【IOS开发高级系列】Runloop专题

1 Runloop机制原理

深入理解RunLoop

http://www.cocoachina.com/ios/20150601/11970.html

1.1 RunLoop的概念

        一般来讲,一个线程一次只能执行一个任务,执行完成后线程就会退出。如果我们需要一个机制,让线程能随时处理事件但并不退出,通常的代码逻辑是这样的:

function loop() {

    initialize();

    do{

        var message = get_next_message();

        process_message(message);

    } while(message != quit);

}

        这种模型通常被称作 Event Loop。 Event Loop 在很多系统和框架里都有实现,比如 Node.js 的事件处理,比如 Windows 程序的消息循环,再比如 OSX/iOS 里的 RunLoop。实现这种模型的关键点在于:如何管理事件/消息,如何让线程在没有处理消息时休眠以避免资源占用、在有消息到来时立刻被唤醒。

        所以,RunLoop 实际上就是一个对象,这个对象管理了其需要处理的事件和消息,并提供了一个入口函数来执行上面 Event Loop 的逻辑。线程执行了这个函数后,就会一直处于这个函数内部 "接受消息->等待->处理" 的循环中,直到这个循环结束(比如传入 quit 的消息),函数返回。

        OSX/iOS 系统中,提供了两个这样的对象:NSRunLoop 和 CFRunLoopRef。

        CFRunLoopRef 是在 CoreFoundation 框架内的,它提供了纯 C 函数的 API,所有这些 API 都是线程安全的。

        NSRunLoop 是基于 CFRunLoopRef 的封装,提供了面向对象的 API,但是这些 API 不是线程安全的。

        CFRunLoopRef 的代码是开源的,你可以在这里 http://opensource.apple.com/tarballs/CF/CF-855.17.tar.gz 下载到整个 CoreFoundation 的源码。为了方便跟踪和查看,你可以新建一个 Xcode 工程,把这堆源码拖进去看。


1.2 RunLoop与线程的关系

        首先,iOS 开发中能遇到两个线程对象: pthread_t 和 NSThread。过去苹果有份文档标明了 NSThread 只是 pthread_t 的封装,但那份文档已经失效了,现在它们也有可能都是直接包装自最底层的 mach thread。苹果并没有提供这两个对象相互转换的接口,但不管怎么样,可以肯定的是 pthread_t 和NSThread 是一一对应的。比如,你可以通过 pthread_main_np() 或 [NSThread mainThread] 来获取主线程;也可以通过 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, value 是 CFRunLoopRef

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。

         ///注意只在子线程中有

         _CFSetTSD(..., thread, loop, __CFFinalizeRunLoop);    

    }

    OSSpinLockUnLock(&loopsLock);

    return loop;

}

CFRunLoopRef CFRunLoopGetMain() {

    return _CFRunLoopGet(pthread_main_thread_np());

}

CFRunLoopRef CFRunLoopGetCurrent() {

    return _CFRunLoopGet(pthread_self());

}

        从上面的代码可以看出,线程和 RunLoop 之间是一一对应的,其映射关系是保存在一个全局的 Dictionary 里。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 的创建是发生在第一次获取时,RunLoop 的销毁是发生在线程结束时。你只能在一个线程的内部获取其 RunLoop(主线程除外)。


1.3 RunLoop对外的接口

        在 CoreFoundation 里面关于 RunLoop 有5个类:

    • CFRunLoopRef

    • CFRunLoopModeRef

    • CFRunLoopSourceRef

    • CFRunLoopTimerRef

    • CFRunLoopObserverRef

        其中 CFRunLoopModeRef 类并没有对外暴露,只是通过 CFRunLoopRef 的接口进行了封装。他们的关系如下:

        一个 RunLoop 包含若干个 Mode,每个 Mode 又包含若干个 Source/ Timer/Observer。每次调用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。

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

    • Source0 只包含了一个回调(函数指针),它并不能主动触发事件。使用时,你需要先调用CFRunLoopSourceSignal(source),将这个 Source 标记为待处理,然后手动调用CFRunLoopWakeUp(runloop) 来唤醒RunLoop,让其处理这个事件。

    • Source1 包含了一个mach_port和一个回调(函数指针),被用于通过内核和其他线程相互发送消息。这种Source能主动唤醒RunLoop的线程,其原理在下面会讲到。

        CFRunLoopTimerRef 是基于时间的触发器,它和NSTimer是toll-free bridged的,可以混用。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Loop

    kCFRunLoopBeforeTimers  = (1UL << 1), // 即将处理 Timer

    kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2), // 即将处理 Source

    kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5), // 即将进入休眠

    kCFRunLoopAfterWaiting  = (1UL << 6), // 刚从休眠中唤醒

    kCFRunLoopExit          = (1UL << 7), // 即将退出Loop

};

        上面的 Source/Timer/Observer 被统称为mode item,一个item可以被同时加入多个mode。但一个item被重复加入同一个mode时是不会有效果的。如果一个mode中一个item都没有,则RunLoop会直接退出,不进入循环。

1.4 RunLoop的Mode

        CFRunLoopMode和CFRunLoop的结构大致如下:

struct __CFRunLoopMode {

    // Mode Name, 例如 @"kCFRunLoopDefaultMode"

    CFStringRef _name;

    CFMutableSetRef _sources0;    // Set

    CFMutableSetRef _sources1;    // Set

    CFMutableArrayRef _observers; // Array

    CFMutableArrayRef _timers;    // Array

...

};

struct __CFRunLoop {

    CFMutableSetRef _commonModes;     // Set

    CFMutableSetRef _commonModeItems; // Set

    CFRunLoopModeRef _currentMode;    // Current Runloop Mode

    CFMutableSetRef _modes;           // Set

    ...

