iOS開發runloop運行循環機制學習

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引言

RunLoop：又叫運行循環機制，在iOS中的兩大機制之一。並不是隻有iOS有Runloop其他語言也有，他們的方式不太一樣，但是核心都是為瞭解決性能和良好的運行，例如：webJs裡Runloop也稱作eventLoop，由於js沒有多線程，在這樣的情況做瞭一種調用棧來配合主線程運行。而在iOS裡面runloop就不太一樣，因為有多線程的原因，runloop是配合多線程使用的。每一個線程都對應一個runloop。

Runloop最核心的事情就是保證程序的持續運行讓線程在沒有消息的時候休眠，在有消息時喚醒，以提高程序性能。這個機制是依靠系統內核來完成的(蘋果操作系統核心組件 Darwin 中的 Mach)
概念：RunLoop 是通過內部維護的事件循環(Event Loop)來對事件/消息進行管理的一個對象。

1、沒有消息處理時，休眠已避免資源占用，由用戶態切換到內核態(CPU-內核態和用戶態)

2、有消息需要處理時，立刻被喚醒，由內核態切換到用戶態

main函數是不會退出的，為什麼呢？這個時候就是 UIApplicationMain 內部默認開啟瞭主線程的 RunLoop，並執行瞭一段無限循環的代碼(不是簡單的 for 循 環或 while 循環)

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

 UIApplicationMain 函數一直沒有返回，而是不斷地接收處理消息以及等待休眠，所以運行程序之後會保 持持續運行狀態

// 偽代碼
int main(int argc, char * argv[]) {
    BOOL running = YES;
    do {
        //執行的事件
    } while(running)
  return 0;
}

一、Runloop的實現機制

RunLoop 通過 mach_msg()函數接收、發送消息。它的本質是調用函數 mach_msg_trap()，相當於是一 個系統調用，會觸發內核狀態切換。

在用戶態調用 時會切換到內核態;內核態中內核 實現的 mach_msg()函數會完成實際的工作。

二、Runloop 數據結構

是 CFRunLoop(CoreFoundation)的封裝，提供瞭面向對象的 API 相關的主要涉及五個類:

  • CFRunLoop：Runloop對象 （由 pthread(線程對象，說明 和線程是一一對應的)、currentMode(當前所處的運行模式)、 modes(多個運行模式的集合)、 (模式名稱字符串集合)、,Timer,Source 集合)構成）
  • CFRunLoopMode：運行模式（由 name、source0、source1、observers、timers 構成）
  • CFRunLoopSource：輸入源/事件源 （分為 source0 和 source1 兩種）
  • CFRunLoopTimer：定時源（基於時間的觸發器，基本上說的就是 NStimer。在預設的時間點喚醒 執行回調。因為它是基於 RunLoop 的，因此它不是實時的(就是 NStimer 是不準確的。 因為隻負責分發源的消息。如果 線程當前正在處理繁重的任務，就有可能導致 Timer 本次延時，或者少執行一次)）
  • CFRunLoopObserver：觀察者（對相關事件runloop的狀態進行監聽）

CFRunLoopSource分為兩種source0和source1詳解：

  • source0:
    即非基於 port 的，也就是用戶觸發的事件。需要手動喚醒線程，將當前線程從內核態切換到用戶 態
  • source1:
    基於 port 的，包含一個mach_port和一個回調，可監聽系統端口和通過內核和其他線程發送的消息能主動喚醒Runloop接受分發系統事件 具備喚醒事件的能力

CFRunLoopObserver監聽時間點詳細事件

  • kCFRunLoopEntry RunLoop 準備啟動
  • kCFRunLoopBeforeTimers RunLoop 將要處理一些 Timer 相關事件
  • kCFRunLoopBeforeSources RunLoop 將要處理一些 Source 事件
  • kCFRunLoopBeforeWaiting RunLoop 將要進行休眠狀態,即將由用戶態切換到內核態
  • kCFRunLoopAfterWaiting RunLoop 被喚醒，即從內核態切換到用戶態後
  • kCFRunLoopExit RunLoop 退出
  • kCFRunLoopAllActivities 監聽所有狀態

