本篇是探索底層Runloop，目的是能夠深入理解Runloop是幹什麼用的？什麼時候用？怎麼用？
1、什麼是runloop？
runloop是一個迴圈，它在持續不斷的跑圈，iOS應用程式剛開啟時，就建立了一個主執行緒，並預設建立了Runloop保持主執行緒的持續執行。
我們到官方文件搜尋一下Runloop，如圖所示
如此可見，Runloop和執行緒之間有著不清不楚的關係。
再來看一下CFRunloop原始碼中的CFRunLoopRun函式
void CFRunLoopRun(void) { /* DOES CALLOUT */
int32_t result;
do {
result = CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopGetCurrent(), kCFRunLoopDefaultMode, 1.0e10, false);
CHECK_FOR_FORK();
} while (kCFRunLoopRunStopped != result && kCFRunLoopRunFinished != result);
}
複製程式碼我們可以看到，Runloop本質是一個do...while迴圈。 結合官方文件提供的執行迴圈結構看一下，Runloop是如何執行的。
從上圖中我們可以看出，Runloop就是依附線上程上的迴圈，通過輸入源（Input sources）和定時源（Timer sources）接收事件，然後交給執行緒去處理事件。
所以什麼是Runloop？ Runloop就是一個迴圈，為了執行緒而生，它的本質是一個do...while迴圈
2、Runloop的作用
- 1、保持程式持續的執行
一般情況下，執行緒在執行完任務就會退出，如果我們不希望執行緒退出，還想讓它執行更多的任務，就需要用到
Runloop了。 - 2、接收並處理App中的各種事件 Runloop在迴圈時，通過輸入源（input source）和定時源（timer source）接收App事件（觸控事件、UI重新整理時間、定時器、performSelector）。
- 3、提升效能 線上程不工作時休眠，節省CPU資源。
以上就是Runloop的作用，這裡只是概括一下，後面會有具體到用法的Runloop應用。
3、Runloop和執行緒的關係
接下來我們結合Runloop原始碼看看它和執行緒之間的關係，找到_CFRunLoopGet0這個函式，它的作用是獲取runloop物件
//CFRunloop.c
//這個類是獲取Runloop物件的
CF_EXPORT CFRunLoopRef _CFRunLoopGet0(pthread_t t) {
if (!__CFRunLoops) {//CFRunloops是存放runloop和執行緒對應關係的字典
//建立存放runloop和執行緒的字典
CFMutableDictionaryRef dict = CFDictionaryCreateMutable(kCFAllocatorSystemDefault, 0, NULL, &kCFTypeDictionaryValueCallBacks);
//獲取主執行緒runloop
CFRunLoopRef mainLoop = __CFRunLoopCreate(pthread_main_thread_np());
//將主執行緒和主執行緒對應的Runloop物件mainLoop新增到字典中
CFDictionarySetValue(dict, pthreadPointer(pthread_main_thread_np()), mainLoop);
if (!OSAtomicCompareAndSwapPtrBarrier(NULL, dict, (void * volatile *)&__CFRunLoops)) {
CFRelease(dict);
}
CFRelease(mainLoop);
__CFSpinLock(&loopsLock);
}
//獲取子執行緒對應的runloop
CFRunLoopRef loop = (CFRunLoopRef)CFDictionaryGetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t));
__CFSpinUnlock(&loopsLock);
if (!loop) {
//依據執行緒t建立Runloop物件
CFRunLoopRef newLoop = __CFRunLoopCreate(t);
__CFSpinLock(&loopsLock);
loop = (CFRunLoopRef)CFDictionaryGetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t));
if (!loop) {
//繫結執行緒和runloop到字典中
CFDictionarySetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t), newLoop);
loop = newLoop;
}
}
}
複製程式碼上述程式碼中有一段CFDictionarySetValue(dict, pthreadPointer(pthread_main_thread_np()), mainLoop);，意思是以執行緒為key，runloop為value，將runloop儲存到一個全域性的字典中。
至此我們得出了第一個結論：執行緒和Runloop是一一對應的關係。
再看這段獲取主執行緒runloop的程式碼CFRunLoopRef mainLoop = __CFRunLoopCreate(pthread_main_thread_np());，意思是建立一個主執行緒的Runloop。
至此得出第二個結論：Runloop是以執行緒為引數建立的，並儲存在全域性的字典裡。
再看後半段程式碼
//獲取子執行緒對應的runloop