};

        这里有个概念叫"CommonModes":一个 Mode 可以将自己标记为"Common"属性(通过将其ModeName添加到RunLoop的"commonModes"中)。每当RunLoop的内容发生变化时,RunLoop都会自动将 _commonModeItems里的Source/Observer/Timer同步到具有"Common"标记的所有Mode里。

        应用场景举例:主线程的RunLoop里有两个预置的 Mode:kCFRunLoopDefaultMode和UITrackingRunLoopMode。这两个Mode都已经被标记为"Common"属性。DefaultMode是App平时所处的状态,TrackingRunLoopMode是追踪ScrollView滑动时的状态。当你创建一个Timer 并加到DefaultMode时,Timer会得到重复回调,但此时滑动一个TableView时,RunLoop会将mode切换为TrackingRunLoopMode,这时Timer就不会被回调,并且也不会影响到滑动操作。

        有时你需要一个Timer,在两个Mode中都能得到回调,一种办法就是将这个 Timer分别加入这两个Mode。还有一种方式,就是将Timer加入到顶层的 RunLoop的 "commonModeItems" 中。 "commonModeItems" 被RunLoop自动更新到所有具有"Common"属性的Mode里去。

        CFRunLoop对外暴露的管理Mode接口只有下面2个:

CFRunLoopAddCommonMode(CFRunLoopRef runloop, CFStringRef modeName);

CFRunLoopRunInMode(CFStringRef modeName, ...);

        Mode暴露的管理mode item的接口有下面几个:

CFRunLoopAddSource(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopSourceRef source, CFStringRef modeName);

CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopObserverRef observer, CFStringRef modeName);

CFRunLoopAddTimer(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopTimerRef timer, CFStringRef mode);

CFRunLoopRemoveSource(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopSourceRef source, CFStringRef modeName);

CFRunLoopRemoveObserver(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopObserverRef observer, CFStringRef modeName);

CFRunLoopRemoveTimer(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopTimerRef timer, CFStringRef mode);

        你只能通过mode name来操作内部的mode,当你传入一个新的mode name但RunLoop内部没有对应mode时,RunLoop会自动帮你创建对应的 CFRunLoopModeRef。对于一个RunLoop来说,其内部的mode只能增加不能删除。

        苹果公开提供的 Mode 有两个:kCFRunLoopDefaultMode (NSDefaultRunLoopMode) 和 UITrackingRunLoopMode,你可以用这两个 Mode Name 来操作其对应的 Mode。

        同时苹果还提供了一个操作 Common 标记的字符串:kCFRunLoopCommonModes (NSRunLoopCommonModes),你可以用这个字符串来操作 Common Items,或标记一个 Mode 为 "Common"。使用时注意区分这个字符串和其他 mode name。

1.5 RunLoop的内部逻辑(再细读一遍)

    根据苹果在文档里的说明,RunLoop 内部的逻辑大致如下:

        其内部代码整理如下 (太长了不想看可以直接跳过去,后面会有说明):

/// 用DefaultMode启动

void CFRunLoopRun(void) {

    CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopGetCurrent(), kCFRunLoopDefaultMode, 1.0e10, false);

}

/// 用指定的Mode启动,允许设置RunLoop超时时间

int CFRunLoopRunInMode(CFStringRef modeName, CFTimeInterval seconds, Boolean stopAfterHandle) {

    return CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopGetCurrent(), modeName, seconds, returnAfterSourceHandled);

}

/// RunLoop的实现

int CFRunLoopRunSpecific(runloop, modeName, seconds, stopAfterHandle) {

    /// 首先根据modeName找到对应mode

    CFRunLoopModeRef currentMode = __CFRunLoopFindMode(runloop, modeName, false);

    /// 如果mode里没有source/timer/observer, 直接返回。

    if (__CFRunLoopModeIsEmpty(currentMode)) return;

    /// 1. 通知 Observers: RunLoop 即将进入 loop。

__CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopEntry);

    /// 内部函数,进入loop

__CFRunLoopRun(runloop, currentMode, seconds, returnAfterSourceHandled) {

Boolean sourceHandledThisLoop = NO;

int retVal = 0;

        do{

            ///2.通知Observers:RunLoop即将触发Timer回调。

            __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeTimers);

            ///3.通知Observers:RunLoop即将触发Source0(非port)回调。

            __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeSources);

            ///执行被加入的block

            __CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode);

            ///4.RunLoop触发Source0(非port)回调。

            sourceHandledThisLoop = __CFRunLoopDoSources0(runloop, currentMode, stopAfterHandle);

            /// 执行被加入的block

            __CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode);

            /// 5. 如果有 Source1 (基于port) 处于 ready 状态,直接处理这个 Source1 然后跳转去处理消息。

            if(__Source0DidDispatchPortLastTime) {

                Boolean hasMsg = __CFRunLoopServiceMachPort(dispatchPort, &msg)

                if (hasMsg) goto handle_msg;

            }

            /// 通知 Observers: RunLoop 的线程即将进入休眠(sleep)。

            if(!sourceHandledThisLoop) {

                __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeWaiting);

            }

            /// 7. 调用 mach_msg 等待接受 mach_port 的消息。线程将进入休眠, 直到被下面某一个事件唤醒。

            /// 一个基于 port 的Source 的事件。

            /// 一个 Timer 到时间了

            /// RunLoop 自身的超时时间到了

            /// 被其他什么调用者手动唤醒

            __CFRunLoopServiceMachPort(waitSet, &msg, sizeof(msg_buffer), &livePort) {

                mach_msg(msg, MACH_RCV_MSG, port); // thread wait for receive msg

            }

            /// 8. 通知 Observers: RunLoop 的线程刚刚被唤醒了。

            __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopAfterWaiting);

            /// 收到消息,处理消息。

            handle_msg:

            /// 9.1 如果一个 Timer 到时间了,触发这个Timer的回调。

            if (msg_is_timer) {

                __CFRunLoopDoTimers(runloop, currentMode, mach_absolute_time())

            }

            /// 9.2 如果有dispatch到main_queue的block,执行block。

            else if (msg_is_dispatch) {

                __CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__(msg);

            }

            /// 9.3 如果一个 Source1 (基于port) 发出事件了,处理这个事件

            else{

                CFRunLoopSourceRef source1 = __CFRunLoopModeFindSourceForMachPort(runloop, currentMode, livePort);

                sourceHandledThisLoop =__CFRunLoopDoSource1(runloop, currentMode, source1, msg);

                if (sourceHandledThisLoop) {

                    mach_msg(reply, MACH_SEND_MSG, reply);

                }

            }

            /// 执行加入到Loop的block

            __CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode);

            if(sourceHandledThisLoop && stopAfterHandle) {

                /// 进入loop时参数说处理完事件就返回。

                retVal = kCFRunLoopRunHandledSource;

            } else if (timeout) {

                /// 超出传入参数标记的超时时间了

                retVal = kCFRunLoopRunTimedOut;

            } else if (__CFRunLoopIsStopped(runloop)) {

                /// 被外部调用者强制停止了

                retVal = kCFRunLoopRunStopped;

            } else if (__CFRunLoopModeIsEmpty(runloop, currentMode)) {

                /// source/timer/observer一个都没有了

                retVal = kCFRunLoopRunFinished;

            }

            /// 如果没超时,mode里没空,loop也没被停止,那继续loop。

        } while (retVal == 0);

    }

    /// 10. 通知 Observers: RunLoop 即将退出。

    __CFRunLoopDoObservers(rl, currentMode, kCFRunLoopExit);

}

        可以看到,实际上 RunLoop 就是这样一个函数,其内部是一个 do-while 循环。当你调用 CFRunLoopRun() 时,线程就会一直停留在这个循环里;直到超时或被手动停止,该函数才会返回。

