 文章 • 2024-02-17 19:59:10

1.什么是Runloop

Runloop字面上翻译就是运行循环，也就是一直在转圈圈运行着，类似于do…while()。我们思考一个问题：

一个线程执行完成后就会退出，当我们启动一个iOS APP时，系统会调用main.m文件的main()函数:

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

函数在执行完后会便会退出，但是main函数在APP运行过程中其实是一直不会执行结束的，可以把main()函数改写成如下进行验证：

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

我们运行后发现，并不会打印test。说明并没有执行到我们写的NSLog函数。这就是因为在UIApplicationMain()方法中，系统在主线程创建了一个Runloop。RunLoop对象会在循环中处理程序运行过程中的各种事件，如用户触摸、UI刷新、定时器等等，从而保持APP的持续运行，RunLoop 在没有事件处理的时候，会使线程进入睡眠模式，从而节省 CPU 资源，提高程序性能。

2.RunLoop和线程的关系

Runloop和线程有密不可分的关系，每个线程（包括主线程）对应有一个Runloop对象，但是子线程的Runloop默认是不开启状态。线程的作用是用来执行特定的一个或多个任务，正常情况下，线程执行完之后便会退出，不能再执行任务了。如果我们希望某个线程能不断处理任务而不退出，我们就可以手动开启Runloop。注意NSRunLoop不是线程安全的，我们不应该在当前线程调用其它线程的Runloop对象方法。

3.RunLoop的原理：

下图是苹果官方给出的 RunLoop 模型图。
Runloop总结
从上图中可以看出，RunLoop 就是线程中的一个循环，RunLoop 会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让线程进行休息。

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 的运行机制。

CFRunLoopRef：代表 RunLoop 的对象
CFRunLoopModeRef：代表 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。
先来看一张表示这 5 个类的关系图帮助理解（来源：http://blog.ibireme.com/2015/05/18/runloop/）。

Runloop总结
接着来讲解这 5 个类的相互关系：
一个RunLoop对象（CFRunLoopRef）中包含若干个运行模式（CFRunLoopModeRef）。而每一个运行模式下又包含若干个输入源（CFRunLoopSourceRef）、定时源（CFRunLoopTimerRef）、观察者（CFRunLoopObserverRef）。

  1. 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）。
  2. 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。
  3. 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 。

下边我们来详细讲解下这五个类：

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：

  • Core Foundation

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

当然，在Foundation 框架下获取 RunLoop 对象类的方法如下：

  • Foundation

[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）
我们常用的有三个，具体使用方法我们在 2.3 CFRunLoopTimerRef 中结合CFRunLoopTimerRef来演示说明：：

  1. 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

  2. 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）

  3. kCFRunLoopCommonModes：伪模式，不是一种真正的运行模式（后边会用到）

还有两种是系统内部用，我们通常用不到，简单知道就行：

  1. 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
  2. GSEventReceiveRunLoopMode：接受系统内部事件，通常用不到

3.3 CFRunLoopTimerRef

CFRunLoopTimerRef是定时源（RunLoop模型图中提到过），理解为基于时间的触发器，基本上就是NSTimer（哈哈，这个理解就简单了吧）。
下面我们来演示下CFRunLoopModeRef和CFRunLoopTimerRef结合的使用用法，从而加深理解。

  1. 首先我们新建一个iOS项目，在Main.storyboard中拖入一个Text View。
  2. 在ViewController.m文件中加入以下代码：
- (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");
}
  1. 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。
  2. 但是当我们拖动Text View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。

这是因为：

  • 当我们不做任何操作的时候，RunLoop处于NSDefaultRunLoopMode下。
  • 而当我们拖动Text 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。

你可以试着将上述代码中的[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode];语句换为[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:UITrackingRunLoopMode];，也就是将定时器添加到当前RunLoop的UITrackingRunLoopMode下，你就会发现定时器只会在拖动Text View的模式下工作，而不做操作的时候定时器就不工作。
那难道我们就不能在这两种模式下让NSTimer都能正常工作吗？
当然可以，这就用到了我们之前说过的伪模式（kCFRunLoopCommonModes），这其实不是一种真实的模式，而是一种标记模式，意思就是可以在打上Common Modes标记的模式下运行。
那么哪些模式被标记上了Common Modes呢？

NSDefaultRunLoopMode 和 UITrackingRunLoopMode

所以我们只要我们将NSTimer添加到当前RunLoop的kCFRunLoopCommonModes（Foundation框架下为NSRunLoopCommonModes）下，我们就可以让NSTimer在不做操作和拖动Text View两种情况下愉快的正常工作了。
具体做法就是讲添加语句改为[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];
既然讲到了NSTimer，这里顺便讲下NSTimer中的scheduledTimerWithTimeInterval方法和RunLoop的关系。添加下面的代码：

[NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:2.0 target:self selector:@selector(run) userInfo:nil repeats:YES];

这句代码调用了scheduledTimer返回的定时器，NSTimer会自动被加入到了RunLoop的NSDefaultRunLoopMode模式下。这句代码相当于下面两句代码：

NSTimer *timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:2.0 target:self selector:@selector(run) userInfo:nil repeats:YES];
[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode];