CFRunLoopRef loop = (CFRunLoopRef)CFDictionaryGetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t));
__CFSpinUnlock(&loopsLock);
if (!loop) {
//依據執行緒t建立Runloop物件
CFRunLoopRef newLoop = __CFRunLoopCreate(t);
__CFSpinLock(&loopsLock);
loop = (CFRunLoopRef)CFDictionaryGetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t));
if (!loop) {
//繫結執行緒和runloop到字典中
CFDictionarySetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t), newLoop);
loop = newLoop;
}
}
複製程式碼這段程式碼的意思是先從__CFRunLoops字典中獲取Runloop物件，若沒有，則以執行緒為引數建立一個，並儲存到__CFRunLoops字典裡，至此我們知道了第三個結論：主執行緒的Runloop由系統自動建立，子執行緒的Runloop需要在子執行緒裡手動獲取Runloop時建立。
綜上我們知道了Runloop和執行緒的關係：
1、執行緒和Runloop是一一對應的關係。
2、Runloop是以執行緒為引數建立的，並儲存到全域性的字典裡。
3、主執行緒的Runloop由系統自動建立，子執行緒的Runloop需要在子執行緒裡手動獲取Runloop時建立。
4、Runloop在第一次獲取時建立，線上程銷燬時隨之銷燬。
4、Runloop的五個物件
- __CFRunLoop * CFRunLoopRef;
- __CFRunLoopSource * CFRunLoopSourceRef;
- __CFRunLoopObserver * CFRunLoopObserverRef;
- __CFRunLoopTimer * CFRunLoopTimerRef;
- CFRunloopModeRef(為什麼這個這麼寫呢,因為Runloop並沒有暴露RunloopMode這個物件)
下面逐一講一下Runloop這幾個物件的含義和它們之間的關係，如圖
CFRunloopModeRef（執行模式），一個CFRunloopModeRef又包含若干個CFRunLoopSourceRef(輸入源)/CFRunLoopTimerRef（定時源）/CFRunLoopObserverRef（觀察源），但是Runloop同一時間只能指定一個CFRunloopModeRef（執行模式），如果要切換CFRunloopModeRef，需要先退出Runloop，再指定一個CFRunloopModeRef（執行模式）進入。
為什麼是這樣的結構？ 答：這樣做主要是為了分離Source/Timer/Observer，讓其互不影響。
4.1、CFRunLoopRef（Runloop物件）
CFRunLoopRef 是 Core Foundation 框架下 RunLoop 物件類，可通過如下方式獲取
// 獲得當前執行緒的 RunLoop 物件
CFRunLoopGetCurrent();
// 獲得主執行緒的 RunLoop 物件
CFRunLoopGetMain();
複製程式碼也可以使用Foundation框架中的NSRunloop獲取封裝過的Runloop，NSRunloop是對CFRunLoopRef的封裝
// 獲得當前執行緒的 RunLoop 物件
[NSRunLoop currentRunLoop];
// 獲得主執行緒的 RunLoop 物件
[NSRunLoop mainRunLoop];
複製程式碼4.2、CFRunLoopSourceRef（輸入源）
先看一下原始碼
struct __CFRunLoopSource {
CFRuntimeBase _base;
uint32_t _bits;
pthread_mutex_t _lock;
CFIndex _order; /* immutable */
CFMutableBagRef _runLoops;
union {
//對應Source0
CFRunLoopSourceContext version0; /* immutable, except invalidation */
//對應Source1
CFRunLoopSourceContext1 version1; /* immutable, except invalidation */
} _context;
};
複製程式碼從原始碼看出Source分為2個版本
- 1、Source0：這種版本的Source不能主動觸發事件，得是使用者或開發者手動觸發，比如觸控事件和performSelector等App內部事件（UIEvent），需要先進行
CFRunLoopSourceSignal標記，再通過CFRunLoopWakeUp喚醒Runloop處理事件。 - 2、Source1：基於Port，用於通過核心和執行緒之間通訊的，這種Source可以主動喚醒Runloop執行緒，一會兒用例子看一下。
先看一個觸控事件觸發Source0的例子，建立個工程，上面放一個按鈕，在點選事件的回撥中打斷點，如圖
下面是Source0的使用例子
要建立一個Source0輸入源，需要執行六步走， 1、建立Context上下文 2、建立Source0輸入源物件 3、獲取Runloop 4、繫結Runloop、Source0和mode 5、標記執行訊號CFRunloopSourceSignal 6、喚醒CFRunLoopWakeUp
- (void)source0Demo{
//1、建立Context上下文
CFRunLoopSourceContext context = {
0,
NULL,
NULL,
NULL,
NULL,
NULL,
NULL,
schedule,
cancel,
perform,
};
/**
2、建立CFRunLoopSourceRef