1.6 RunLoop的底层实现(再细读一遍)

        从上面代码可以看到,RunLoop 的核心是基于 mach port 的,其进入休眠时调用的函数是 mach_msg()。为了解释这个逻辑,下面稍微介绍一下 OSX/iOS 的系统架构。

        苹果官方将整个系统大致划分为上述4个层次:

    • 应用层包括用户能接触到的图形应用,例如 Spotlight、Aqua、SpringBoard 等。

    • 应用框架层即开发人员接触到的 Cocoa 等框架。

    • 核心框架层包括各种核心框架、OpenGL 等内容。

    • Darwin 即操作系统的核心,包括系统内核、驱动、Shell 等内容,这一层是开源的,其所有源码都可以在 opensource.apple.com 里找到。

        我们在深入看一下 Darwin 这个核心的架构:

        其中,在硬件层上面的三个组成部分:Mach、BSD、IOKit (还包括一些上面没标注的内容),共同组成了 XNU 内核。

        XNU 内核的内环被称作 Mach,其作为一个微内核,仅提供了诸如处理器调度、IPC (进程间通信)等非常少量的基础服务。

        BSD 层可以看作围绕 Mach 层的一个外环,其提供了诸如进程管理、文件系统和网络等功能。

        IOKit 层是为设备驱动提供了一个面向对象(C++)的一个框架。

        Mach 本身提供的 API 非常有限,而且苹果也不鼓励使用 Mach 的 API,但是这些API非常基础,如果没有这些API的话,其他任何工作都无法实施。在 Mach 中,所有的东西都是通过自己的对象实现的,进程、线程和虚拟内存都被称为"对象"。和其他架构不同, Mach 的对象间不能直接调用,只能通过消息传递的方式实现对象间的通信。"消息"是 Mach 中最基础的概念,消息在两个端口 (port) 之间传递,这就是 Mach 的 IPC (进程间通信) 的核心。

        Mach 的消息定义是在头文件的,很简单:

typedef struct {

    mach_msg_header_t header;

    mach_msg_body_t body;

} mach_msg_base_t;

typedef struct {

    mach_msg_bits_t msgh_bits;

    mach_msg_size_t msgh_size;

    mach_port_t msgh_remote_port;

    mach_port_t msgh_local_port;

    mach_port_name_t msgh_voucher_port;

    mach_msg_id_t msgh_id;

} mach_msg_header_t;

        一条 Mach 消息实际上就是一个二进制数据包 (BLOB),其头部定义了当前端口 local_port 和目标端口 remote_port,发送和接受消息是通过同一个 API 进行的,其 option 标记了消息传递的方向:

mach_msg_return_t mach_msg(

    mach_msg_header_t *msg,

    mach_msg_option_t option,

    mach_msg_size_t send_size,

    mach_msg_size_t rcv_size,

    mach_port_name_t rcv_name,

    mach_msg_timeout_t timeout,

    mach_port_name_t notify);

        为了实现消息的发送和接收,mach_msg() 函数实际上是调用了一个 Mach 陷阱 (trap),即函数mach_msg_trap(),陷阱这个概念在 Mach 中等同于系统调用。当你在用户态调用 mach_msg_trap() 时会触发陷阱机制,切换到内核态;内核态中内核实现的 mach_msg() 函数会完成实际的工作,如下图:

        这些概念可以参考维基百科: System_callTrap_(computing)

        RunLoop 的核心就是一个 mach_msg() (见上面代码的第7步),RunLoop 调用这个函数去接收消息,如果没有别人发送 port 消息过来,内核会将线程置于等待状态。例如你在模拟器里跑起一个 iOS 的 App,然后在 App 静止时点击暂停,你会看到主线程调用栈是停留在 mach_msg_trap() 这个地方。

        关于具体的如何利用 mach port 发送信息,可以看看 NSHipster 这一篇文章,或者这里的中文翻译 。

        关于Mach的历史可以看看这篇很有趣的文章:Mac OS X 背后的故事(三)Mach 之父 Avie Tevanian。

1.7 苹果用RunLoop实现的功能(再细读一遍)

        首先我们可以看一下 App 启动后 RunLoop 的状态:

CFRunLoop {

    current mode = kCFRunLoopDefaultMode

    common modes = {

        UITrackingRunLoopMode

        kCFRunLoopDefaultMode

    }

    common mode items = {

        // source0 (manual)

        CFRunLoopSource {order =-1, {callout = _UIApplicationHandleEventQueue}}

        CFRunLoopSource {order =-1, {callout = PurpleEventSignalCallback }}

        CFRunLoopSource {order = 0, {callout = FBSSerialQueueRunLoopSourceHandler}}

        // source1 (mach port)

        CFRunLoopSource {order = 0,  {port = 17923}}

        CFRunLoopSource {order = 0,  {port = 12039}}

        CFRunLoopSource {order = 0,  {port = 16647}}

        CFRunLoopSource {order =-1, {callout = PurpleEventCallback}}

        CFRunLoopSource {order = 0, {port = 2407, callout = _ZL20notify_port_callbackP12__CFMachPortPvlS1_}}

        CFRunLoopSource {order = 0, {port = 1c03, callout = __IOHIDEventSystemClientAvailabilityCallback}}

        CFRunLoopSource {order = 0, {port = 1b03, callout = __IOHIDEventSystemClientQueueCallback}}

        CFRunLoopSource {order = 1, {port = 1903, callout = __IOMIGMachPortPortCallback}}

        // Ovserver

        CFRunLoopObserver {order = -2147483647, activities = 0x1, // Entry

            callout = _wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler}

        CFRunLoopObserver {order = 0, activities = 0x20,          // BeforeWaiting

            callout = _UIGestureRecognizerUpdateObserver}

        CFRunLoopObserver {order = 1999000, activities = 0xa0,    // BeforeWaiting | Exit

            callout = _afterCACommitHandler}

        CFRunLoopObserver {order = 2000000, activities = 0xa0,    // BeforeWaiting | Exit

            callout = _ZN2CA11Transaction17observer_callbackEP19__CFRunLoopObservermPv}

        CFRunLoopObserver {order = 2147483647, activities = 0xa0, // BeforeWaiting | Exit

