Objective-C之我所理解的Runloop

前言

RunLoop是iOS和OSX开发中非常基础的一个概念,学习Runloop能够帮助我们更清楚的了解APP为何能够持续运行。虽然在平时的工作场景中使用Runloop的机会很少，但是理解RunLoop可以帮助开发者更好的利用多线程编程。网上关于Runloop的文章千篇一律，但"一千个读者，就有一千个哈姆雷特",每个人都有自己不同的理解。

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Runloop

通俗概念

• 可以从字面上理解成“运行循环”、“跑圈”，通俗一点，它就是一个死循环，相当于一个do..while；

• 正是因为这个死循环的存在，才能保持程序的持续运行，不会像一块代码，执行完了就完了；

• 有事情的时候做事情，没事情的时候就休息，充分节省了CPU的性能；

• 所谓的“事情”，实际上就是App中的各种事件（比如触摸事件、定时器事件、Selector事件）；

官方解释

• Run loops are part of the fundamental infrastructure associated with threads. A run loop is an event processing loop that you use to schedule work and coordinate the receipt of incoming events. The purpose of a run loop is to keep your thread busy when there is work to do and put your thread to sleep when there is none.

• Runloop是与多线程相关的、基础框架中非常重要的一部分。 Runloop是你用来调度、协调当前的到来事件的一个循环。Runloop的目的就是当有任务到来的时候保持当前线程处于繁忙状态, 当没有任务需要处理的时候让当前线程处于休眠状态。

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如果没有Runloop

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• 代码从上到下执行，到第三行就结束了

有了Runloop以后

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• 由于main函数里面启动了RunLoop，所以程序并不会马上退出，保持持续运行状态

• 在代码main.m里都默认在主线程中启动了runloop

• 所以UIApplicationMain函数一直没有返回，保持了程序的持续运行

#import <UIKit/UIKit.h>#import "AppDelegate.h"int main(int argc, char * argv[]) {    @autoreleasepool {        return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
    }
}

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RunLoop对象

• iOS中为我们提供了两套API访问和操作runloop，一套是面向OC的，一套是基于C语言的

  • Foundation下的NSRunLoop

  • Core Foundation下的CFRunLoopRef

• NSRunLoop是基于CFRunLoopRef的一层OC包装，所以要了解RunLoop内部结构，需要多研究CFRunLoopRef层面的API（Core Foundation层面）

• 更多细节我们可以查阅苹果官方文档深入学习

• 苹果官方文档

• RunLoop 官方编程手册翻译

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Runloop与线程的关系

• 每条线程都有唯一的一个与之对应的RunLoop对象

• 主线程的RunLoop已经自动创建好了，子线程的RunLoop需要主动创建（子线程的RunLoop默认是关闭的，因为有时候开了个线程但却没有必要开一个RunLoop，不然反而浪费了资源）。

• RunLoop在第一次获取时创建，在线程结束时销毁（内部实际上是一个懒加载）

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获得RunLoop对象

• Foundation下的获取方法

  • [NSRunLoop mainRunLoop];

  • [NSRunLoop currentRunLoop];

  • 获得当前线程的RunLoop对象，在子线程调用该方法相当于新创建一个runloop

  • 获得主线程的RunLoop对象

• Core Foundation下的获取方法

  • CFRunLoopGetMain();

  • CFRunLoopGetCurrent();

  • 获得当前线程的RunLoop对象，在子线程调用该方法相当于新创建一个runloop

  • 获得主线程的RunLoop对象

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Runloop的相关类

• 着重了解Core Foundation下的类

  • CFRunLoopRef

  • CFRunLoopModeRef

  • CFRunLoopSourceRef

  • CFRunLoopTimerRef

  • CFRunLoopObserverRef

• 它们的关系如图所示

• 一个runloop内部包含若干个Mode，而每个Mode下又包含了若干个timer,observer,source.