引數一:傳遞NULL或kCFAllocatorDefault以使用當前預設分配器。
引數二:優先順序索引，指示處理執行迴圈源的順序。這裡我傳0為了的就是自主回撥
引數三:為執行輸入源儲存上下文資訊的結構
*/
CFRunLoopSourceRef source0 = CFRunLoopSourceCreate(CFAllocatorGetDefault(), 0, &context);
//3、獲取Runloop
CFRunLoopRef rlp = CFRunLoopGetCurrent();
//4、繫結Source、Runloop、Mode，此時我們的source就進入待緒狀態
CFRunLoopAddSource(rlp, source0, kCFRunLoopDefaultMode);
//5、 一個執行訊號
CFRunLoopSourceSignal(source0);
//6、 喚醒 run loop 防止沉睡狀態
CFRunLoopWakeUp(rlp);
// 取消 移除
// CFRunLoopRemoveSource(rlp, source0, kCFRunLoopDefaultMode);
CFRelease(rlp);
}
void schedule(void *info, CFRunLoopRef rl, CFRunLoopMode mode){
NSLog(@"準備處理事件");
}
void perform(void *info){
NSLog(@"少年，執行事件吧");
}
void cancel(void *info, CFRunLoopRef rl, CFRunLoopMode mode){
NSLog(@"移除輸入源，事件停止執行");
}
複製程式碼從程式碼中可以看出，若要讓Runloop執行Source0的事件，需要先發出一個執行訊號CFRunLoopSourceSignal，再呼叫CFRunLoopWakeUp喚醒Runloop執行任務。
控制檯列印效果如下
下面是Source1使用Port進行執行緒間通訊的例子
建立
@interface ViewController ()<NSPortDelegate>
@property (nonatomic, strong) NSPort* subThreadPort;//主執行緒Port
@property (nonatomic, strong) NSPort* mainThreadPort;//子執行緒Port
@end
@implementation ViewController
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
[self portCommunicateTest];
}
- (void)portCommunicateTest{
self.mainThreadPort = [NSPort port];
self.mainThreadPort.delegate = self;
// port - source1 -- runloop
//port是操作Source1的，所以同樣依賴於runloop
[[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:self.mainThreadPort forMode:NSDefaultRunLoopMode];
//建立子執行緒
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
//例項化子執行緒對應的Port
self.subThreadPort = [NSPort port];
self.subThreadPort.delegate = self;
[[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:self.subThreadPort forMode:NSDefaultRunLoopMode];
[[NSRunLoop currentRunLoop] run];
});
}
//NSPort的代理方法，執行緒間通訊的回撥
- (void)handlePortMessage:(id)message {
NSLog(@"當前執行緒是 == %@", [NSThread currentThread]); // 3 1
NSLog(@"傳來的訊息內容 = %@", [[NSString alloc] initWithData:[message valueForKey:@"components"][0] encoding:NSUTF8StringEncoding]);
sleep(1);
if (![[NSThread currentThread] isMainThread]) {
//像子執行緒的Port傳送訊息
NSMutableArray* components = [NSMutableArray array];
NSData* data = [@"world" dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
[components addObject:data];
[self.mainThreadPort sendBeforeDate:[NSDate date] components:components from:self.subThreadPort reserved:0];
}
}
- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
//注意，component必須以NSData的形式傳遞
NSMutableArray* components = [NSMutableArray array];
NSData* data = [@"Hello" dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
[components addObject:data];