            callout = _wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler}

        // Timer

    CFRunLoopTimer {firing = No, interval = 3.1536e+09, tolerance = 0,

        next fire date = 453098071 (-4421.76019 @ 96223387169499),

        callout = _ZN2CAL14timer_callbackEP16__CFRunLoopTimerPv (QuartzCore.framework)}

    },

    modes ={

        CFRunLoopMode  {

            sources0 =  { /* same as 'common mode items' */},

            sources1 =  { /* same as 'common mode items' */},

            observers = { /* same as 'common mode items' */},

            timers =    { /* same as 'common mode items' */},

        },

        CFRunLoopMode  {

            sources0 =  { /* same as 'common mode items' */},

            sources1 =  { /* same as 'common mode items' */},

            observers = { /* same as 'common mode items' */},

            timers =    { /* same as 'common mode items' */},

        },

        CFRunLoopMode  {

            sources0 = {

                CFRunLoopSource {order = 0, {callout = FBSSerialQueueRunLoopSourceHandler}}

            },

            sources1 = (null),

            observers = {

                CFRunLoopObserver >{

                     activities = 0xa0, order = 2000000,

                    callout = _ZN2CA11Transaction17observer_callbackEP19__CFRunLoopObservermPv

                 }

            )},

            timers = (null),

        },

        CFRunLoopMode  {

            sources0 = {

                CFRunLoopSource {order = -1, {callout = PurpleEventSignalCallback}}

            },

            sources1 = {CFRunLoopSource {order = -1, {callout = PurpleEventCallback}}},

            observers = (null),

            timers = (null),

        },

        CFRunLoopMode  {

            sources0 = (null),

            sources1 = (null),

            observers = (null),

            timers = (null),

        }

    }

}

        可以看到,系统默认注册了5个Mode:

    1. kCFRunLoopDefaultMode: App的默认Mode,通常主线程是在这个Mode下运行的。

    2. 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。

    3. UIInitializationRunLoopMode: 在刚启动App时进入的第一个Mode,启动完成后就不再使用。

    4: GSEventReceiveRunLoopMode: 接受系统事件的内部Mode,通常用不到。

    5: kCFRunLoopCommonModes: 这是一个占位的Mode,没有实际作用。

        你可以在这里看到更多的苹果内部的 Mode,但那些 Mode 在开发中就很难遇到了。

        当RunLoop进行回调时,一般都是通过一个很长的函数调用出去 (call out), 当你在你的代码中下断点调试时,通常能在调用栈上看到这些函数。下面是这几个函数的整理版本,如果你在调用栈中看到这些长函数名,在这里查找一下就能定位到具体的调用地点了:

{

    /// 1. 通知Observers,即将进入RunLoop

    /// 此处有Observer会创建AutoreleasePool: _objc_autoreleasePoolPush();

    __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopEntry);

    do {

        /// 2. 通知 Observers: 即将触发 Timer 回调。

        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopBeforeTimers);

        /// 3. 通知 Observers: 即将触发 Source (非基于port的,Source0) 回调。

        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopBeforeSources);

        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_BLOCK__(block);

        /// 4. 触发 Source0 (非基于port的) 回调。

        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE0_PERFORM_FUNCTION__(source0);    

        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_BLOCK__(block);

        /// 6. 通知Observers,即将进入休眠

        /// 此处有Observer释放并新建AutoreleasePool: _objc_autoreleasePoolPop();  _objc_autoreleasePoolPush();

        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopBeforeWaiting);

        /// 7. sleep to wait msg.

        mach_msg() -> mach_msg_trap();

        /// 8. 通知Observers,线程被唤醒

        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopAfterWaiting);

        /// 9. 如果是被Timer唤醒的,回调Timer

        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_TIMER_CALLBACK_FUNCTION__(timer);

        /// 9. 如果是被dispatch唤醒的,执行所有调用 dispatch_async 等方法放入main queue 的 block

        __CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__(dispatched_block);

        /// 9. 如果如果Runloop是被 Source1 (基于port的) 的事件唤醒了,处理这个事件

        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE1_PERFORM_FUNCTION__(source1);

    } while(...);

    /// 10. 通知Observers,即将退出RunLoop

    /// 此处有Observer释放AutoreleasePool: _objc_autoreleasePoolPop();

    __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopExit);

}


1.8 直线型线程与圆形线程

        有些线程执行的任务是一条直线,起点到终点;而另一些线程要干的活则是一个圆,不断循环,直到通过某种方式将它终止。

       这两类线程能很好的区别Web开发与客户端开发,Web开发中,每次响应都是直线线程,执行完后即释放资源,结束了;而客户端开发中,每次事件响应其实都是产生一个圆,执行操作虽然完成了,但是重要资源与上下文状态都存储在后台。

       对应Web开发的进一步理解:Web开发中,中间件层其实也是操作系统服务级别的,即它也是一个runloop;而对于中间件层里面的站点,则是直线处理型线程,从接收到请求到响应请求结束,执行完后此线程即结束了。

       每个线程,包括程序的主线程(main thread)都有与之相应的run loop对象。

        主线程的runloop默认是启动的。iOS的应用程序里面,程序启动后会有一个如下的main()函数:

int main(int argc, char* argv[])

{

    @autoreleasepool{

        return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([appDelegate class]));

    }

}

        重点是UIApplicationMain()函数,这个方法会为main thread设置一个NSRunLoop对象。

        对其它线程来说,run loop默认是没有启动的,如果你需要更多的线程交互则可以手动配置和启动,如果线程只是去执行一个长时间的已确定的任务则不需要。


2 线程与run loop

2.1 线程任务的类型

        再来说说线程。有些线程执行的任务是一条直线,起点到终点;而另一些线程要干的活则是一个圆,不断循环,直到通过某种方式将它终止。直线线程如简单的Hello World,运行打印完,它的生命周期便结束了,像昙花一现那样;圆类型的如操作系统,一直运行直到你关机。在IOS中,圆型的线程就是通过run loop不停的循环实现的。

2.2 线程与run loop的关系

        Run loop,正如其名,loop表示某种循环,和run放在一起就表示一直在运行着的循环。实际上,run loop和线程是紧密相连的,可以这样说run loop是为了线程而生,没有线程,它就没有存在的必要。Run loops是线程的基础架构部分,Cocoa和CoreFundation都提供了run loop对象方便配置和管理线程的run loop(以下都已Cocoa为例)。每个线程,包括程序的主线程(main thread)都有与之相应的run loop对象。

2.2.1 主线程的Runloop

        主线程的run loop默认是启动的。iOS的应用程序里面,程序启动后会有一个如下的main()函数:

int main(int argc,char*argv[])

{

     @autoreleasepool{

        return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([appDelegate class]));

    }

}

        重点是UIApplicationMain()函数,这个方法会为main thread设置一个NSRunLoop对象,这就解释了本文开始说的为什么我们的应用可以在无人操作的时候休息,需要让它干活的时候又能立马响应。

