NSRunLoop-iOS中隐藏的大杀器

什么是RunLoop

事件循环伪代码:

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

- NSRunLoop是iOS的消息处理模式,
- RunLoop是iOS里线程的一部分,任何线程,包括主线程都包含了一个Run Loop对象。
- RunLoop的作用相当于在线程上维持一个类似while的死循环,在这个循环里内部不断的处理各种任务(比如:source/timer/Observer),
  并且在不执行任务时,RunLoop 会让线程进入睡眠状态(不占用CPU资源)。当事件源发生时RunLoop会唤醒线程来处理事件。
- 如果把一般线程的执行看作是一条直线,有起点终点,
  而runloop就是把这个线连接成圆圈,一直在跑圈,除非切断否则一直线程一直在运行。
- 每一个线程都有其对应的RunLoop,但是默认非主线程的RunLoop是没有运行的,
 (主线程上的RunLoop在App运行时由系统自动启动),需要为RunLoop添加至少一个事件源,
  然后去run它,一般情况下我们是没必要去启动线程的RunLoop,除非需要在一个单独的线程长久的检测某个事件。
- 如果子线程RunLoop没有绑定事件源,子线程在运行后会立即退出,线程销毁前,会先释放这个线程所对应的RunLoop.

RunLoop基本作用

- iOS 中所有的事件监听全部由运行循环负责。这个循环专门用来接收、处理App中的各种事件、事件源:
  (比如  触摸事件,定时器事件,Selector事件,通知)绑定的线程去执行这个事件.
- Run loop同时也负责autorelease pool的创建和释放。
- NSRunLoop的作用在于有事情做的时候使的当前NSRunLoop的线程工作,没有事情做让当前NSRunLoop的线程休眠。
  节省CPU资源,提高程序性能:该做事时做事,该休息时休息

RunLoop什么情况下使用

- 线程中使用ports 或 input sources 和其他线程通信 
- 在线程中使用timers // 如果不启动runloop,timer的事件是不会响应的
- 在Cocoa 应用中使用performSelector…方法 // 应该是performSelector…这种方法会启动一个线程并启动run loop
- 让线程执行一个周期性的任务
- 可以控制定时器在特定模式下执行
- 可以让某些事件(行为、任务)在特定模式下执行
- 可以添加Observer监听RunLoop的状态,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)

RunLoop对象

iOS中有2套API来访问和使用RunLoop

  • 一套是Fundation(纯OC的)框架中的

    NSRunLoop
    // 获得当前线程的RunLoop对象
    NSRunLoop currentRunLoop];
    
    // 获得主线程的RunLoop对象
    [NSRunLoop mainRunLoop];
    
  • 一套是Core Fundation(纯C语言的)框架中的

    CFRunLoopRef
    // 获得当前线程的RunLoop对象
    CFRunLoopGetCurrent();
    // 获得主线程的RunLoop对象
    CFRunLoopGetMain();
    

    Core Fundation中关于RunLoop的5个类

    CFRunLoopRef: RunLoop对象
    CFRunLoopModeRef: RunLoop运行模式.
    CFRunLoopSoruceRef: 事件源(输入源)
    CFRunLoopTimerRef:基于时间的触发器.
    CFRunLoopObserverRef: 观察者,能够监听RunLoop的状态改
    

NSRunLoop和CFRunLoopRef都代表着RunLoop对象.NSRunLoop是基于CFRunLoopRef的一层OC包装.

Run Loop Mode

Run Loop Mode是一个集合,包括监听:事件源,定时器,以及需通知的runloop observers

模式包括:

  - default模式:几乎包括所有输入源(除NSConnection) NSDefaultRunLoopMode模式
  - mode模式:处理modal panels
  - connection模式:处理NSConnection事件,属于系统内部,用户基本不用
  - event tracking模式:如组件拖动输入源 UITrackingRunLoopModes 不处理定时事件
 - common modes模式:NSRunLoopCommonModes 这是一组可配置的通用模式。
   将input sources与该模式关联则同时也将input sources与该组中的其它模式进行了关联。
  • 在你运行一个Run Loop时,你会为它显示或隐式地指定一个mode
  • 这之后,在这个Run Loop中,只有与这个mode关联的事件源才会被监听并被允许分发事件,同理,也只有与这个mode关联的observer才会被通知,否则就处于暂停状态。
  • 同一线程的runloop在运行的时候,任意时刻只能处于一种mode。