• 调用 RunLoop 的主函数时，只能指定其中一个 Mode，这个Mode被称作 CurrentMode

• 如果需要切换 Mode，只能退出 Loop，再重新指定一个 Mode 进入。这样做主要是为了分隔开不同组的 Source/Timer/Observer，让其互不影响。

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CFRunLoopRef

• 即代表runloop本身

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CFRunLoopModeRef

• 代表RunLoop的运行模式

• 系统默认注册了5个mode，前两个常用，后三个基本用不到

  • kCFRunLoopDefaultMode：App的默认Mode，通常主线程是在这个Mode下运行

  • UITrackingRunLoopMode：界面跟踪 Mode，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: 接受系统事件的内部 Mode，通常用不到

  • kCFRunLoopCommonModes: 这是一个占位用的Mode，不是一种真正的Mode

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CFRunLoopSourceRef

• 代表事件源（输入源）

• 以port进行区分，而port可以为系统

• 分为系统方法和自定义方法

  • sourse0：非基于port的，自定义方法，响应

  • sourse1：基于port的，系统提供的方法

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CFRunLoopTimerRef

• 基于时间的触发器

• 基本上就等效于NSTimer

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CFRunLoopObserverRef

• 观察者，用于监听RunLoop的状态改变

• 监听以下几个状态

/* Run Loop Observer Activities */typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
    kCFRunLoopEntry = (1UL << 0),
    kCFRunLoopBeforeTimers = (1UL << 1),
    kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2),
    kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5),
    kCFRunLoopAfterWaiting = (1UL << 6),
    kCFRunLoopExit = (1UL << 7),
    kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU
};

图解

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• 从图上看就是一直在循环，然后响应对应的事件，有就处理，没有就休息。

• 在即将进入loop的时候会有一个判空操作，如果内部没有任何的source、timer、observer等待着处理，那么runloop会直接退出，所以当我们在子线程开启runloop的时候需要注意两点：

// 1.要给runloop添加一个事件，让它先跑起来再说[[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:[NSPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode]; // 2.需要手动开启它[[NSRunLoop currentRunLoop] run];

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Runloop的应用

1.处理NSTimer滑动暂停的问题。

// 通过timerWithTimeInterval创建出来的timer，默认不会被添加到runloop，需要手动添加指定modeNSTimer *timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:2.0 target:self selector:@selector(run) userInfo:nil repeats:YES];
[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:UITrackingRunLoopMode];// 通过timer的scheduledTimerWithTimeInterval创建出来的timer，默认被添加到runloop的NSDefaultRunLoopMode下// 当滑动scrollView时，runloop会切换到UITrackingRunLoopMode// 也就导致之前NSDefaultRunLoopMode下的timer暂停[NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:2.0 target:self selector:@selector(run) userInfo:nil repeats:YES];// 解决方法，手动将timer添加到NSDefaultRunLoopMode下// NSDefaultRunLoopMode表示timer既能响应UITrackingRunLoopMode，// 也能响应NSDefaultRunLoopMode// 相当于将timer拷贝了一份放在这两个mode下[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode];

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2.在某个mode下调用方法。

// 只在NSDefaultRunLoopMode模式下显示图片[self.imageView performSelector:@selector(setImage:) withObject:[UIImage imageNamed:@"placeholder"] afterDelay:3.0 inModes:@[NSDefaultRunLoopMode]];

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3.更好的理解自动释放池(@autoreleasepool)

• @autoreleasepool会在runloop进入休眠前统一释放，在下一次即将进入runloop时重新创建

• 具体验证可以通过创建observer来观察

// 创建observerCFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreateWithHandler(CFAllocatorGetDefault(), kCFRunLoopAllActivities, YES, 0, ^(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity) {    NSLog(@"----监听到RunLoop状态发生改变---%zd", activity);
});// 添加观察者：监听RunLoop的状态CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetCurrent(), observer, kCFRunLoopDefaultMode);// 释放ObserverCFRelease(observer);