2.2.2 其他线程的Runloop

        对其它线程来说,run loop默认是没有启动的,如果你需要更多的线程交互则可以手动配置和启动,如果线程只是去执行一个长时间的已确定的任务则不需要。

2.2.3 当前线程的Runloop获取

        在任何一个Cocoa程序的线程中,都可以通过:

NSRunLoop   *runloop = [NSRunLoop currentRunLoop];

来获取到当前线程的run loop。

2.3 关于run loop的几点说明

2.3.1 Cocoa中的NSRunLoop类并不是线程安全的

        我们不能在一个线程中去操作另外一个线程的run loop对象,那很可能会造成意想不到的后果。不过幸运的是CoreFundation中的不透明类CFRunLoopRef是线程安全的,而且两种类型的run loop完全可以混合使用。Cocoa中的NSRunLoop类可以通过实例方法:

- (CFRunLoopRef)getCFRunLoop;

        获取对应的CFRunLoopRef类,来达到线程安全的目的。

2.3.2 Runloop的管理并不完全是自动的。

        我们仍必须设计线程代码以在适当的时候启动run loop并正确响应输入事件,当然前提是线程中需要用到run loop。而且,我们还需要使用while/for语句来驱动run loop能够循环运行,下面的代码就成功驱动了一个run loop:

BOOL isRunning = NO;

do{

    isRunning = [[NSRunLoop currentRunLoop] runMode: NSDefaultRunLoopMode beforeDate:[NSDate distantFuture]];

} while(isRunning);

2.3.3 Runloop与autorelease的关系

        Run loop同时也负责autorelease pool的创建和释放。

        在使用手动的内存管理方式的项目中,会经常用到很多自动释放的对象,如果这些对象不能够被即时释放掉,会造成内存占用量急剧增大。Run loop就为我们做了这样的工作,每当一个运行循环启动时,系统会自动创建一个autoreleasepool,用于挂载在此Runloop执行期间生成的autorelease对象,而在Runloop结束的时候,它都会释放此autorelease pool,同时pool中的所有autorelease类型变量都会被释放掉。

2.4 Run loop的优点

        一个run loop就是一个事件处理循环,用来不停的监听和处理输入事件并将其分配到对应的目标上进行处理。如果仅仅是想实现这个功能,你可能会想一个简单的while循环不就可以实现了吗,用得着费老大劲来做个那么复杂的机制?显然,苹果的架构设计师不是吃干饭的,你想到的他们早就想过了。

        首先,NSRunLoop是一种更加高明的消息处理模式,他就高明在对消息处理过程进行了更好的抽象和封装,这样才能使你不用处理一些很琐碎很低层次的具体消息的处理,在NSRunLoop中每一个消息就被打包在input source或者是timer source(见后文)中了。

        其次,也是很重要的一点,使用run loop可以使你的线程在有工作的时候工作,没有工作的时候休眠,这可以大大节省系统资源。

3 Runloop相关知识点

        Run loop接收输入事件来自两种不同的来源:输入源(input source)和定时源(timer source)。两种源都使用程序的某一特定的处理例程来处理到达的事件。图-1显示了run loop的概念结构以及各种源。

3.1 输入事件来源

        需要说明的是,当你创建输入源,你需要将其分配给run loop中的一个或多个模式(什么是模式,下文将会讲到)。模式只会在特定事件影响监听的源。大多数情况下,run loop运行在默认模式下,但是你也可以使其运行在自定义模式。若某一源在当前模式下不被监听,那么任何其生成的消息只在run loop运行在其关联的模式下才会被传递。

图-1  Runloop的结构和输入源类型

3.1.1 输入源(input source)

        传递异步事件,通常消息来自于其他线程或程序。输入源传递异步消息给相应的处理例程,并调用runUntilDate:方法来退出(在线程里面相关的NSRunLoop对象调用)。

3.1.1.1 基于端口的输入源

        基于端口的输入源由内核自动发送。

        Cocoa和Core Foundation内置支持使用端口相关的对象和函数来创建的基于端口的源。例如,在Cocoa里面你从来不需要直接创建输入源。你只要简单的创建端口对象,并使用NSPort的方法把该端口添加到runloop。端口对象会自己处理创建和配置输入源。

        在Core Foundation,你必须人工创建端口和它的run loop源。我们可以使用端口相关的函数(CFMachPortRef,CFMessagePortRef,CFSocketRef)来创建合适的对象。下面的例子展示了如何创建一个基于端口的输入源,将其添加到run loop并启动:

void createPortSource()

{

    CFMessagePortRef port = CFMessagePortCreateLocal(kCFAllocatorDefault, CFSTR("com.someport"), myCallbackFunc, NULL, NULL);

   CFRunLoopSourceRef source = CFMessagePortCreateRunLoopSource (kCFAllocatorDefault, port, 0);

   CFRunLoopAddSource(CFRunLoopGetCurrent(), source, kCFRunLoopCommonModes);

   while (pageStillLoading) {

        NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];

        CFRunLoopRun();

        [pool release];

    }

   CFRunLoopRemoveSource(CFRunLoopGetCurrent(), source, kCFRunLoopDefaultMode);

   CFRelease(source);

}

3.1.1.2 自定义输入源

        自定义的输入源需要人工从其他线程发送。

        为了创建自定义输入源,必须使用Core Foundation里面的CFRunLoopSourceRef类型相关的函数来创建。你可以使用回调函数来配置自定义输入源。Core Fundation会在配置源的不同地方调用回调函数,处理输入事件,在源从run loop移除的时候清理它。

        除了定义在事件到达时自定义输入源的行为,你也必须定义消息传递机制。源的这部分运行在单独的线程里面,并负责在数据等待处理的时候传递数据给源并通知它处理数据。消息传递机制的定义取决于你,但最好不要过于复杂。创建并启动自定义输入源的示例如下:

void createCustomSource()

{

   CFRunLoopSourceContext context = {0, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL};

   CFRunLoopSourceRef source =CFRunLoopSourceCreate(kCFAllocatorDefault, 0, &context);

   CFRunLoopAddSource(CFRunLoopGetCurrent(), source, kCFRunLoopDefaultMode);

   while (pageStillLoading) {

       NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePoolalloc] init];

       CFRunLoopRun();

        [pool release];

    }

   CFRunLoopRemoveSource(CFRunLoopGetCurrent(), source, kCFRunLoopDefaultMode);

   CFRelease(source);

}

3.1.1.3 Cocoa上的Selector源

        除了基于端口的源,Cocoa定义了自定义输入源,允许你在任何线程执行selector方法。和基于端口的源一样,执行selector请求会在目标线程上序列化,减缓许多在线程上允许多个方法容易引起的同步问题。不像基于端口的源,一个selector执行完后会自动从run loop里面移除。

