iOS进阶-详细介绍Runloop
参考：https://blog.ibireme.com/2015/05/18/runloop/
目录：
1、概念
2、作用
3、源码分析 得出 runlopp 和线程是 一一对应
4、Runloop的内部逻辑
5、工作流程
6、RunLoop 的底层实现
7、使用场景
1、概念
在传统情况下，一个线程从创建只能执行一次任务，执行完就会被销毁，如果我们想让一个线程从创建开始可以满足随时处理任务的需求，我们通常会在当前线程的外部加上一个循环，循环条件是 接收到停止通知才会被销毁，代码通常如下：
- (void) loop {
do {
var message = get_next_message();
process_message(message);
}
while (message != quit);
}
上面的实现方式，仅仅是一种事件循环，依然存在弊端就是线程会不断进行调用，销毁资源；参考nodejs的事件循环、windows的消息总线，iOS、os X 系统的 runloop ，他们的实际理念都是： 如何管理事件循环和消息循环的协调性，从而保证线程在没有任务需要执行的时候进入休眠等待状态，在消息来临时，立即被唤醒。
2、作用
Runloop这个对象的作用就是管理，对外提供一个入口函数，线程一旦执行完入口函数，就会一直出入当前入口函数内部，一直保持“接受消息->等待->处理”的循环状态 ，一直到外部传来停止消息结束循环，比如传入quit消息。
3、源码分析 得出 runlopp 和线程是 一一对应
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。
我一直在解决要说明runloop和线程是一一对应的用NSRunLoop还是 CFRunLoopRef ，有与iOS本身的封闭性NSRunLoop源码看不到，而CFRunLoopRef 刚好是开源的 ，所以就通过分析CFRunLoopRef吧
注： CFRunLoopRef是位于CoreFoundation 框架，它提供了纯 C 函数的 API，
NSRunLoop位于Foundation框架，NSRunLoop是在CFRunLoopRef的基础之上封装的；
源码前需要了解：
CFRunLoopRef是基于p_thread管理的，p_thread和NSThread都是iOS线程对象，现在都是基于操作系统内核drawin层内核内层math thread 封装的性能查不到，只是p_thread是c的API,NSThread是oc的API.
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()。我们看下他们的源码分析下线程和RunLoop的关系:
/// 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。
_CFSetTSD(..., thread, loop, __CFFinalizeRunLoop);
}
OSSpinLockUnLock(&loopsLock);
return loop;
}
CFRunLoopRef CFRunLoopGetMain() {
return _CFRunLoopGet(pthread_main_thread_np());
}
CFRunLoopRef CFRunLoopGetCurrent() {
return _CFRunLoopGet(pthread_self());
}
从上面的源码可以看出，当我们调用CFRunLoopGetMain或者CFRunLoopGetCurrent获取runloop对象他们的走的都是一个函数_CFRunLoopGet，_CFRunLoopGet函数内部可以看出 线程和对应的runloop对象存放在一个可变字典里面，首先如果是第一次进入存放容器为空，它会创建一个runloop，并且将主线程为key，runloop为value放进字典内部，如果不是第一次进入会判断字典里是否存在当前线程对应的runloop，有的话直接返回出去，没有的话跟主线程对应runloop创建方式一样创建完加入字段内部，然后返回对应的loop对象;
从上面的代码可以看出，线程和 RunLoop 之间是一一对应的，其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）。
4、Runloop的内部逻辑
这一张图我们可以看出 RunLoop 的组织结构关系。
RunLoop : thread = 1:1
RunLoop : RunLoopMode = 1:n
RunLoopMode : CFRunLoop* = 1:n
下面对它的内部结构进行说明：
CFRunLoopRef :
typedef struct __CFRunLoop * CFRunLoopRef;
struct __CFRunLoop {
CFRuntimeBase _base;
pthread_mutex_t _lock; /* locked for accessing mode list */
__CFPort _wakeUpPort; // used for CFRunLoopWakeUp
Boolean _unused;
volatile _per_run_data *_perRunData; // reset for runs of the run loop
pthread_t _pthread;
uint32_t _winthread;
CFMutableSetRef _commonModes; // 字符串，记录所有标记为common的mode
CFMutableSetRef _commonModeItems; // 所有commonMode的item(source、timer、observer)
CFRunLoopModeRef _currentMode;
CFMutableSetRef _modes; // CFRunLoopModeRef set
struct _block_item *_blocks_head;
struct _block_item *_blocks_tail;
CFTypeRef _counterpart;
};
- CFRunLoopRef 指向 __CFRunLoop
- CFRunLoop 里面包含了线程，若干个 mode。 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。
- CFRunLoop 和线程是一一对应的。
- _blocks_head 是 perform block 加入到里面的
CFRunLoopModeRef :
// 定义 CFRunLoopModeRef 为指向 __CFRunLoopMode 结构体的指针
typedef struct __CFRunLoopMode *CFRunLoopModeRef;
struct __CFRunLoopMode {
CFRuntimeBase _base;
pthread_mutex_t _lock; /* must have the run loop locked before locking this */
CFStringRef _name;
Boolean _stopped;
char _padding[3];
CFMutableSetRef _sources0; // source0 set ，非基于Port的，接收点击事件，触摸事件等APP 内部事件
CFMutableSetRef _sources1; // source1 set，基于Port的，通过内核和其他线程通信，接收，分发系统事件
CFMutableArrayRef _observers; // observer 数组
CFMutableArrayRef _timers; // timer 数组
CFMutableDictionaryRef _portToV1SourceMap;// source1 对应的端口号
__CFPortSet _portSet;
CFIndex _observerMask;
#if USE_DISPATCH_SOURCE_FOR_TIMERS
