深入理解RunLoop

weixin_34104341發表於2016-05-05
OOP

RunLoop 是 iOS 和 OSX 開發中非常基礎的一個概念，這篇文章將從 CFRunLoop 的原始碼入手，介紹 RunLoop 的概念以及底層實現原理。之後會介紹一下在 iOS 中，蘋果是如何利用 RunLoop 實現自動釋放池、延遲迴調、觸控事件、螢幕重新整理等功能的。

RunLoop 的概念

一般來講，一個執行緒一次只能執行一個任務，執行完成後執行緒就會退出。如果我們需要一個機制，讓執行緒能隨時處理事件但並不退出，通常的程式碼邏輯是這樣的：

function loop() {
    initialize();
    do {
        var message = get_next_message();
        process_message(message);
    } while (message != quit);
}

這種模型通常被稱作 Event Loop。 Event Loop 在很多系統和框架裡都有實現，比如 Node.js 的事件處理，比如 Windows 程式的訊息迴圈，再比如 OSX/iOS 裡的 RunLoop。實現這種模型的關鍵點在於：如何管理事件/訊息，如何讓執行緒在沒有處理訊息時休眠以避免資源佔用、在有訊息到來時立刻被喚醒。

所以，RunLoop 實際上就是一個物件，這個物件管理了其需要處理的事件和訊息，並提供了一個入口函式來執行上面 Event Loop 的邏輯。執行緒執行了這個函式後，就會一直處於這個函式內部 "接受訊息->等待->處理" 的迴圈中，直到這個迴圈結束（比如傳入 quit 的訊息），函式返回。

OSX/iOS 系統中，提供了兩個這樣的物件：NSRunLoop 和 CFRunLoopRef。
CFRunLoopRef 是在 CoreFoundation 框架內的，它提供了純 C 函式的 API，所有這些 API 都是執行緒安全的。
NSRunLoop 是基於 CFRunLoopRef 的封裝，提供了物件導向的 API，但是這些 API 不是執行緒安全的。

CFRunLoopRef 的程式碼是開源的，你可以在這裡 http://opensource.apple.com/tarballs/CF/CF-855.17.tar.gz 下載到整個 CoreFoundation 的原始碼。為了方便跟蹤和檢視，你可以新建一個 Xcode 工程，把這堆原始碼拖進去看。

RunLoop 與執行緒的關係

首先，iOS 開發中能遇到兩個執行緒物件: pthread_t 和 NSThread。過去蘋果有份文件標明瞭 NSThread 只是 pthread_t 的封裝，但那份文件已經失效了，現在它們也有可能都是直接包裝自最底層的 mach thread。蘋果並沒有提供這兩個物件相互轉換的介面，但不管怎麼樣，可以肯定的是 pthread_t 和 NSThread 是一一對應的。比如，你可以通過 pthread_main_thread_np() 或 [NSThread mainThread] 來獲取主執行緒；也可以通過 pthread_self() 或 [NSThread currentThread] 來獲取當前執行緒。CFRunLoop 是基於 pthread 來管理的。

蘋果不允許直接建立 RunLoop，它只提供了兩個自動獲取的函式：CFRunLoopGetMain() 和 CFRunLoopGetCurrent()。 這兩個函式內部的邏輯大概是下面這樣:

/// 全域性的Dictionary，key 是 pthread_t， value 是 CFRunLoopRef
static CFMutableDictionaryRef loopsDic;
/// 訪問 loopsDic 時的鎖
static CFSpinLock_t loopsLock;
 
/// 獲取一個 pthread 對應的 RunLoop。
CFRunLoopRef _CFRunLoopGet(pthread_t thread) {
    OSSpinLockLock(&loopsLock);
    
    if (!loopsDic) {
        // 第一次進入時，初始化全域性Dic，並先為主執行緒建立一個 RunLoop。
        loopsDic = CFDictionaryCreateMutable();
        CFRunLoopRef mainLoop = _CFRunLoopCreate();
        CFDictionarySetValue(loopsDic, pthread_main_thread_np(), mainLoop);
    }
    
    /// 直接從 Dictionary 裡獲取。
    CFRunLoopRef loop = CFDictionaryGetValue(loopsDic, thread));
    
    if (!loop) {
        /// 取不到時，建立一個
        loop = _CFRunLoopCreate();
        CFDictionarySetValue(loopsDic, thread, loop);
        /// 註冊一個回撥，當執行緒銷燬時，順便也銷燬其對應的 RunLoop。
        _CFSetTSD(..., thread, loop, __CFFinalizeRunLoop);
    }
    
    OSSpinLockUnLock(&loopsLock);
    return loop;
}
 
CFRunLoopRef CFRunLoopGetMain() {
    return _CFRunLoopGet(pthread_main_thread_np());
}
 
CFRunLoopRef CFRunLoopGetCurrent() {
    return _CFRunLoopGet(pthread_self());
}

從上面的程式碼可以看出，執行緒和 RunLoop 之間是一一對應的，其關係是儲存在一個全域性的 Dictionary 裡。執行緒剛建立時並沒有 RunLoop，如果你不主動獲取，那它一直都不會有。RunLoop 的建立是發生在第一次獲取時，RunLoop 的銷燬是發生線上程結束時。你只能在一個執行緒的內部獲取其 RunLoop（主執行緒除外）。

 

RunLoop 對外的介面

在 CoreFoundation 裡面關於 RunLoop 有5個類:

CFRunLoopRef
CFRunLoopModeRef
CFRunLoopSourceRef
CFRunLoopTimerRef
CFRunLoopObserverRef

其中 CFRunLoopModeRef 類並沒有對外暴露，只是通過 CFRunLoopRef 的介面進行了封裝。他們的關係如下:

一個 RunLoop 包含若干個 Mode，每個 Mode 又包含若干個 Source/Timer/Observer。每次呼叫 RunLoop 的主函式時，只能指定其中一個 Mode，這個Mode被稱作 CurrentMode。如果需要切換 Mode，只能退出 Loop，再重新指定一個 Mode 進入。這樣做主要是為了分隔開不同組的 Source/Timer/Observer，讓其互不影響。

CFRunLoopSourceRef 是事件產生的地方。Source有兩個版本：Source0 和 Source1。
• Source0 只包含了一個回撥（函式指標），它並不能主動觸發事件。使用時，你需要先呼叫 CFRunLoopSourceSignal(source)，將這個 Source 標記為待處理，然後手動呼叫 CFRunLoopWakeUp(runloop) 來喚醒 RunLoop，讓其處理這個事件。
• Source1 包含了一個 mach_port 和一個回撥（函式指標），被用於通過核心和其他執行緒相互傳送訊息。這種 Source 能主動喚醒 RunLoop 的執行緒，其原理在下面會講到。

CFRunLoopTimerRef 是基於時間的觸發器，它和 NSTimer 是toll-free bridged 的，可以混用。其包含一個時間長度和一個回撥（函式指標）。當其加入到 RunLoop 時，RunLoop會註冊對應的時間點，當時間點到時，RunLoop會被喚醒以執行那個回撥。

CFRunLoopObserverRef 是觀察者，每個 Observer 都包含了一個回撥（函式指標），當 RunLoop 的狀態發生變化時，觀察者就能通過回撥接受到這個變化。可以觀測的時間點有以下幾個：

 

轉載於:https://www.cnblogs.com/yulang314/p/4988250.html

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