        当在其他线程上面执行selector时,目标线程须有一个活动的run loop。对于你创建的线程,这意味着线程在你显式的启动run loop之前是不会执行selector方法的,而是一直处于休眠状态。

        NSObject类提供了类似如下的selector方法:

- (void) performSelectorOnMainThread: (SEL)aSelector withObject: (id)argwaitUntilDone: (BOOL)wait modes: (NSArray*)array;

3.1.2 定时源(timer source)

        定时源在预设的时间点同步方式传递消息,这些消息都会发生在特定时间或者重复的时间间隔。定时源则直接传递消息给处理例程,不会立即退出run loop。

        需要注意的是,尽管定时器可以产生基于时间的通知,但它并不是实时机制。和输入源一样,定时器也和你的run loop的特定模式相关。如果定时器所在的模式当前未被run loop监视,那么定时器将不会开始直到run loop运行在相应的模式下。类似的,如果定时器在run loop处理某一事件期间开始,定时器会一直等待直到下次run loop开始相应的处理程序。如果run loop不再运行,那定时器也将永远不启动。

        创建定时器源有两种方法,方法一:

NSTimer *timer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval: 4.0 target: self selector: @selector(backgroundThreadFire:) userInfo: nil repeats:YES];

[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer: timer forMode: NSDefaultRunLoopMode];

方法二:

[NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:10 target: self selector: @selector(backgroundThreadFire:) userInfo: nil repeats: YES];

3.2 RunLoop观察者

        源是在合适的同步或异步事件发生时触发,而run loop观察者则是在run loop本身运行的特定时候触发。你可以使用run loop观察者来为处理某一特定事件或是进入休眠的线程做准备。你可以将run loop观察者和以下事件关联:

    1. Runloop入口

    2.  Runloop何时处理一个定时器

    3. Runloop何时处理一个输入源

    4. Runloop何时进入睡眠状态

    5. Runloop何时被唤醒,但在唤醒之前要处理的事件

    6. Runloop终止

        和定时器类似,在创建的时候你可以指定run loop观察者可以只用一次或循环使用。若只用一次,那么在它启动后,会把它自己从run loop里面移除,而循环的观察者则不会。定义观察者并把它添加到run loop,只能使用Core Fundation。下面的例子演示了如何创建run loop的观察者:

- (void) addObserverToCurrentRunloop

{

   // The application uses garbage collection, so no autorelease pool is needed.

    NSRunLoop*myRunLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];

   // Create a run loop observer and attach it to the runloop.

   CFRunLoopObserverContext  context = {0, self, NULL, NULL, NULL};

   CFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreate(kCFAllocatorDefault, kCFRunLoopBeforeTimers, YES, 0, &myRunLoopObserver, &context);

   if (observer) {

       CFRunLoopRef cfLoop = [myRunLoop getCFRunLoop];

        CFRunLoopAddObserver(cfLoop, observer, kCFRunLoopDefaultMode);

    }

}

        其中,kCFRunLoopBeforeTimers表示选择监听定时器触发前处理事件,后面的YES表示循环监听。

3.3 RunLoop的事件队列

        每次运行run loop,你线程的run loop对会自动处理之前未处理的消息,并通知相关的观察者。具体的顺序如下:

    1. 通知观察者run loop已经启动

    2. 通知观察者任何即将要开始的定时器

    3. 通知观察者任何即将启动的非基于端口的源

    4. 启动任何准备好的非基于端口的源

    5. 如果基于端口的源准备好并处于等待状态,立即启动;并进入步骤9。

    6. 通知观察者线程进入休眠

    7. 将线程置于休眠直到任一下面的事件发生:

        · 某一事件到达基于端口的源

        · 定时器启动

        · Run loop设置的时间已经超时

        · run loop被显式唤醒

    8. 通知观察者线程将被唤醒。

    9. 处理未处理的事件

        · 如果用户定义的定时器启动,处理定时器事件并重启run loop。进入步骤2

        · 如果输入源启动,传递相应的消息

        · 如果run loop被显式唤醒而且时间还没超时,重启run loop。进入步骤2

    10. 通知观察者run loop结束。

        因为定时器和输入源的观察者是在相应的事件发生之前传递消息,所以通知的时间和实际事件发生的时间之间可能存在误差。如果需要精确时间控制,你可以使用休眠和唤醒通知来帮助你校对实际发生事件的时间。

        因为当你运行run loop时定时器和其它周期性事件经常需要被传递,撤销run loop也会终止消息传递。典型的例子就是鼠标路径追踪。因为你的代码直接获取到消息而不是经由程序传递,因此活跃的定时器不会开始直到鼠标追踪结束并将控制权交给程序。

        Run loop可以由run loop对象显式唤醒。其它消息也可以唤醒run loop。例如,添加新的非基于端口的源会唤醒run loop从而可以立即处理输入源而不需要等待其他事件发生后再处理。

        从这个事件队列中可以看出:

    ①如果是事件到达,消息会被传递给相应的处理程序来处理, runloop处理完当次事件后,run loop会退出,而不管之前预定的时间到了没有。你可以重新启动run loop来等待下一事件。

    ②如果线程中有需要处理的源,但是响应的事件没有到来的时候,线程就会休眠等待相应事件的发生。这就是为什么run loop可以做到让线程有工作的时候忙于工作,而没工作的时候处于休眠状态。

3.4 什么时候使用run loop

        仅当在为你的程序创建辅助线程的时候,你才需要显式运行一个run loop。Run loop是程序主线程基础设施的关键部分。所以,Cocoa和Carbon程序提供了代码运行主程序的循环并自动启动run loop。IOS程序中UIApplication的run方法(或Mac OS X中的NSApplication)作为程序启动步骤的一部分,它在程序正常启动的时候就会启动程序的主循环。类似的,RunApplicationEventLoop函数为Carbon程序启动主循环。如果你使用xcode提供的模板创建你的程序,那你永远不需要自己去显式的调用这些例程。

        对于辅助线程,你需要判断一个run loop是否是必须的。如果是必须的,那么你要自己配置并启动它。你不需要在任何情况下都去启动一个线程的run loop。比如,你使用线程来处理一个预先定义的长时间运行的任务时,你应该避免启动run loop。Run loop在你要和线程有更多的交互时才需要,比如以下情况:

    1. 使用端口或自定义输入源来和其他线程通信

    2. 使用线程的定时器

    3. Cocoa中使用任何performSelector…的方法

    4. 使线程周期性工作

        如果你决定在程序中使用run loop,那么它的配置和启动都很简单。和所有线程编程一样,你需要计划好在辅助线程退出线程的情形。让线程自然退出往往比强制关闭它更好。