dispatch_source_t _timerSource;
dispatch_queue_t _queue;
Boolean _timerFired; // set to true by the source when a timer has fired
Boolean _dispatchTimerArmed;
#endif
#if USE_MK_TIMER_TOO
mach_port_t _timerPort;
Boolean _mkTimerArmed;
#endif
#if DEPLOYMENT_TARGET_WINDOWS
DWORD _msgQMask;
void (*_msgPump)(void);
#endif
uint64_t _timerSoftDeadline; /* TSR */
uint64_t _timerHardDeadline; /* TSR */
};
- CFRunLoopModeRef 指向 __CFRunLoopMode
- CFRunLoopModeRef 内部包含 source0(非基于port，主要是接受点击事件，触摸事件等APP内部事件)、source1 (基于post，主要接受、处理系统事件)、
RunLoopSource: 分为source0 source1
source0 是非基于 port 的事件，主要是 APP 内部事件，如点击事件，触摸事件等。
source1 是基于Port的，通过内核和其他线程通信，接收，分发系统事件。
CFRunLoopSource 里面包含一个 _runLoops，也就意味着一个 CFRunLoopSource 可以被添加到多个 runloop mode 中去。
RunLoopObserver： 观察runloop的状态,监听的状态如下：
/* Run Loop Observer Activities */
typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
kCFRunLoopEntry = (1UL << 0), //即将进入run 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), //被唤醒但是还没开始处理事件
kCFRunLoopExit = (1UL << 7), //run loop已经退出
kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU
};
RunLoopTimer：
CFRunLoopTimer 是定时器，可以在设定的时间点抛出回调
CFRunLoopTimer和NSTimer是toll-free bridged的，可以相互转换。
5、工作流程
cong shang
从上图可以看出:
RunLoop 从两个不同的事件源中接收消息: 一类是timer事件；一类是input source事件，
input source分3小类，第一类runloop对外提供input source ,输入源包括两种一种是底层系统基于port事件，第二类输入源是非基于port事件，主要是app内部的点击、触摸事件，第三类是自定义事件；
观察者监控source 是否需要有需要执行的任务，除此之外，还可以用来监控runloop的事件，监控事件如下：
1.The entrance to the run loop. // runloop进入
- When the run loop is about to process a timer. // runloop 即将处理定时器
- When the run loop is about to process an input source. // runloop即将处理输入源
- When the run loop is about to go to sleep. // runloop 进入休眠
- When the run loop has woken up, but before it has processed the event that woke it up. // runloop被唤醒
- The exit from the run loop. //runloop退出
6、
7、使用场景
RunLoop 与 GCD
RunLoop 与 GCD 是互相协作的关系，RunLoop 的最开始部分使用了 GCD 的 timer 做超时的回调；通过 GCD 调用带有 RunLoop 的线程的 block，会通过 dispatch port CFRunLoopServiceMachPort 把事件发送到该线程的 RunLoop 里面。
比如：
|
<pre style="margin: 0px; padding: 0px; border: none; outline: 0px; font-weight: inherit; font-style: inherit; font-family: "Source Code Pro", Consolas, Monaco, Menlo, Consolas, monospace; font-size: 14px; vertical-align: baseline; background: rgb(39, 40, 34); overflow: auto; color: rgb(248, 248, 242); line-height: 22.4px;">dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{});
</pre>
|
主线程存在 runloop，那么 GCD 会通过 dispatch port CFRunLoopServiceMachPort，把事件发送给 RunLoop，RunLoop 接收到时间之后，会执行这个 block。
NSTimer 与 GCD Timer
NSTimer 是通过 RunLoop 的 RunLoopTimer 把时间加入到 RunLoopMode 里面。官方文档里面也有说 CFRunLoopTimer 和 NSTimer 是可以互相转换的。由于 NSTimer 的这种机制，因此 NSTimer 的执行必须依赖于 RunLoop，如果没有 RunLoop，NSTimer 是不会执行的。
GCD 则不同，GCD 的线程管理是通过系统来直接管理的。GCD Timer 是通过 dispatch port 给 RunLoop 发送消息，来使 RunLoop 执行相应的 block，如果所在线程没有 RunLoop，那么 GCD 会临时创建一个线程去执行 block，执行完之后再销毁掉，因此 GCD 的 Timer 是不依赖 RunLoop 的。
至于这两个 Timer 的准确性问题，如果不再 RunLoop 的线程里面执行，那么只能使用 GCD Timer，由于 GCD Timer 是基于 MKTimer(mach kernel timer)，已经很底层了，因此是很准确的。
如果在 RunLoop 的线程里面执行，由于 GCD Timer 和 NSTimer 都是通过 port 发送消息的机制来触发 RunLoop 的，因此准确性差别应该不是很大。如果线程 RunLoop 阻塞了，不管是 GCD Timer 还是 NSTimer 都会存在延迟问题。
应用
- 异步的回调如果存在延时操作，那么就要放到有 RunLoop 的线程里面，否则回调没有着陆点无法执行
- NSTimer 必须得在有 RunLoop 的线程里面才能执行，另外，使用 NSTimer 的时候会出现滑动 TableView，Timer 停止的问题，是由于 RunLoopMode 切换的问题，只要把 NSTimer 加到 common mode 就好了。
- 滚动过程中延迟加载，可以利用滚动时 RunLoopMode 切换到 NSEventTrackingRunLoopMode 模式下这个机制，在 Default mode 下添加加载图片的方法，在滚动时就不会触发。
- 崩溃后处理 DSSignalHandlerDemo
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