[self.subThreadPort sendBeforeDate:[NSDate date] components:components from:self.mainThreadPort reserved:0];
}
複製程式碼點選螢幕後，列印結果如下
Source1，至此使用NSPort進行執行緒間通訊的例子執行完畢，真可愛，執行緒還能這麼玩。
4.3、CFRunloopModeRef
Runloop有五種執行模式
-
UIInitializationRunLoopMode：在App剛啟動進入的執行模式，啟動完成後會切換到kCFRunLoopDefaultMode，從此不再使用。
-
kCFRunLoopDefaultMode: 預設執行模式，在主執行緒執行在這個模式下。
-
UITrackingRunLoopMode：介面跟蹤模式，當見面滾動時，會切換到這個執行模式下，保證不收其他模式的影響。
-
GSEventReceiveRunLoopMode: 接受系統事件的內部執行模式。
-
kCFRunLoopCommonModes: 佔位模式，通常用來標記kCFRunLoopDefaultMode和UITrackingRunLoopMode，如果NSTimer加入這個模式，將不受執行模式切換的影響。
4.4、CFRunloopTimerRef
CFRunloopTimerRef是一個時間觸發器，它包含一個時間長度和一個回撥（函式回撥），在加入Runloop時，Runloop會註冊一個時間點，經過時間長度後，Runloop會被喚醒執行回撥。Timer的底層就是一個CFRunloopTimerRef，它受Mode切換的影響。如果把Timer加入到kCFRunLoopCommonModes就不會受切換影響了，像下面這樣
NSTimer *timer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1.0f repeats:YES block:^(NSTimer * _Nonnull timer) {
NSLog(@"log NSTimer runloop");
}];
[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];
複製程式碼4.5、CFRunloopObserverRef
CFRunloopObserverRef是一個觀察者，用來監控Runloop的狀態的，它分為以下狀態
typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
kCFRunLoopEntry = (1UL << 0), // 即將進入Loop 1
kCFRunLoopBeforeTimers = (1UL << 1), // 即將處理 Timer 2
kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2), // 即將處理 Source 4
kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5), // 即將進入休眠 32
kCFRunLoopAfterWaiting = (1UL << 6), // 剛從休眠中喚醒 64
kCFRunLoopExit = (1UL << 7), // 即將退出Loop 128
};
複製程式碼舉個例子
- (void)obseverDemo{
//1、建立觀察者上下文
CFRunLoopObserverContext context = {
0,
((__bridge void *)self),
NULL,
NULL,
NULL
};
//2、獲取當前Runloop物件
CFRunLoopRef rlp = CFRunLoopGetCurrent();
//3、建立觀察者CFRunLoopObserverRef
CFRunLoopObserverRef observerRef = CFRunLoopObserverCreate(kCFAllocatorDefault, kCFRunLoopAllActivities, YES, 0, runLoopObserverCallBack, &context);
//4、將觀察者observer和runloop物件、Mode關聯起來
CFRunLoopAddObserver(rlp, observerRef, kCFRunLoopDefaultMode);
}
void runLoopObserverCallBack(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity, void *info){
switch (activity) {
case kCFRunLoopEntry:
NSLog(@"RunLoop進入");
break;
case kCFRunLoopBeforeTimers:
NSLog(@"RunLoop要處理Timers了");
break;
case kCFRunLoopBeforeSources:
NSLog(@"RunLoop要處理Sources了");
break;
case kCFRunLoopBeforeWaiting:
NSLog(@"RunLoop要休息了");
break;
case kCFRunLoopAfterWaiting:
NSLog(@"RunLoop醒來了");
break;
case kCFRunLoopExit:
NSLog(@"RunLoop退出了");
break;
default:
break;
}
}
複製程式碼在我們滾動檢視時，控制檯列印如下
由此可見，官方說的對☺，確實可以通過CFRunloopObserverRef監聽Runloop的狀態。
Runloop的應用有很多，之前在專案中應用的比較深的是將對CPU壓力比較大的UI任務拆分成多個小任務，通過監聽Runloop的Observer空閒時機，在空閒時強制其執行小任務，高效利用系統資源提升效能。 RunLoopWorkDistribution瞭解一下（?）