iOS探索：RunLoop本質、資料結構以及常駐執行緒實現

熊貓超人發表於2018-12-21
iOSOOP資料結構執行緒

RunLoop的本質

RunLoop是通過內部維護的事件迴圈來對事件/訊息進行管理的一個物件

  • 沒有訊息需要處理時，休眠以避免資源佔用，狀態切換是從使用者態通過系統呼叫切換到核心態

  • 有訊息處理時，立刻被喚醒，狀態切換是從核心態通過系統呼叫切換到使用者態

這裡有一個問題，我們應用程式中的main函式為什麼可以保持無退出呢

實際上呢，在我們的main函式中會呼叫UIApplicationMain函式，在這個函式中會啟動一個執行迴圈（也就是我們所說的RunLoop），在這個執行迴圈中可以處理很多事件，例如螢幕的點選，滑動列表，或者網路請求的返回等等，在處理完事件之後，會進入等待，在這個迴圈中，並不是一個單純的for迴圈或者while迴圈，而是從使用者態到核心態的切換，以及再從核心態到使用者態的切換，這裡面的等待也不等於死迴圈，這裡面最重要的是狀態的切換

RunLoop的資料結構

在OC中，系統為我們提供了兩個RunLoop，一個是CFRunLoop，另一個是NSRunLoop，而NSRunLoop是對CFRunLoop的一個封裝，提供了物件導向的API，並且它們也分別屬於不同的框架，NSRunLoop是屬於Foundation框架，而CFRunLoop是屬於Core Foundation框架

關於RunLoop的資料結構主要有三種：

  • CFRunLoop

  • CFRunLoopMode

  • Source/Timer/Observer

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  • pthread：代表的是執行緒，RunLoop與執行緒的關係是一一對應的

  • currentMode：是一個CFRunLoopMode這樣一個資料結構

  • modes：是一個包含CFRunLoopMode型別的集合（NSMutableSet<CFRunLoopMode*>）

  • commonModes：是一個包含NSString型別的集合（NSMutableSet<NSString*>）

  • commonModeItems：也是一個集合，在這個集合中包含多個元素，其中包括多個Observer，多個Timer，多個Source

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  • name：名稱，例如NSDefaultRunLoopMode，所以說是通過這樣一個名稱來切換對應的模式，例如在上面的commonModes裡面都是名稱字串，也就是說通過這些名稱來支援多種模式

  • source0：集合型別的資料結構

  • source1：集合型別的資料結構

  • obsevers：陣列型別的資料結構

  • timers：陣列型別的資料結構

CFRunLoopSource

  • source0：需要手動喚醒執行緒

  • source1：具備喚醒執行緒的能力

CFRunLoopTimer

和NSTimer是toll-free bridge的（免費橋轉換）

CFRunLoopObserver

我們可以通過註冊一些Observer來實現對RunLoop相關時間點的觀測

可以觀測的時間點包括：

  • kCFRunLoopEntry：RunLoop的入口時機，RunLoop將要啟動的時候的回撥通知

  • kCFRunLoopBeforeTimers：RunLoop將要處理Timer事件的時候

  • kCFRunLoopBeforeSources：RunLoop將要處理Source事件的時候

  • kCFRunLoopBeforeWaiting：RunLoop將要進入休眠的時候，將要進行使用者態到核心態的切換

  • kCFRunLoopAfterWaiting：RunLoop將要進入喚醒的時候，核心態到使用者態的切換後不久

  • kCFRunLoopExit：RunLoop退出的時候

RunLoop的mode

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在RunLoop中，假如在mode1中執行，那麼在mode2中事件的回撥就會接收不到，RunLoop只接受在當前mode中的回撥，那麼這裡有一個經典問題，當我們在滑動列表時，為什麼會出現cell上的定時器停止的情況以及如何解決

因為在列表滑動的時候當前RunLoop的mode從Default切換到了Tracking，所以導致原來mode中的事件回撥接收不到，想要解決便可將其加入commonModes中，下面我們來看一下commonMode

CommonMode的特殊性

  • CommonMode並不是一個實際存在的模式

  • 是同步Source/Timer/Observer到多個Mode中的一中技術方案

事件迴圈的實現機制

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  • 在RunLoop啟動之後會傳送一個通知，來告知觀察者