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4. 创建一个常驻线程

• 比如我们需要创建一个子线程，让这个线程不死，一直循环做一些事情，比如说后台不停的监控用户的网络状态，扫描文件等。

• 这时就可以为子线程创建一个runloop，让它跑起来，有事情的时候做事情，没事情的时候休息

#import "ViewController.h"@interface ViewController ()/** 线程对象 */@property (nonatomic, strong) NSThread *thread;@end@implementation ViewController- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];    
    self.thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];
    [self.thread start];
}

- (void)run
{// 让线程不死的一种取巧做法，// 不停的开启runloop，// 每次runloop发现如果没有任何的port就直接退出了，// 当我们调用touchesBegan为runloop添加了一个source时，runloop才正在跑起来了
    while (1) {
        [[NSRunLoop currentRunLoop] run];
    }
}

- (void)run1
{    // 推荐开启常驻线程的办法
    // 手动添加一个port，让它跑起来
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:[NSPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
    [[NSRunLoop currentRunLoop] run];
}

- (void)test
{    NSLog(@"----------test----%@", [NSThread currentThread]);
}

- (void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event
{
    [self performSelector:@selector(test) onThread:self.thread withObject:nil waitUntilDone:NO];
}

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关于runloop的面试题

1.什么是Runloop?

• 从字面意思上理解为：运行循环、跑圈；

• 其实它内部是do-while循环，在这个循环内部不断的处理各种任务（比如Timer、Sources、Observer）

• 一个线程对应一个runloop，主线程的runloop默认已经启动，子线程的runloop需要手动开启（通过调用run方法）

• runloop只能选择一个mode启动，如果当前mode中没有任何Timer、Sources、Observer。那么则直接退出runloop.

2.自动释放池什么时候释放？

• 在runloop睡眠之前释放(kCFRunLoopBeforeWaiting)，在下一次跑圈的时候重新创建.

3.在开发中如何使用runloop?

• 开启一个常驻线程（即让一个子线程不进入消亡状态，等待其他线程发来消息，处理其他事件）

  • 在子线程开启定时器

  • 在子线程进行一些长期监控（比如用户的网络状态，扫描用户的文件等）

• 可以控制定时器在特定mode下运行

• 可以让某些事件（行为、任务）在特定mode下执行

• 可以添加observe监听runloop的一些状态，比如监听点击事件的处理（在所有点击事件之前做一些事情）

4.ARC下是否还需要进行内存管理？

• 需要。即便项目是ARC的情况下，针对Core Foundation下创建的对象也需要进行内存管理，因为ARC是针对OC而言的，而Core Foundation针对的是C语言.
  凡是带有Create、Copy、Retain等字眼的函数，最后都要记得调用CFRelease(对象)

5.NSTimer受runloop的影响，精度上存在误差，如何解决？

• 使用GCD创建timer，创建出来的timer不受runloop的影响，不会被添加到任何mode下，精度更高.

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写在最后

很久很久没有更新博客，一直忙于日常的工作，有时候学了新东西想写一写，可能发现网上早已经有了很多关于这方面的文章，于是便放弃了写下去的念头。其实，人都是有惰性的，总觉得看现成的比自己去写一写要来得快一些，但是整理知识点的过程，我们实际上也在加深一遍理解，而学习是一个不断重复的过程。对于已经掌握了相关知识的人，这种总结性文章可能毫无意义，但是对于想入门学习的人，文章能够做到浅显易懂，它就是有价值的。做了很久的开发，发现实际编码中我们真的很渺小，我们总是在搭建UI，创建model，网络请求，数据填充，搞点炫酷的动画，和产品经理撕逼。即便你会各种黑魔法，各种超能力，能够用到的机会其实并不多。所以越是基础的东西越需要打牢，有了基础才能举一反三，才能一步一步的去解决更多刁钻的需求。

作者：RocKwok
链接：https://www.jianshu.com/p/f930c8bf75ec