RunLoop 原理及核心機(jī)制

從iOS開始就沒(méi)有對(duì)RunLoop進(jìn)行過(guò)深入的研究，非常慚愧。碰巧前陣子負(fù)責(zé)性能優(yōu)化項(xiàng)目，需要利用RunLoop進(jìn)行性能優(yōu)化和性能測(cè)試，借此機(jī)會(huì)對(duì)RunLoop的原理和特點(diǎn)進(jìn)行了深入的研究。

定義RunLoop

如果需要持續(xù)的異步任務(wù)，我們將創(chuàng)造一個(gè)獨(dú)立的生命周期可控的過(guò)程。RunLoop是一種控制線程生命周期并接受事件處理的機(jī)制。

RunLoop是iOS事件響應(yīng)和任務(wù)處理的核心機(jī)制，它貫穿整個(gè)iOS系統(tǒng)。

Foundation: NSRunLoop
Core Foundation: CFRunLoop 核心部分，代碼開源，C 語(yǔ)言寫作，跨平臺(tái)

目的

通過(guò)RunLoop機(jī)制實(shí)現(xiàn)節(jié)能、平穩(wěn)、快速響應(yīng)、良好的客戶體驗(yàn)。

理解

過(guò)程是一家工廠，過(guò)程是一條流水線，Run 在流水線上，Loop就是主管；當(dāng)工廠收到商家的訂單分配給這條流水線時(shí)，Run Loop開始了這條流水線，讓流水線移動(dòng)，進(jìn)行生產(chǎn)；當(dāng)產(chǎn)品完成后，Run Loop將暫時(shí)停止流水線，節(jié)約能源。
RunLoop管理流水線，流水線不會(huì)因?yàn)闊o(wú)所事事而被工廠銷毀；而且不需要流水線的時(shí)候，RunLoop這個(gè)主管就會(huì)被解雇，也就是退出流程，釋放全部資源。

RunLoop并不是iOS平臺(tái)的專屬概念，在任何平臺(tái)的多線程編程中，Android的Looper都需要類似RunLoop的循環(huán)機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)，以控制線程的生命周期。

特點(diǎn)

• 當(dāng)使用啟動(dòng)時(shí)，主線程的RunLoop將自動(dòng)建立
• 另外一個(gè)過(guò)程需要在這個(gè)過(guò)程下自行啟動(dòng)。
• 無(wú)法建立自己的RunLoop
• RunLoop不是線程安全的，所以需要避免將RunLoop調(diào)用到其他過(guò)程中。
• 負(fù)責(zé)管理autoreleaseasease的RunLoop pools
• RunLoop負(fù)責(zé)處理消息事件，即輸入源事件和記時(shí)器事件

RunLoop機(jī)制

主線程 (有 RunLoop 的進(jìn)程) 幾乎所有函數(shù)都是從以下六個(gè)函數(shù)中調(diào)整起來(lái)的：

• CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION
  CFRunloop is calling out to an abserver callback function
  用來(lái)向外界報(bào)告 RunLoop 當(dāng)前狀態(tài)的變化，框架中的許多機(jī)制都是由 RunLoopObserver 觸發(fā)，如 CAAnimation
• CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_BLOCK
  CFRunloop is calling out to a block
  消息通知，perform，非延遲、調(diào)用dispatch，回調(diào)block，KVO
• CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE
  CFRunloop is servicing the main desipatch queue
• CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_TIMER_CALLBACK_FUNCTION
  CFRunloop is calling out to a timer callback function
  perform延遲， 延遲dispatch調(diào)用
• CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE0__PERFORM_FUNCTION
  CFRunloop is calling out to a source 0 perform function
  處理App內(nèi)部事件，App本身負(fù)責(zé)管理(觸發(fā))，例如UIEvent。、CFSocket。通用函數(shù)調(diào)用，系統(tǒng)調(diào)用
• CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE1_PERFORM_FUNCTION
  CFRunloop is calling out to a source 1 perform function
  由RunLoop和核心管理，Mach CFMachPort驅(qū)動(dòng)程序、CFMessagePort
• RunLoop 架構(gòu)

??

• RunLoop 運(yùn)行時(shí)

以下六種狀態(tài)主要有：

• kCFRunLoopEntry -- 進(jìn)入runloop循環(huán)循環(huán)循環(huán)
• kCFRunLoopBeforeTimers -- 定期調(diào)用前回調(diào)處理
• kCFRunLoopBeforeSources -- 處理input sources事件
• kCFRunLoopBeforeWaiting -- 睡前調(diào)用runloop
• kCFRunLoopAfterWaiting -- 喚起后調(diào)用runloop
• kCFRunLoopExit -- 退出runloop

RunLoop 運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)調(diào)用棧

• 運(yùn)行主線程App時(shí)

• ObserverRunLoopAutorelease Pool的關(guān)系

UIKit 通過(guò) RunLoopObserver 在 RunLoop 兩次 Sleep 間對(duì) Autorelease Pool 進(jìn)行 Pop 和 Push 將這次 Loop 中產(chǎn)生的 Autorelease 目標(biāo)釋放。

• 掛起和喚起RunLoop

mach端口_port
調(diào)用mach_msg監(jiān)控喚起端口，喚起前系統(tǒng)內(nèi)核將此線程掛起，停留在mach_msg_trap狀態(tài)。
這個(gè)端口的msg由另一個(gè)過(guò)程發(fā)送到核心后，trap狀態(tài)被喚起，RunLoop繼續(xù)工作。

消息事件支持RunLoop(Events)

