iOS小结之Runloop

内容简介：iOS小结之Runloop

学过操作系统的同学都知道，一般来说，一条线程只能执行一个任务，当任务结束后，线程就会退出，完成使命。但是，在很多场景中，我们并不想让线程执行完任务就退出，往往，我们需要其保持随时随地听从命令，可以在需要的时候执行任务，不需要的时候处于等待状态。

function loop() {
    initLoop();
    do {
        if(message_hasTask()) {
            message_execute(get_current_message());
        }
    } while (message != quit);
}

比如，在手游上，我们需要一个模型来一直监听用户的触摸事件，来对游戏画面进行切换和逻辑判断。这种模型一般都具有相似性。比如：当模型被事件唤醒之后，如何快速地进行响应；当模型处于等待状态时，如何减少资源耗用等等。

这种模型，在iOS中称作Runloop。Runloop所解决的问题，就是实现一个线程，使得可以随时响应用户的事件，而不退出。

在iOS中，提供了两种有关的对象，一种是 NSRunLoop ，另外一种是 CFRunLoopRef 。 CFRunLoopRef 是基于 CoreFoundation 框架的，提供了纯C函数的API，所以这些API都是线程安全的。我们一般听到的 NSRunLoop ，是对 CFRunLoopRef 的封装，加上了面向对象的东西，所以这些API不是安全的。

所以，一般讲解 Runloop 的文章，其实都是在分析 CFRunLoopRef 这个东西。 CFRunLoopRef 的具体实现，苹果也将它开源了出来，可以在引用里看到其链接，这里就不再给出。

Runloop和线程

上面可以看出，需要实现一个Runloop模型，是基于线程之上的。所以，Runloop和线程是息息相关的，在iOS系统中，Runloop属于线程的基础架构部分。每个线程，包括程序的主线程，都有与之的Runloop模型。

其实，Runloop和线程的绑定，是保存在一个全局的Dictionary中，线程和Runloop之间是一一对应的。当线程创建后，默认并不会启动Runloop，只有主动获取的时候，Runloop才会被创建，当线程结束后，对应的Runloop也会随之销毁。但是有个例外，就是主线程对应的Runloop默认是启动的。当程序启动的时候，会执行下面的函数：

int main(int argc, char * argv[]) {
   @autoreleasepool {
       return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
   }
}

其中，在 UIApplicationMain 内部帮我们开启了主线程的Runloop，相当于说，主线程的Runloop是默认启动的。这样我们才可以监听触摸事件、页面刷新等等功能。

Runloop结构

Runloop主要由5个类组成。如下所示：

• CFRunLoopRef
• CFRunLoopModeRef
• CFRunLoopSourceRef
• CFRunLoopTimerRef
• CFRunLoopObserverRef

其关系如下图：

一个Runloop包含多个Mode，每个Mode里面又包含多个Source/Timer/Observer。但是，需要注意的是，每次开启Runloop的时候，只会使用其中一个Mode，一般叫做currentMode。有时候实际场景中需要切换Mode，切换的时候，只能先退出Mode，然后再添加上新的Mode。

Source0 和 Source1

CFRunLoopSourceRef有两个版本：Source0和Source1，Source的作用是给线程发送异步事件。其中Source0是接收App内部的事件，比如用户点击滑动等事件，App自己负责处理，需要手动来唤醒Runloop，来处理这个事件；Source1是通过内核和其他线程发送消息用的，可以自动唤醒Runloop的线程。

CFRunLoopTimerRef

顾名思义， CFRunLoopTimerRef 是基于时间来出发的，和NSTimer底层一样。当其加入到Runloop时，Runloop会注册对应的时间点，当时间点到时，Runloop会唤醒执行那个回调。常见的使用场景比如：延迟执行某个方法、CADisplayLink的使用等等。

- (void)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(id)anArgument afterDelay:(NSTimeInterval)delay;

+ (CADisplayLink *)displayLinkWithTarget:(id)target selector:(SEL)sel;

CFRunLoopObserverRef

CFRunLoopObserverRef是基于观察者模式，和 CFRunLoopTimerRef 类似，每个Observer都会包含有一个回调，用于监听Runloop的状态变化。可以监听到的状态变化有如下几个：

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
};

上面所介绍的Source、Timer和Observer都可以添加到多个Model当中，但是如果在一个Mode当中添加多个，是不会起效果的，有一种特殊情况，就是当一个Mode里什么都没有，则这个Runloop就会直接退出。

Runloop Mode

上面已经说过，Runloop的运行是基于特定的Mode，其数据结构如下所示：

struct __CFRunLoopMode {
    CFStringRef _name;            // Mode Name, 例如 @"kCFRunLoopDefaultMode"
    CFMutableSetRef _sources0;    // Set
    CFMutableSetRef _sources1;    // Set
    CFMutableArrayRef _observers; // Array
    CFMutableArrayRef _timers;    // Array
    ...
};

struct __CFRunLoop {
    CFMutableSetRef _commonModes;     // Set
    CFMutableSetRef _commonModeItems; // Set<Source/Observer/Timer>
    CFRunLoopModeRef _currentMode;    // Current Runloop Mode
    CFMutableSetRef _modes;           // Set
    ...
};

