ObjC RunLoop简析

当我们创建一个terminal项目的时候,此时的main函数中并没有一个RunLoop。所以程序运行完main函数之后就退出了。

而一个iOS的application程序，默认在主线程开启了一个RunLoop，这样一个App就可以处理一些计时器事件，滑动事件等，不会马上退出。

在iOS项目中每一条线程都对应着一个RunLoop对象，RunLoop存放在一个以线程作为key的散列表中。

主线程在创建的时候默认开启RunLoop，而其他子线程默认不开启，但是会在第一次获取RunLoop( [NSRunLoop currentRunLoop]或者CFRunLoopGetCurrent() )的时候创建。

一般情况下RunLoop的生命周期跟随线程，线程结束的时候RunLoop也会被销毁。

iOS中提供了一套Foundation框架的NSRunLoop api和一套 基于Core Foundation的CFRunLoopRef api 来使用RunLoop。其中NSRunLoop是基于CFRunLoopRef做了一层OC的封装。

RunLoop 结构

在CFRunLoop的源码中RunLoop的基本结构如下：

CFRunLoopRef是一个 __CFRunLoop 的结构体，结构体中存放了许多mode相关的成员。

其中 _currentMode 是 CFRunLoopModeRef 类型的，它是一个 __CFRunLoopMode 类型的结构体指针。RunLoop通过它来表征RunLoop的运行状态。

一个RunLoop中包含有许多Mode。 _commonModes 是一个可变的集合，集合中存放了许多mode。RunLoop在运行的时候只能选择一个Mode作为当前RunLoop执行的状态，也就是 _currentMode 。

mode是 CFRunLoopMode 类型的。而 CFRunLoopMode 是通过typedf __CFRunLoopMode 得到的。 __CFRunLoopMode 中存放了处理触摸事件的 source0 、系统时间捕捉的 source1 、处理计时器的 timers 、监听RunLoop状态的 observer 等。

另外，如果RunLoop需要切换运行状态的时候必须先退出当前的Mode，才能进入新的Mode。如果当前Mode中所有的 source 、 timer 、 observer 的时候RunLoop就会立刻退出。

常见的RunLoopMode有默认的mode kCFRunLoopDefaultMode 、跟踪界面（比如：保证滑动不受其他mode影响）的 UITrackingRunLoopMode 。另外在api中还有一个 kCFRunLoopCommonModes 但是这并不是一个真正的mode，它不存在于 _commonModes 中，它只是一个标记。

RunLoop 的监听器会监听RunLoop的一些状态：

/* Run Loop Observer Activities */
typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
    kCFRunLoopEntry = (1UL << 0), // 即将进入runloop
    kCFRunLoopBeforeTimers = (1UL << 1), // 即将处理计时器
    kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2), // 即将处理source
    kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5), // 即将进入休眠
    kCFRunLoopAfterWaiting = (1UL << 6), // 即将从休眠中唤醒
    kCFRunLoopExit = (1UL << 7), // 即将退出RunLoop
    kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU // 全部状态
};
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探究RunLoop的执行流程

我们可以通过Xcode自带的lldb 通过 bt 命令查看函数调用栈找到RunLoop的入口函数

在 CFRunLoop.c 文件中找到该函数，我们发现它通过 __CFRunLoopDoObservers(rl, currentMode, kCFRunLoopEntry) 监听进入RunLoop。接着有一个 __CFRunLoopRun 的函数调用，该函数中封装了RunLoop处理事件的逻辑。

我们只关注 __CFRunLoopRun 主要代码：我们发现该函数中存在着一个 do-while() 循环，当 retVal==0 的时候循环持续进行，当 retVal != 0 的时候，回返回给函数 CFRunLoopRunSpecific ,它调用 __CFRunLoopDoObservers(rl, currentMode, kCFRunLoopExit); 退出RunLoop。