4 基于Runloop实现的上层功能

4.1 AutoreleasePool

        App启动后,苹果在主线程 RunLoop 里注册了两个 Observer,其回调都是_wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler()。

        第一个 Observer 监视的事件是Entry(即将进入Loop),其回调内会调用 _objc_autoreleasePoolPush() 创建自动释放池。其 order 是-2147483647,优先级最高,保证创建释放池发生在其他所有回调之前。

        第二个 Observer 监视了两个事件: BeforeWaiting(准备进入休眠) 时调用_objc_autoreleasePoolPop() 和 _objc_autoreleasePoolPush() 释放旧的池并创建新池;Exit(即将退出Loop)时调用 _objc_autoreleasePoolPop() 来释放自动释放池。这个 Observer 的 order 是 2147483647,优先级最低,保证其释放只发生在其他所有回调之后。

        在主线程执行的代码,通常是写在诸如事件回调、Timer回调内的。这些回调会被 RunLoop 创建好的 AutoreleasePool 环绕着,所以不会出现内存泄漏,开发者也不必显示创建 Pool 了。

4.2 事件响应(Good)

        苹果注册了一个 Source1 (基于 mach port 的) 用来接收系统事件,其回调函数为__IOHIDEventSystemClientQueueCallback()。

        当一个硬件事件(触摸/锁屏/摇晃等)发生后,首先由 IOKit.framework 生成一个 IOHIDEvent 事件并由SpringBoard 接收。这个过程的详细情况可以参考这里。SpringBoard只接收按键(锁屏/静音等),触摸,加速,接近传感器等几种 Event,随后用mach port 转发给需要的App进程。随后苹果注册的那个 Source1 就会触发回调,并调用 _UIApplicationHandleEventQueue() 进行应用内部的分发。

        _UIApplicationHandleEventQueue()会把 IOHIDEvent 处理并包装成 UIEvent 进行处理或分发,其中包括识别 UIGesture/处理屏幕旋转/发送给 UIWindow 等。通常事件比如UIButton点击、touchesBegin/Move/End/Cancel 事件都是在这个回调中完成的。

4.3 手势识别

        当上面的 _UIApplicationHandleEventQueue() 识别了一个手势时,其首先会调用 Cancel 将当前的 touchesBegin/Move/End 系列回调打断。随后系统将对应的 UIGestureRecognizer 标记为待处理。苹果注册了一个 Observer 监测 BeforeWaiting (Loop即将进入休眠) 事件,这个Observer的回调函数是 _UIGestureRecognizerUpdateObserver(),其内部会获取所有刚被标记为待处理的 GestureRecognizer,并执行GestureRecognizer的回调。

        当有 UIGestureRecognizer 的变化(创建/销毁/状态改变)时,这个回调都会进行相应处理。

4.4 界面更新

        当在操作 UI 时,比如改变了 Frame、更新了 UIView/CALayer 的层次时,或者手动调用了UIView/CALayer的setNeedsLayout/setNeedsDisplay方法后,这个UIView/CALayer就被标记为待处理,并被提交到一个全局的容器去。

        苹果注册了一个Observer监听BeforeWaiting(即将进入休眠)和Exit (即将退出Loop)事件,回调去执行一个很长的函数:

    _ZN2CA11Transaction17observer_callbackEP19__CFRunLoopObservermPv()。这个函数里会遍历所有待处理的 UIView/CAlayer 以执行实际的绘制和调整,并更新 UI 界面。

        这个函数内部的调用栈大概是这样的:

_ZN2CA11Transaction17observer_callbackEP19__CFRunLoopObservermPv()

  QuartzCore:CA::Transaction::observer_callback:

    CA::Transaction::commit();

      CA::Context::commit_transaction();

        CA::Layer::layout_and_display_if_needed();

          CA::Layer::layout_if_needed();

            [CALayer layoutSublayers];

            [UIView layoutSubviews];

          CA::Layer::display_if_needed();

            [CALayer display];

              [UIView drawRect];

4.5 定时器

        NSTimer其实就是CFRunLoopTimerRef,他们之间是 toll-free bridged 的。一个 NSTimer 注册到 RunLoop 后,RunLoop 会为其重复的时间点注册好事件。例如 10:00, 10:10, 10:20 这几个时间点。RunLoop为了节省资源,并不会在非常准确的时间点回调这个Timer。Timer有个属性叫做 Tolerance (宽容度),标示了当时间点到后,容许有多少最大误差。

        如果某个时间点被错过了,例如执行了一个很长的任务,则那个时间点的回调也会跳过去,不会延后执行。就比如等公交,如果 10:10 时我忙着玩手机错过了那个点的公交,那我只能等 10:20 这一趟了。

        CADisplayLink 是一个和屏幕刷新率一致的定时器(但实际实现原理更复杂,和 NSTimer 并不一样,其内部实际是操作了一个 Source)。如果在两次屏幕刷新之间执行了一个长任务,那其中就会有一帧被跳过去(和 NSTimer 相似),造成界面卡顿的感觉。在快速滑动TableView时,即使一帧的卡顿也会让用户有所察觉。Facebook 开源的 AsyncDisplayLink 就是为了解决界面卡顿的问题,其内部也用到了 RunLoop,这个稍后我会再单独写一页博客来分析。

4.6 PerformSelecter

        当调用 NSObject 的 performSelecter:afterDelay: 后,实际上其内部会创建一个 Timer 并添加到当前线程的 RunLoop 中。所以如果当前线程没有 RunLoop,则这个方法会失效。

        当调用 performSelector:onThread: 时,实际上其会创建一个 Timer 加到对应的线程去,同样的,如果对应线程没有 RunLoop 该方法也会失效。

4.7 关于GCD

        实际上 RunLoop 底层也会用到GCD的东西,比如RunLoop是用 dispatch_source_t 实现的Timer。但同时GCD提供的某些接口也用到了 RunLoop,例如 dispatch_async()。

        当调用dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), block) 时,libDispatch 会向主线程的RunLoop发送消息,RunLoop会被唤醒,并从消息中取得这个 block,并在回调__CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__()里执行这个block。但这个逻辑仅限于dispatch到主线程,dispatch到其他线程仍然是由 libDispatch 处理的。

4.8 关于网络请求

        iOS 中,关于网络请求的接口自下至上有如下几层:

    CFSocket

    CFNetwork       ->ASIHttpRequest

    NSURLConnection ->AFNetworking

    NSURLSession    ->AFNetworking2, Alamofire

• CFSocket 是最底层的接口,只负责 socket 通信。

• CFNetwork 是基于 CFSocket 等接口的上层封装,ASIHttpRequest 工作于这一层。

• NSURLConnection 是基于 CFNetwork 的更高层的封装,提供面向对象的接口,AFNetworking 工作于这一层。

• NSURLSession 是 iOS7 中新增的接口,表面上是和 NSURLConnection 并列的,但底层仍然用到了 NSURLConnection 的部分功能 (比如 com.apple.NSURLConnectionLoader 线程),AFNetworking2 和 Alamofire 工作于这一层。


