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Renbo’s Blog

iOS知识点-RunLoop

iOS iOS知识点 2018-01-14

一、基础篇

1.RunLoop是什么

  • RunLoop字面意思是跑圈，实际就是运行循环（即死循环）

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

2.RunLoop基本作用

  • 保持程序持续运行（保证程序不退出）
  • 处理（监听）APP中的各种事件（如，监听触摸事件、定时器事件、Selector事件）
  • 节省CPU资源，提高程序性能（有事情时就做事情，没事情时就休息待命）

3.获取RunLoop对象

  • Foundation框架：

    [NSRunLoop currentRunLoop];    // 获得当前线程的RunLoop对象
[NSRunLoop mainRunLoop];     // 获得主线程的RunLoop对象
// NSRunLoop类是OC编写的，是对CFRunLoopRef的一个简单的封装

  • Core Foundation框架：

    CFRunLoopGetCurrent();    // 获得当前线程的RunLoop对象
CFRunLoopGetMain();     // 获得主线程的RunLoop对象
// CFRunLoopRef是C语言编写的，更底层，开源

二、提高篇

1.RunLoop和线程间的关系

  • 一个线程对应一个RunLoop（key和value的关系）。

  • 线程刚创建时并没有 RunLoop，如果你不主动获取，那它一直都不会有。RunLoop在第一次获取时创建，在线程结束时销毁。

    创建子线程的RunLoop直接调用 [NSRunLoop currentRunLoop];, 这个Get方法是懒加载的。

  • 主线程的RunLoop默认是自动开启，其它线程（子线程）的RunLoop需要手动开启。

    [[NSRunLoop currentRunLoop] run]; // 手动开启RunLoop

  • 分析源码：

    /**
    iOS 开发中能遇到两个线程对象: pthread_t 和 NSThread。
    可以通过 pthread_main_thread_np() 或 [NSThread mainThread] 来获取主线程；
    通过 pthread_self() 或 [NSThread currentThread] 来获取当前线程。
    CFRunLoop 是基于 pthread 来管理的。

    苹果不允许直接创建 RunLoop，它只提供了两个自动获取的函数：CFRunLoopGetMain() 和 CFRunLoopGetCurrent()。 这两个函数内部的逻辑大概是下面这样:
*/

/// 全局的Dictionary，key 是 pthread_t（线程）， value 是 CFRunLoopRef（RunLoop）
static CFMutableDictionaryRef loopsDic;
/// 访问 loopsDic 时的锁
static CFSpinLock_t loopsLock;

/// 获取一个 pthread 对应的 RunLoop。
CFRunLoopRef _CFRunLoopGet(pthread_t thread) {
    OSSpinLockLock(&loopsLock);

    if (!loopsDic) {
        // 第一次进入时，初始化全局Dic，并先为主线程创建一个 RunLoop。
        loopsDic = CFDictionaryCreateMutable();
        CFRunLoopRef mainLoop = _CFRunLoopCreate();
        CFDictionarySetValue(loopsDic, pthread_main_thread_np(), mainLoop);
    }

    /// 直接从 Dictionary 里获取。
    CFRunLoopRef loop = CFDictionaryGetValue(loopsDic, thread));

    if (!loop) {
        /// 取不到时，创建一个
        loop = _CFRunLoopCreate();
        CFDictionarySetValue(loopsDic, thread, loop);
        /// 注册一个回调，当线程销毁时，顺便也销毁其对应的 RunLoop。
        _CFSetTSD(..., thread, loop, __CFFinalizeRunLoop);
    }

    OSSpinLockUnLock(&loopsLock);
    return loop;
}

CFRunLoopRef CFRunLoopGetMain() {
    return _CFRunLoopGet(pthread_main_thread_np());
}

CFRunLoopRef CFRunLoopGetCurrent() {
    return _CFRunLoopGet(pthread_self());
}

2.RunLoop相关类

  • Core Foundation中关于RunLoop的5个类：

    CFRunLoopRef        // 获得当前RunLoop和主RunLoop
CFRunLoopModeRef    // 代表的是RunLoop的运行模式
CFRunLoopSourceRef    // 事件源，输入源
CFRunLoopTimerRef        // 定时器时间
CFRunLoopObserverRef    // 观察者，能够监听RunLoop的状态改变