• RunLoop

• 支持輸入源的接收處理（Input Source）包括：

Mach系統(tǒng) Port事件，是一種通信事件
定制輸入事件

• 對(duì)處理定時(shí)源的支持（Timer）事件
• 啟動(dòng)RunLoop前，必須添加監(jiān)控輸入源事件或定時(shí)源事件，否則調(diào)用。[runloop run]將直接返回，而不進(jìn)入循環(huán)使進(jìn)程長(zhǎng)駐。

如果沒(méi)有添加任何輸入源事件或Timer事件，過(guò)程將繼續(xù)循環(huán)和空轉(zhuǎn)，CPU時(shí)間片將永遠(yuǎn)占用，資源的合理分配將無(wú)法實(shí)現(xiàn)。
沒(méi)有while循環(huán)，也沒(méi)有添加任何輸入源或Timer的過(guò)程，過(guò)程將直接完成，并被系統(tǒng)回收。

//錯(cuò)誤的做法 
NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];
while (!self.isCancelled && !self.isFinished) {
    [runLoop runUntilDate:[NSDate dateWithTimeIntervalSinceNow:3]];
};

//正確的做法
NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];
[runLoop addPort:[NSMachPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
while (!self.isCancelled && !self.isCancelled && !self.isFinished) {
    @autoreleasepool {
        [runLoop runUntilDate:[NSDate dateWithTimeIntervalSinceNow:3]];
    }
}

Run Loop Modes

• 理解
  Run Loop Mode是流水線上支持生產(chǎn)的產(chǎn)品類型。流水線只能在一定時(shí)間內(nèi)以一種模式運(yùn)行，生產(chǎn)某種類型的產(chǎn)品。新聞事件是訂單。
• Cocoa定義了四中Mode

Default：NSDefaultRunLoopMode，Run是默認(rèn)的 當(dāng)Loop沒(méi)有指定Mode時(shí)，默認(rèn)情況下，它會(huì)在Default上運(yùn)行。 Mode下
Connection：NSConnectionReplyMode，對(duì)NSConnection事件進(jìn)行監(jiān)控處理。
Modal：NSModalPanelRunLoopMode，OS Modal面板事件X
Event tracking：UITrackingRunLoopMode，拖動(dòng)事件
Common mode：NSRunLoopCommonModes，這是一種集合方式。當(dāng)一個(gè)事件來(lái)源被綁定到這個(gè)模式集合時(shí)，它相當(dāng)于綁定到集合中的每一種方式。

• RunLoop可以通過(guò)[acceptInputForMode:beforeDate:]和[runMode:beforeDate:]指定一段時(shí)間內(nèi)的運(yùn)行模式。如果沒(méi)有指定，RunLoop默認(rèn)會(huì)在Default下運(yùn)行(runModede反復(fù)調(diào)用):NSDefaultRunLoopMode beforDate:）
• 啟動(dòng)主線程中的記時(shí)器Timer，然后拖動(dòng)UITableView或UIScrollView，記時(shí)器不會(huì)執(zhí)行。因?yàn)?，為了更好的客戶體驗(yàn)，Event在主線程中。 優(yōu)先考慮tracking模式?？蛻敉蟿?dòng)控件時(shí)，主線程的Run 在Event中運(yùn)行Loop tracking 在Mode下，建立的Timer默認(rèn)與Defaultt相關(guān)聯(lián)。 Mode，所以系統(tǒng)不會(huì)立即執(zhí)行Default 接受Mode下的事件。解決方法：

NSTimer * timer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1.0
                                                   target:self
                                                 selector:@selector(timerFireMethod:)
                                                 userInfo:nil
                                                  repeats:YES];
[[NSRunLoop mainRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes]; 
//或 
[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:UITrackingRunLoopMode];

[timer fire];

Run Loop應(yīng)用實(shí)踐

Run Loop主要有以下三個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域：

• 維持過(guò)程的生命周期，使過(guò)程不會(huì)自動(dòng)退出，isFinished在Yes時(shí)退出。

NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];
[runLoop addPort:[NSMachPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
while (!self.isCancelled && !self.isFinished) {
    @autoreleasepool {
            [runLoop runUntilDate:[NSDate dateWithTimeIntervalSinceNow:3]];
    }
}

• 建立一個(gè)長(zhǎng)期的停留過(guò)程，執(zhí)行一些將永遠(yuǎn)存在的任務(wù)。這個(gè)過(guò)程的生命周期和應(yīng)用程序一樣。

@autoreleasepool {
        NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];
        [runLoop addPort:[NSMachPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
        [runLoop run];
}

• 監(jiān)控某一事件，或者在一定時(shí)間內(nèi)執(zhí)行某一任務(wù)的過(guò)程。
  下面的代碼，在30分鐘內(nèi)，每30秒執(zhí)行onTimerFired。:。這樣的情況一般都會(huì)出現(xiàn)，比如我需要在使用之后，在一定的時(shí)間內(nèi)不斷更新某些數(shù)據(jù)。

@autoreleasepool {
    NSRunLoop * runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];
    NSTimer * udpateTimer = [NSTimer timerWithTimeInterval:30
                                                    target:self
                                                  selector:@selector(onTimerFired:)
                                                  userInfo:nil
                                                   repeats:YES];
    [runLoop addTimer:udpateTimer forMode:NSRunLoopCommonModes];
    [runLoop runUntilDate:[NSDate dateWithTimeIntervalSinceNow:60*30]];
}

• RunLoop在AFNetworking中的建立

  (void)networkRequestThreadEntryPoint:(id)__unused object {
    @autoreleasepool {
        [[NSThread currentThread] setName:@"AFNetworking"];

        NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];
         // 這兒主要是監(jiān)控一個(gè) port，目的就是讓這個(gè) Thread 不會(huì)回收
        [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;
}