        下面主要介绍下 NSURLConnection 的工作过程。

        通常使用 NSURLConnection 时,你会传入一个Delegate,当调用了 [connection start]后,这个Delegate 就会不停收到事件回调。实际上,start 这个函数的内部会获取CurrentRunLoop,然后在其中的DefaultMode添加了4个 Source0 (即需要手动触发的Source)。CFMultiplexerSource 是负责各种 Delegate 回调的,CFHTTPCookieStorage 是处理各种Cookie的。

        当开始网络传输时,我们可以看到 NSURLConnection 创建了两个新线程:com.apple.NSURLConnectionLoader 和 com.apple.CFSocket.private。其中 CFSocket 线程是处理底层 socket 连接的。NSURLConnectionLoader这个线程内部会使用 RunLoop 来接收底层socket的事件,并通过之前添加的 Source0 通知到上层的Delegate。

        NSURLConnectionLoader中的RunLoop通过一些基于mach port 的 Source 接收来自底层 CFSocket 的通知。当收到通知后,其会在合适的时机向 CFMultiplexerSource 等 Source0 发送通知,同时唤醒 Delegate 线程的 RunLoop 来让其处理这些通知。CFMultiplexerSource 会在 Delegate 线程的 RunLoop 对 Delegate 执行实际的回调。


4.9 RunLoop的实际应用举例

4.9.1 AFNetworking

        AFURLConnectionOperation 这个类是基于 NSURLConnection 构建的,其希望能在后台线程接收 Delegate 回调。为此 AFNetworking 单独创建了一个线程,并在这个线程中启动了一个 RunLoop:

+ (void)networkRequestThreadEntryPoint: (id)__unused object {

    @autoreleasepool {

        [[NSThread currentThread] setName:@"AFNetworking"];

        NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];

        [runLoop addPort: [NSMachPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];

        [runLoop run];

    }

}

+ (NSThread *)networkRequestThread {

    static NSThread *_networkRequestThread = nil;

    static dispatch_once_t oncePredicate;

    dispatch_once(&oncePredicate, ^{

        _networkRequestThread = [[NSThread alloc] initWithTarget: self selector: @selector(networkRequestThreadEntryPoint:) object: nil];

        [_networkRequestThread start];

    });

    return _networkRequestThread;

}

        RunLoop 启动前内部必须要有至少一个 Timer/Observer/Source,所以 AFNetworking 在 [runLoop run] 之前先创建了一个新的 NSMachPort 添加进去了。通常情况下,调用者需要持有这个 NSMachPort (mach_port) 并在外部线程通过这个port发送消息到loop内;但此处添加port只是为了让RunLoop不至于退出,并没有用于实际的发送消息。

- (void)start {

    [self.lock lock];

    if ([self isCancelled]) {

        [self performSelector:@selector(cancelConnection) onThread: [[self class] networkRequestThread] withObject: nil waitUntilDone:NO modes:[self.runLoopModes allObjects]];

    } else if ([self isReady]) {

        self.state = AFOperationExecutingState;

        [self performSelector:@selector(operationDidStart) onThread:[[self class] networkRequestThread] withObject: nil waitUntilDone:NO modes:[self.runLoopModes allObjects]];

    }

    [self.lock unlock];

}

        当需要这个后台线程执行任务时,AFNetworking 通过调用 [NSObject performSelector: onThread: ..] 将这个任务扔到了后台线程的RunLoop中。

4.9.2 AsyncDisplayKit

        AsyncDisplayKit 是 Facebook 推出的用于保持界面流畅性的框架,其原理大致如下:

        UI 线程中一旦出现繁重的任务就会导致界面卡顿,这类任务通常分为3类:排版,绘制,UI对象操作。排版通常包括计算视图大小、计算文本高度、重新计算子式图的排版等操作。绘制一般有文本绘制 (例如 CoreText)、图片绘制 (例如预先解压)、元素绘制 (Quartz)等操作。UI对象操作通常包括 UIView/CALayer 等 UI 对象的创建、设置属性和销毁。

        其中前两类操作可以通过各种方法扔到后台线程执行,而最后一类操作只能在主线程完成,并且有时后面的操作需要依赖前面操作的结果 (例如TextView创建时可能需要提前计算出文本的大小)。ASDK 所做的,就是尽量将能放入后台的任务放入后台,不能的则尽量推迟 (例如视图的创建、属性的调整)。

        为此,ASDK 创建了一个名为 ASDisplayNode 的对象,并在内部封装了 UIView/CALayer,它具有和 UIView/CALayer 相似的属性,例如 frame、backgroundColor等。所有这些属性都可以在后台线程更改,开发者可以只通过 Node 来操作其内部的 UIView/CALayer,这样就可以将排版和绘制放入了后台线程。但是无论怎么操作,这些属性总需要在某个时刻同步到主线程的 UIView/CALayer 去。

        ASDK 仿照QuartzCore/UIKit 框架的模式,实现了一套类似的界面更新的机制:即在主线程的 RunLoop 中添加一个Observer,监听了 kCFRunLoopBeforeWaiting 和 kCFRunLoopExit 事件,在收到回调时,遍历所有之前放入队列的待处理的任务,然后一一执行。

        具体的代码可以看这里:_ASAsyncTransactionGroup


5 Runloop实践思考

5.1 Runloop在动画重复提交调用中的限制

        对于控件简单属性的赋值等操作,在同一个Runloop中重复设置,最终起作用的会是最后一次,但是如果对控件的变化通过动画来实现,则每一次设置动作都会向系统提交一次动画执行命令,而不只是最后一次动画。典型运用场景例如导航条的显示与隐藏:

       不是简单通过子类中复写viewdidload方法,重新设置导航条的显示属性就可以的,涉及动画的,最好只设置一次,例如只在子类中设置,而父类就不要设置了。

    if ([self class] == [HJBaseWebVC class]) {

        [self.navigationController setNavigationBarHidden:YES animated:YES];

    }


6 参考文档

http://developer.apple.com/library/ios/#documentation/cocoa/Conceptual/Multithreading/Introduction/Introduction.html#//apple_ref/doc/uid/10000057i

 http://blog.csdn.net/wzzvictory/article/details/9237973

iOS-RunLoop

http://www.tuicool.com/articles/zeey63u

(good)深入理解RunLoop

http://www.cocoachina.com/ios/20150601/11970.html

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