    RunLoop的相关类之间的关系如下:

    RunLoop相关类

    一个 RunLoop 包含若干个 Mode，每个 Mode 又包含若干个 Source/Timer/Observer。但RunLoop每次只能选择一个模式运行。要保证运行循环RunLoop不退出，每个模式里面至少存在一个Source或者一个Timer，Observer可以有也可以没有，只是监听RunLoop的运行状态。

    CFRunLoopSourceRef 是事件产生的地方。Source有两个版本：Source0 和 Source1。

    Source0：基于用户主动触发的事件（触摸事件，performSelector 都会触发Source0事件）

    ​ 点击button 或点击屏幕，当点击屏幕时，手指和屏幕产生一个事件，这个事件会自动打包生成一个Source0事件

    Source1：基于Port的线程间通信（与内核相关，自发调用的）
    注意：Source1在处理的时候会分发一些操作给Source0去处理

    CFRunLoopTimerRef 是基于时间的触发器。

    其包含一个时间长度和一个回调（函数指针）。当其加入到 RunLoop 时，RunLoop会注册对应的时间点，当时间点到时，RunLoop会被唤醒以执行那个回调。

    CFRunLoopObserverRef 是观察者，每个 Observer 都包含了一个回调（函数指针），当 RunLoop 的状态发生变化时，观察者就能通过回调接受到这个变化。可以观测的时间点有以下几个：

    typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
    kCFRunLoopEntry         = (1UL << 0), // 即将进入运行循环
    kCFRunLoopBeforeTimers  = (1UL << 1), // 即将处理定时器事件
    kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2), // 即将处理输入源事件
    kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5), // 即将进入休眠
    kCFRunLoopAfterWaiting  = (1UL << 6), // 刚从休眠中唤醒
    kCFRunLoopExit          = (1UL << 7), // 退出运行循环
    kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU // 运行循环所有活动
};

    添加观察者到运行循环的代码:

    // 监听RunLoop的各种活动状态(包括唤醒，休息，以及处理各种事件等...)
- (void)observerRunLoopActivity {
    /* 
     1.创建观察者
         参数1: 分配内存空间的方式,传默认
         参数2: RunLoop的运行状态
         参数3: 是否持续观察
         参数4: 优先级,传0
         参数5: 观察者观测到状态改变时触发的方法
     */
    CFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreateWithHandler(CFAllocatorGetDefault(), kCFRunLoopAllActivities, YES, 0, ^(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity) {
        switch (activity) {
            case kCFRunLoopEntry:
                NSLog(@"RunLoop进入");
                break;
            case kCFRunLoopBeforeTimers:
                NSLog(@"RunLoop要处理定时器（Timers）事件了");
                break;
            case kCFRunLoopBeforeSources:
                NSLog(@"RunLoop要处理输入源（Sources）事件了");
                break;
            case kCFRunLoopBeforeWaiting:
                NSLog(@"RunLoop要休息了");
                break;
            case kCFRunLoopAfterWaiting:
                NSLog(@"RunLoop醒来了");
                break;
            case kCFRunLoopExit:
                NSLog(@"RunLoop退出了");
                break;
            default:
                break;
        }
    });
    /* 
     2.添加观察者到运行循环
         参数1: 要监听哪个RunLoop, 传入当前的运行循环
         参数2: 观察者/监听者, 观察运行循环的各种状态
         参数3: 运行循环的模式，要监听RunLoop在哪种运行模式下的状态
     */
    CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetCurrent(), observer, kCFRunLoopDefaultMode);
      /** 
       3.释放观察者 
       CF的内存管理（Core Foundation）:凡是带有Create、Copy、Retain等字眼的函数，创建出来的对象，都需要在最后做一次release
      */
    CFRelease(observer);
}