  • 將要處理Timer/Source0事件這樣一個通知的傳送

  • 處理Source0事件

  • 如果有Source1要處理，這時會通過一個go to語句的實現來進行程式碼邏輯的跳轉，處理喚醒是收到的訊息

  • 如果沒有Source1要處理，執行緒就將要休眠，同時傳送一個通知，告訴觀察者

  • 然後執行緒進入一個使用者態到核心態的切換，休眠，然後等待喚醒，喚醒的條件大約包括三種： 1、Source1
    2、Timer事件
    3、外部手動喚醒

  • 執行緒剛被喚醒之後也要傳送一個通知告訴觀察者，然後處理喚醒時收到的訊息

  • 回到將要處理Timer/Source0事件這樣一個通知的傳送

  • 然後再次進行上面步驟，這就是一個RunLoop的事件迴圈機制

這裡有一個這樣的問題：當我們點選一個app，從我們點選到程式啟動、程式執行再到程式殺死這個過程，系統都發生了什麼呢

實際上當我們呼叫了main函式之後，會呼叫UIApplicationMain函式，在這個函式內部會啟動主執行緒的RunLoop，然後經過一系列的處理，最終主執行緒的RunLoop會處於一個休眠狀態，然後我們此時如果點選一下螢幕，會轉化成一個Source1來講我們的主執行緒喚醒，然後當我們殺死程式時，會呼叫RunLoop的退出，同時傳送通知告訴觀察者

RunLoop與多執行緒

  • 執行緒與RunLoop是一一對應的

  • 自己建立的執行緒預設沒有RunLoop

實現一個常駐執行緒

  • 為當前執行緒開啟一個RunLoop

  • 向該RunLoop中新增一個Port/Source等維持RunLoop的事件迴圈

  • 啟動該RunLoop

請看下面的一個程式碼邏輯

#import "WXObject.h"

static NSThread *thread = nil;
/** 是否繼續事件迴圈*/
static BOOL runAlways = YES;

@implementation WXObject

+ (NSThread *)threadForDispatch {
    
    if (thread == nil) {
        @synchronized (self) {
            if (thread == nil) {
                thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(runRequest) object:nil];
                [thread setName:@"alwaysThread"];
                //啟動執行緒
                [thread start];
            }
        }
    }
    
    return thread;
}

+ (void)runRequest {
    
    //建立一個Source
    CFRunLoopSourceContext context = {0, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL};
    CFRunLoopSourceRef source = CFRunLoopSourceCreate(kCFAllocatorDefault, 0, &context);
    
    //建立RunLoop，同時向RunLoop的defaultMode下面新增Source
    CFRunLoopAddSource(CFRunLoopGetCurrent(), source, kCFRunLoopDefaultMode);
    
    //如果可以執行
    while (runAlways) {
        @autoreleasepool {
            //令當前RunLoop執行在defaultMode下
            CFRunLoopRunInMode(kCFRunLoopDefaultMode, 1.0e10, true);
        }
    }
    
    //某一時機，靜態變數runAlways變為NO時，保證跳出RunLoop，執行緒推出
    CFRunLoopRemoveSource(CFRunLoopGetCurrent(), source, kCFRunLoopDefaultMode);
    CFRelease(source);
}

@end
複製程式碼

  • 首先我們在這裡定義兩個全域性靜態變數，一個是我們自定義的執行緒thread，還有一個是用來控制是否事件迴圈

  • 然後我們建立執行緒，用@synchronized來保證執行緒安全，建立的時候新增入口方法，然後啟動執行緒，當執行緒呼叫start方法時，會呼叫下面入口方法

  • 在這個方法中首先建立source，傳入一個上下文，然後建立RunLoop，同時向RunLoop的defaultMode下面新增Source，CFRunLoopGetCurrent()這個方法如果獲取不到就會建立一個RunLoop，然後新增到defaultMode中

  • 通過我們前面定義的靜態變數來進行判斷，如果可以執行，就令當前RunLoop執行在defaultMode下，這裡用了一個自動釋放池，減小記憶體峰值消耗，這裡需要注意的是，如果我們上面新增到的是defaultMode，這裡也需要執行在defaultMode中，否則會出現死迴圈

  • 某一時機，靜態變數runAlways變為NO時，保證跳出RunLoop，執行緒推出，釋放source

以上就是實現一個常駐執行緒的程式碼邏輯

GitHub

Demo

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