在 __CFRunLoopRun 中主要的流程都在下图中进行了描述。总结来说：

1. 首先会通知监听者Observers：即将处理Timers
2. 通知监听者Observers：即将处理Sources
3. 处理blocks
4. 处理source0，如果处理完了会再次处理blocks
5. 如果存在source1，则跳到handle_msg处理,如果没有则通知监听器即将进入休眠
6. 休眠时期等待消息来唤醒当前线程
7. 如果有消息唤醒则进入handle_msg处理计时器，gcd，source1这些信息
8. 再次处理blocks
9. 获取返回值retVal
10. 进入 do-while() ，如果 retVal == 0 则循环持续进行。否则返回给 CFRunLoopRunSpecific 函数，退出RunLoop

RunLoop的应用

Timer

当我们使用 + (NSTimer *)scheduledTimerWithTimeInterval:(NSTimeInterval)interval repeats:(BOOL)repeats block:(void (^)(NSTimer *timer))block; 创建一个计时器，并且页面存在scrollView的时候。滑动scrollView计时器就会停止运行。这是因为一开始runloop存在于 NSDefaultRunLoopMode ,当滑动事件响应的时候runloop会进入 UITrackingRunLoopMode 模式处理滑动事件，所有timer就会失去处理。

我们可以使用 + (NSTimer *)timerWithTimeInterval:(NSTimeInterval)interval repeats:(BOOL)repeats block:(void (^)(NSTimer *timer))block; 创建timer，然后将它放在一个 NSRunLoopCommonModes 标记的模式下进行工作，timer是可以t在_commonModes数组中存放的模式下工作的。这样就解决了滑动事件和timer计时器事件冲突的问题。

线程保活

当我们创建一条线程的时候，这条线程并没有一个RunLoop。当我们第一次获取RunLoop的时候这条线程中才会创建RunLoop。

所以创建一条一直存在的线程，我们需要在线程中加入一个不会被回收的RunLoop，也就是让 do-while() 一直存在，也就是RunLoop一直有事情在处理，而 retVal 不会为不是0的其他值。

实例代码：

#import "SoCPermanentThread.h"
@interface SoCPermanentThread ()

@property (nonatomic, strong) NSThread *thread;

@end

@implementation SoCPermanentThread

- (instancetype)init {
    if (self = [super init]) {
        self.thread = [[NSThread alloc] initWithBlock:^{
            CFRunLoopSourceContext context = {0};
            CFRunLoopSourceRef source = CFRunLoopSourceCreate(kCFAllocatorDefault, 0, &context);
            CFRunLoopAddSource(CFRunLoopGetCurrent(), source, kCFRunLoopDefaultMode);
            CFRelease(source);
            CFRunLoopRunInMode(kCFRunLoopDefaultMode, 1.0e10, false);
        }];
        [self.thread start];
    }
    return self;
}

- (void)executeTask:(SoCPermenantThreadTask)task {
    if (!_thread || !task) return;
    [self performSelector:@selector(__task:) onThread:_thread withObject:task waitUntilDone:NO];
}

- (void)stop {
    if (!_thread) return;
    [self performSelector:@selector(__stop) onThread:_thread withObject:nil waitUntilDone:YES];
}

- (void)__task:(SoCPermenantThreadTask)task {
    task();
}

- (void)__stop {
    CFRunLoopStop(CFRunLoopGetCurrent());
    _thread = nil;
}

- (void)dealloc {
    [self stop];
}

@end
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上述代码使用 Core Foundation 实现的线程保活，其中重要的就是首先往RunLoop中添加Source保证RunLoop有事情可以做，另外就是 CFRunLoopRunInMode(kCFRunLoopDefaultMode, 1.0e10, false); 这个方法的最后一个参数BOOL参数 returnAfterSourceHandled ，其值为 flase 代表执行完函数（处理完source）不会返回，而 true 则相反，表示执行完函数（处理完source）会立即返回。

总结

本篇主要以 Core Foundation api 为基础（ Core Foundation 开源）简述了RunLoop的基本概念，和调用流程，由于 NSRunLoop 是基于 CFRunLoop 做的OC封装，其原理和流程都是一样的。另外介绍了两个使用RunLoop的案例。