3.RunLoop的model

  • RunLoop 有五种运行模式，其中我们常用的是1、2、5这三个。

    kCFRunLoopDefaultMode    // 1> App的默认Mode，通常主线程是在这个Mode下运行
UITrackingRunLoopMode    // 2> 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    // 3> 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    // 4> 接受系统事件的内部 Mode，通常用不到
kCFRunLoopCommonModes        // 5> 这是一个占位用的Mode，不是一种真正的Mode

  • Model间的切换：

    我们平时在开发中一定遇到过，当我们使用NSTimer每一段时间执行一些事情时滑动UIScrollView，NSTimer就会暂停，当我们停止滑动以后，NSTimer又会重新恢复的情况

    // 创建定时器并添加到RunLoop
// [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:2.0 target:self selector:@selector(show) userInfo:nil repeats:YES];

NSTimer *timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:2.0 target:self selector:@selector(show) userInfo:nil repeats:YES];
// 把定时器添加到RunLoop中
// 1.NSDefaultRunLoopMode 默认运行模式，此时定时器任务只会在默认模式下执行
[[NSRunLoop mainRunLoop] addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode]; 

// 当scrollView滑动的时候，timer失效，停止滑动时，timer恢复
// 原因：当scrollView滑动的时候，RunLoop的Mode会自动切换成UITrackingRunLoopMode模式，因此timer失效，当停止滑动，RunLoop又会切换回NSDefaultRunLoopMode模式，因此timer又会重新启动了

// 2. UITrackingRunLoopMode 界面跟踪模式，此时定时器任务只会在滑动scrollView时执行
[[NSRunLoop mainRunLoop] addTimer:timer forMode:UITrackingRunLoopMode];

// 3. 那个如何让timer在两个模式下都可以运行呢？(即滚动视图时，不会对定时器产生影响)
// 3.1 在两个模式下都添加timer 是可以的，但是timer添加了两次，并不是同一个timer
// 3.2 使用占位的运行模式 NSRunLoopCommonModes标记，凡是被打上NSRunLoopCommonModes标记的都可以运行，因此也就是说如果我们使用NSRunLoopCommonModes，timer可以在UITrackingRunLoopMode，kCFRunLoopDefaultMode两种模式下运行
[[NSRunLoop mainRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];

    在实际开发中，一般不把timer放到主线程的RunLoop中，因为主线程在执行阻塞的任务时，timer计时会不准。
    如何让计时准确？如果timer在主线程中阻塞了怎么办？
    1》放入子线程中(即要开辟一个新的线程，但是成本是需要开辟一个新的线程)
    2》写一种跟RunLoop没有关系的计时，即GCD。(不会阻塞，推荐使用这种)

    // GCD定时器(常用)
// 创建队列
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
// 1.创建一个GCD定时器
/*
 第一个参数:表明创建的是一个定时器
 第四个参数:队列
 */
dispatch_source_t timer = dispatch_source_create(DISPATCH_SOURCE_TYPE_TIMER, 0, 0, queue);
// 需要对timer进行强引用，保证其不会被释放掉，才会按时调用block块
// 局部变量，让指针强引用
self.timer = timer;
// 2.设置定时器的开始时间,间隔时间,精准度
/*
 第1个参数:要给哪个定时器设置
 第2个参数:开始时间
 第3个参数:间隔时间
 第4个参数:精准度 一般为0 在允许范围内增加误差可提高程序的性能
 GCD的单位是纳秒 所以要*NSEC_PER_SEC
 */
dispatch_source_set_timer(timer, DISPATCH_TIME_NOW, 2.0 * NSEC_PER_SEC, 0 * NSEC_PER_SEC);

// 3.设置定时器要执行的事情
dispatch_source_set_event_handler(timer, ^{
    NSLog(@"---%@--",[NSThread currentThread]);
    // 取消定时
      if (判断条件) {
        dispatch_source_cancel(timer);
          self.timer = nil;
      }
});
// 4.启动
dispatch_resume(timer);

4.应用场景

  • 定时器：实例化定时器并指定监听方法后，需要把定时器加到RunLoop上。加到RunLoop上之后，才能在每个时间触发的时候去监听事件。

    self.timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:2.0 target:self selector:@selector(show) userInfo:nil repeats:YES];
[[NSRunLoop mainRunLoop] addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode];