这里需要注意一下，有一个很关键的属性叫 CommonModes ，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。

在iOS系统中包含了两个Mode，一个是 NSDefaultRunLoopMode 和 UITrackingRunLoopMode 。这两个Mode都已经被注册成了CommonMode，一般App主线程的Runloop默认是 NSDefaultRunLoopMode ，当UIScrollView滑动的时候，Runloop就会退出，然后切换到 UITrackingRunLoopMode 。这两个是苹果公开的Mode，当然，还有一些私有Mode，就在这里不阐述了，有兴趣的读者可以Google一下。

出了上面这些，苹果还提供一个操作 CommonModes 的字符串，可以对所有CommonMode进行操作，叫做 kCFRunLoopCommonModes ，有些同学容易将这个东西和上面的Mode混淆，其实概念还是不一样的， kCFRunLoopCommonModes 并不是一个新的Mode，在App主线程的Runloop中，是一个 CommonModes 组合，包含 NSDefaultRunLoopMode 和 UITrackingRunLoopMode 两种Mode。这里的话在下面NSTimer的应用场景中详细讲下。

Runloop常见应用场景

AutoreleasePool

AutoreleasePool其实和Runloop是有关系的，有一个经典的面试题是问 AutoreleasePool对象是什么时候释放的？ ，什么答案都有，标准答案应该是AutoreleasePool对象应该是在当前Runloop迭代结束之后释放的。

当App启动之后，iOS会在主线程注册两个Observer，第一个Observer是监听即将进入Runloop的状态，监听到后，来创建AutoreleasePool对象，其优先级也是最高的，要保证创建AutoreleasePool发生在其他所有回调之前；第二个Observer是监听Runloop准备休眠状态，来释放旧的AutoreleasePool对象，并且创建新的AutoreleasePool对象以供使用，另外还需要监听即将退出Runloop的状态，优先级是最低的，以此来保证释放操作在其他所有回调之后。

所以，如果以后有人再问你 AutoreleasePool对象是什么时候释放的？ ，一定要说这和Runloop有关系，当Runloop准备休眠的时候，会释放旧的AutoreleasePool对象，创建新的AutoreleasePool对象，当Runloop即将退出的时候，会释放掉相关所有的AutoreleasePool对象。

NSTimer

NSTimer在时间点的触发，是基于Runloop运行的，使用NSTimer之前，都需要将其注册到Runloop上。其实NSTimer就是CFRunLoopTimerRef，一个NSTimer注册好之后，Runloop会自动在时间节点注册好事件。但是Runloop为了节省资源，并不会在非常准确的时间节点调用定时器。为此，NSTimer专门提供了一个tolerance属性，来设置宽容度，标记当时间节点到来之后，容许有多少误差可以触发回调。如果错过了某个时间节点，就只能等下一个时间节点的到来。

回到之前Mode的话题，当UISCrollView进行滚动的时候，NSTimer就无法正常工作，停止滑动又回恢复正常。这个原因是，添加到Runloop的NSTimer默认是以 NSDefaultRunLoopMode 模式在工作，当UIScrollView进行滑动的时候，Runloop会退出，然后切换到 UITrackingRunLoopMode 模式。由于NSTimer不是在这个模式下运行的，所以不会触发定时任务，无法工作。

要解决这个问题，我们就需要将NSTimer在 NSDefaultRunLoopMode 和 UITrackingRunLoopMode 两个模式下工作，在UIScrollView滑动的时候也可以进行触发定时任务。所以，我们需要使用到 kCFRunLoopCommonModes 来完成任务。一般使用如下语句：

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

事件响应和手势识别

事件响应其实和Runloop也是有关系的，为此，苹果专门注册了一个Source1用来接收系统事件。当手机的硬件发生感应，比如触摸、锁屏和摇晃，苹果注册的这个Source1都会收到回调，然后会将事件进行应用内部分发。

然后，App内主线程的Runloop会触发Source0事件，Source0收到回调进行下一步操作。

不同于事件响应，对于手势识别，收到苹果Source1对应用内部分发事件后，首先先将所有的手势回调打断，将所对应的UIGestureRecognizer事件标记为待处理，然后苹果会注册一个Observer来监听Runloop即将进入休眠的状态，然后在Observer回调里执行GestureRecognizer的回调。

UI更新

UI更新也和Runloop有关，当在操作UI时，改变了UI的大小、层次等，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来监听Runloop即将进入休眠和即将退出的状态，然后在其Observer回调里遍历所有待处理的 UIView/CAlayer 以执行实际的绘制和调整，并更新 UI 界面。

GCD

GCD底层也和Runloop有关，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。

PerformSelecter

PerformSelecter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。

- (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;

另外，还有AFNetworking2.0、NSURLConnection的使用其实都和Runloop有关，AFNetworking2.0希望能在后台线程接收到Delegate回调，单独创建了一条线程，并在这条这个线程中启动了Runloop。但是AFNetworking换成基于 NSURLSession 之后，并没有看到相关Runloop代码。

以上就是本文的全部内容，希望本文的内容对大家的学习或者工作能带来一定的帮助，也希望大家多多支持 码农网

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