3.4 CFRunLoopSourceRef

CFRunLoopSourceRef是事件源（RunLoop模型图中提到过），CFRunLoopSourceRef有两种分类方法。

  1. 按照官方文档来分类（就像RunLoop模型图中那样）：
  • Port-Based Sources（基于端口）
  • Custom Input Sources（自定义）
  • Cocoa Perform Selector Sources
  1. 按照函数调用栈来分类：
  • Source0 ：非基于Port（不是Source1就是Source0）
  • Source1：基于Port，通过内核和其他线程通信，接收、分发系统事件（简单说就是属于系统所调用）

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：

Runloop总结
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。
Runloop总结

  1. 可以看到如下图所示就是点击事件产生的函数调用栈。
    Runloop总结

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：

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. 在ViewController.m中添加如下代码
- (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);
}
  1. 然后运行，看下打印结果，如下图
    Runloop总结
    可以看到RunLoop的状态在不断的改变，最终变成了状态 32，也就是即将进入睡眠状态，说明RunLoop之后就会进入睡眠状态。

4. RunLoop运行逻辑

好了，五个类都讲解完了，下边开始放大招了。这下我们就可以来理解RunLoop的运行逻辑了。

下边上一张之前提到的文章中博主提供的运行逻辑图（来源：http://blog.ibireme.com/2015/05/18/runloop/）
Runloop总结这张图对于我们理解RunLoop来说太有帮助了，下边我们可以来说下官方文档给我们的RunLoop逻辑。
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
  1. 通知观察者线程将被唤醒
  2. 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
  1. 通知观察者RunLoop结束。

5. RunLoop实战应用

哈哈，讲了这么多云里雾里的原理知识，下边终于到了实战应用环节。
光弄懂是没啥用的，能够实战应用才是硬道理。下面讲解一下RunLoop的几种应用。

5.1 NSTimer的使用

NSTimer的使用方法在讲解CFRunLoopTimerRef类的时候详细讲解过，具体参考上边 2.3 CFRunLoopTimerRef。

5.2 ImageView推迟显示

有时候，我们会遇到这种情况：
当界面中含有UITableView，而且每个UITableViewCell里边都有图片。这时候当我们滚动UITableView的时候，如果有一堆的图片需要显示，那么可能会出现卡顿的现象。
怎么解决这个问题呢？

这时候，我们应该推迟图片的显示，也就是ImageView推迟显示图片。有两种方法：

  1. 监听UIScrollView的滚动
    因为UITableView继承自UIScrollView，所以我们可以通过监听UIScrollView的滚动，实现UIScrollView相关delegate即可。
  2. 利用PerformSelector设置当前线程的RunLoop的运行模式
    利用performSelector方法为UIImageView调用setImage:方法，并利用inModes将其设置为RunLoop下NSDefaultRunLoopMode运行模式。代码如下：
[self.imageView performSelector:@selector(setImage:) withObject:[UIImage imageNamed:@"tupian"] afterDelay:4.0 inModes:NSDefaultRunLoopMode];

5.3 后台常驻线程（很常用）

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。
先看下如下代码，运行后会不会重复打印—run—呢？

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    NSThread *thread =  [[NSThread alloc] initWithBlock:^{
        NSTimer *timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:1.0 target:self selector:@selector(timerMethod) userInfo:nil repeats:YES];
        [[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];
    }];
    [thread start];
}

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

并不会打印，我们前面说了，子线程默认是没开启runloop的，因此我们需要调用runloop的run方法让runloop跑起来：

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    NSThread *thread =  [[NSThread alloc] initWithBlock:^{
        NSTimer *timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:1.0 target:self selector:@selector(timerMethod) userInfo:nil repeats:YES];
        [[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];
        [[NSRunLoop currentRunLoop] run];
        NSLog(@"RunLoop test");
    }];
    [thread start];
}

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

此时可以正常每秒打印------run------
值得注意的是，此时并不会打印RunLoop test，因为执行run方法后，已经开启了循环，不会再执行后面的代码。除非Runloop停止，但是不应该通过NSThread的exit强制退出线程来停止Runloop循环，因为这样后面的NSLog(@“RunLoop test”);也不会执行，因此可以定义一个finshed布尔值来处理：

@property(nonatomic,assign) BOOL finished;
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    __weak typeof(self) ws = self;
    NSThread *thread =  [[NSThread alloc] initWithBlock:^{
        NSTimer *timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:1.0 target:self selector:@selector(timerMethod) userInfo:nil repeats:YES];
        
        [[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];
        
        while (!ws.finished) {
            [[NSRunLoop currentRunLoop] runUntilDate:[NSDate dateWithTimeIntervalSinceNow:0.00001]];
        }
        NSLog(@"RunLoop test");
    }];
    [thread start];
}

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

-(void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event{
    _finished = YES;
}

运行后点击屏幕，即可停止Runloop循环，并打印出RunLoop test，执行完对应thread任务：
Runloop总结

此文章主要参考简书上的这篇优秀文章，并有很大部分内容是直接复制，可以直接查看原文：https://www.jianshu.com/p/d260d18dd551

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