在我们的代码中,我们需要通过名字指定mode,Cocoa和Core Foundation定义了一个默认的mode和一些常用mode,比如:NSDefaultRunLoopMode(Cocoa)、kCFRunLoopDefaultMode (Core Foundation)、NSEventTrackingRunLoopMode(Cocoa)等等,你通常可以用上它们。
当然,你也可以自定义一个mode,名字随便设置,但是里面的内容就要讲究些了:要正确添加一个或多个input sources或timer sources和对应的run-loop observers,让它能正常工作起来。在一次Run Loop循环中,我们使用mode来从sources中筛选事件。

Run Loop事件源

在一个线程中我们需要做的事情并不单一,如需要处理定时钟事件,需要处理用户的触控事件,需要接受网络远端发过来的数据,将这些需要做的事情统统注 册到事件源中,每一次循环的开始便去检查这些事件源是否有需要处理的数据,有的话则去处理。

Run Loop对象处理的事件源分为两种:input sourcestimer sources
  • input sources:输 入源分三类:performSelector源,基于端口(Mach port)的源,以及自定义的源。

    基于端口的input source监听程序的Mach Ports,由系统内核来自动通知它。自定义的input source则需要手动从其他线程通知它。

    和基于端口的input source不一样的是,一个perform selector source会在调用selector后把自己从run loop中移除出去。

    如果想要在一个线程上 perform selector,那么这个目标线程必须有一个active run loop。对于你自己创建的线程,这就意味着你必须等到你明确启动了run loop后才会执行。run loop在每次循环中会去执行所有排队的perform selector calls,而不是每个循环迭代中只执行一个。

  • timer sources:用于分发同步事件,通常这些事件发生在特定时间或者重复的时间间隔上,比如:[NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:target:selector:...]


上面图中展示了Run Loop的概念结构及各种事件源。

其中input source分发异步事件给相应的处理程序并且调用runUntilDate:方法(这个方法会在该线程关联的NSRunLoop
对象上被调用)来退出其Run Loop。

timer source分发事件到相应的处理程序,但不会引起Run Loop退出。
Run Loop除了处理各种事件外,同时会生成关于Run Loop行为相关的通知(Notifications),注册run-loop observers可以接收到这些通知并根据情况去在线程上做相应的处理。

RunLoop内部实现机制以及run-loop observers

Corefunction向线程添加runloop observers来监听事件,意在监听事件发生时来做处理。NSRunLoop就是一直在循环检测,从线程start到线程end,检测inputsource(如点击,双击等操作)同步事件,检测timesource同步事件,检测到输入源会执行处理函数,首先会产生通知,通知与该模式对应的observers。

-(void)observer{
    //创建一个监听对象
    /*
     第一个参数:分配存储空间的
     第二个参数:要监听的状态 kCFRunLoopAllActivities 所有状态
     第三个参数:是否要持续监听
     第四个参数:优先级
     第五个参数:回调
     */
    CFRunLoopObserverRef observer =  CFRunLoopObserverCreateWithHandler(CFAllocatorGetDefault(), kCFRunLoopAllActivities, YES, 0, ^(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity) {
        
        switch (activity) {
            case kCFRunLoopEntry:
                NSLog(@"runloop进入");
                break;
            case kCFRunLoopBeforeTimers:
                NSLog(@"runloop要去处理timer");
                break;
            case kCFRunLoopBeforeSources:
                NSLog(@"runloop要去处理Sources");
                break;
            case kCFRunLoopBeforeWaiting:
                NSLog(@"runloop要睡觉了");
                break;
            case kCFRunLoopAfterWaiting:
                NSLog(@"runloop醒来啦");
                break;
            case kCFRunLoopExit:
                NSLog(@"runloop退出");
                break;
            case   kCFRunLoopAllActivities:
                NSLog(@"kCFRunLoopAllActivities");
                break;
            default:
                break;
        }
    });