    使用定时器还有一个细节：就是在定时器不使用的时候，必须要销毁，否则会产生循环引用。

    target后有一个self，定时器会对self强引用；viewController本身也会对定时器强引用（定时器通常会保存到viewController的实例变量/属性中），所以就会产生循环引用。

  • 常驻线程：永远活着的线程。开启一个子线程，再手动开启这个子线程的RunLoop，这个子线程就是常驻线程。

    常驻线程的生命周期跟APP相同。跟主线程并行，永远不会被销毁，一直在后台默默的做一些事情。（常驻线程的使用一般比较少，在实际开发中基本上没有这种需求）

    在子线程里面也有运行循环（RunLoop），这个运行循环（RunLoop）默认不被开启；只有我们调用它的时候才会被开启（即需要手动开启）。

    常驻线程

    特别注意：

    在启动RunLoop之前建议用 @autoreleasepool {…}包裹。

    意义：创建一个大释放池，释放{}期间创建的临时对象，一般好的框架的作者都会这么做。

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

  • 自动释放池

    Q：autoreleasePool对象是什么时候释放的？
A：自动释放池的释放和创建与RunLoop有关。
    当RunLoop开启时，就会自动创建一个自动释放池。
    当Runloop准备休眠的时候，会释放旧的autoreleasePool对象，再重新创建一个新的空的autoreleasePool对象。
    当RunLoop从休眠中被唤醒的时候，Timer,Source等新的事件就会放到新的自动释放池中。
    当Runloop即将退出的时候，会释放掉相关所有的autoreleasePool对象。

    注意：只有主线程的RunLoop会默认启动。也就意味着会自动创建自动释放池，子线程需要在线程调度方法中手动添加自动释放池。

  • performSelector方法

    performSelector其实是创建了一个Timer，然后添加到当前的线程中。如果当前线程没有Runloop，这个方法则走不通的。

    // 可以设置只在某个运行模式（modes）下执行方法（aSelector）
- (void)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(nullable id)anArgument afterDelay:(NSTimeInterval)delay inModes:(NSArray<NSRunLoopMode> *)modes;
- (void)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(nullable id)anArgument afterDelay:(NSTimeInterval)delay;

  • 用于Socket开发：使用RunLoop能够监听网络端口数据的接收与发送情况。（平常企业开发中用Socket开发比较少，通常是做硬件通讯的时候，用得比较多。比如：智能家居开发、游戏机等）

  • iOS中默认开启的事件循环，保证主线程不退出。

    重新启动

    第14行代码的UIApplicationMain函数内部就启动了一个RunLoop

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

    这个默认启动的RunLoop是跟主线程相关联的。

三、总结

  • RunLoop知识点的大致框架：

    RunLoop知识点的大致框架

  • 思考：以后为了增加用户体验，在用户UI交互的时候不做事件处理，我们可以把需要做的操作放到NSDefaultRunLoopMode。

  • RunLoop处理逻辑流程图：

    RunLoop处理逻辑流程图

在实际中的使用场景其实很明确了, 在程序中中有大量临时变量(循环/遍历中)的时候最好手动创建autoreleasepool{}

四、面试题

  1. 讲讲 RunLoop，项目中有用到吗？
  2. RunLoop内部实现逻辑？
  3. Runloop和线程的关系？
  4. timer 与 Runloop 的关系？
  5. 程序中添加每3秒响应一次的NSTimer，当拖动tableview时timer可能无法响应要怎么解决？
  6. Runloop 是怎么响应用户操作的， 具体流程是什么样的？
  7. 说说RunLoop的几种状态？
  8. Runloop的mode作用是什么？
  • main函数中的autoreleasepool的作用?
  • 系统的autoreleasepool我们自己创建的autoreleasepool释放时机差别在哪?
  • 在ARC的环境中, 什么情况下需要使用autoreleasepool? 不使用autoreleasepool变量什么时候会被释放?
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