    //给runloop添加监听者
    /*
     第一个参数:要监听哪个runloop
     第二个参数:监听者
     第三个参数:要监听runloop在哪种运行模式下的状态
     */
    CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetCurrent(), observer, kCFRunLoopDefaultMode);
    [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:5.0 target:self selector:@selector(run1) userInfo:nil repeats:YES];
    CFRelease(observer);
    
}
CFRunLoopSource

Source是RunLoop的数据源抽象类,类似IOS中的protocol
RunLoop定义两个Version的Source
  - Source0:处理App内部事件,App自己负责管理(触发),如UIEvent,CFSocket
  - Source1:由RunLoop和内核管理,Mach port驱动 如CFMach、CFMessage

CFRunLoopObserver
  向内部报告RunLoop当前状态的更改。

 CFRunLoopMode
  RunLoop在同一时段只能且必须在一种特定Mode下Run
  更换Mode时, 需要暂停当前的Loop,然后重启新的Loop
  
  - NSDefalutRunLoopMode     默认状态.空闲状态
  - UITrackingRunLoopMode     界面跟踪Mode,用于界面控件(ScrollView,tableView等等)追踪触摸滑动,保证界面滑动时不受其他Mode影响
  - UIInitializationRunLoopMode    私有,App启动时
  - NSRunLoopCommonModes     默认包括上面第一和第二

自动释放池什么时候释放?

通过Observer监听RunLoop的状态
在主线程即将休眠时,释放自动释放池
在主线程即将唤醒时,再次创建自动释放池,并将之前的对象再次放入池中

RunLoop 和定时器

创建一个NSTimer定时器,
# 默认情况下NSTimer是不会执行的,只有把NSTimer添加到RunLoop中,由RunLoop管理执行
  NSTimer * timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:1 target:self selector:@selector(show) userInfo:nil repeats:YES];

// 在当前线程中RunLoop添加一个timer, 并告诉runLoop, 这个timer只能在NSDefaultRunLoopMode模式下才能触发
# runLoop会找到NSDefaultRunLoopMode,然后把timer添加NSDefaultRunLoopMode中的Timer数组中
[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode];

# 利用此方法创建的NSTimer, 系统会自动放入当前线程中的currentRunLoop中,并且只能在NSDefaultRunLoop模式下才能触发
 NSTimer * timer1 = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1.0 target:self selector:@selector(show) userInfo:nil repeats:YES];
//虽然通过类方法scheduledTimerWithTimeInterval创建NSTimer,会自动添加到NSDefaultRunLoopMode模式中
//但我们还是可以修改它的模式
[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];

日常开发中,与 runLoop 接触得最近可能就是通过 NSTimer 了。一个 Timer 一次只能加入到一个 RunLoop 中。我们日常使用的时候,通常就是加入到当前的 runLoop 的 default mode 中,而 ScrollView 在用户滑动时,主线程 RunLoop 会转到 UITrackingRunLoopMode 。而这个时候, Timer 就不会运行。

有如下两种解决方案:

  • 第一种: 设置RunLoop Mode,例如NSTimer,我们指定它运行于 NSRunLoopCommonModes ,这是一个Mode的集合。注册到这个 Mode 下后,无论当前 runLoop 运行哪个 mode ,事件都能得到执行。
  • 第二种: 另一种解决Timer的方法是,我们在另外一个线程执行和处理 Timer 事件,然后在主线程更新UI。
 多线程定时器:
//多线程启动定时器
[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(startTimer) toTarget:self withObject:nil];
- (void)startTimer
{
  _timer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1.0f target:self selector:@selector(timerFire) userInfo:nil repeats:YES];
  [[NSRunLoop currentRunLoop] run];
}
需要刷新UI唤起 handleWithTotalSeconds 方法刷新UI
[self performSelectorOnMainThread:@selector(handleWithTotalSeconds) withObject:nil waitUntilDone:YES];

参考文章:
深入理解RunLoop
RunLoop 官方编程手册翻译
runLoop的终极大杀器
RunLoop探究