線程和 RunLoop 一一對應， RunLoop 和 Mode 是一對多的，Mode 和 source、timer、observer 也是一對多 的

三、實現機制

Runloop運行的大致邏輯是：

通知觀察者 RunLoop 即將啟動。

通知觀察者即將要處理 Timer 事件。

通知觀察者即將要處理 source0 事件。

處理 source0 事件。

如果基於端口的源(Source1)準備好並處於等待狀態，進入步驟 9。

通知觀察者線程即將進入休眠狀態。

將線程置於休眠狀態，由用戶態切換到內核態，直到下面的任一事件發生才喚醒線程。

  • 一個基於 port 的 Source1 的事件。
  • 一個 Timer 到時間瞭。
  • RunLoop 自身的超時時間到瞭。
  • 被其他調用者手動喚醒。

通知觀察者線程將被喚醒。

處理喚醒時收到的事件

  • 如果用戶定義的定時器啟動，處理定時器事件並重啟 RunLoop。進入步驟 2。
  • 如果輸入源啟動，傳遞相應的消息。
  • 如果 RunLoop 被顯示喚醒而且時間還沒超時，重啟 RunLoop。進入步驟 2

通知觀察者 RunLoop 結束。

觀察者observer 怎麼監聽Runloop，監聽的狀態

typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
    // 即將進入runloop
    kCFRunLoopEntry = (1UL << 0),
    // 即將處理timer
    kCFRunLoopBeforeTimers = (1UL << 1),
    // 即將處理source
    kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2),
    // 即將進入休眠
    kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5),
    // 休眠後喚醒
    kCFRunLoopAfterWaiting = (1UL << 6),
    // 退出runloop
    kCFRunLoopExit = (1UL << 7),
    // runloop所有活動
    kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU
};

四、runloop 和 線程

1、怎麼創建一個常駐線程？

  • 為當前線程開啟一個 RunLoop(第一次調用 [NSRunLoop currentRunLoop]方法時實際是會先去創建一 個 RunLoop)
  • 向當前 RunLoop 中添加一個 Port/Source 等維持 RunLoop 的事件循環(如果 RunLoop 的 mode 中一個 item 都沒有， runloop會退出)
  • 啟動該RunLoop
    NSRunLoop *runloop = [NSRunLoop currentRunLoop];
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:[NSMachPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
    [runloop run];

2、如果我們開辟一個新的線程 加入瞭定時器的 這個時候定時器是不會執行的，我們看下下面的代碼

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    NSLogMeth(@"1")
    ygweakify(self);
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        ygstrongify(self);
        NSLogMeth(@"2")
        [self performSelector: @selector(test) afterDelay:10];
        NSLogMeth(@"3")
    });
    NSLogMeth(@"4")
}
- (void)test {
    NSLogMeth(@"5")
}

答案是 1423，test 方法並不會執行。

原因是如果是帶 afterDelay 的延時函數，會在內部創建一個 NSTimer，然後添加到當前線程的 RunLoop 中。 也就是如果當前線程沒有開啟 RunLoop，該方法會失效。

我們再看另一個

    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        ygstrongify(self);
        NSLogMeth(@"2")
        [NSRunLoop currentRunLoop] run];
        [self performSelector: @selector(test) afterDelay:10];
        NSLogMeth(@"3")
    });
    NSLogMeth(@"4")
}

答案依然是 1423，test 方法並不會執行。

原因是如果 RunLoop 的 mode 中一個 item 都沒有，RunLoop 會退出。即在調用 RunLoop 的 run 方法後，由 於其 mode 中沒有添加任何 item 去維持 RunLoop 的時間循環，RunLoop 隨即還是會退出。 所以我們自己啟動 RunLoop，一定要在添加 item 後 所以我們把 開啟runloop的代碼 放在 延時方法之後 就好瞭

    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        ygstrongify(self);
        NSLogMeth(@"2")
        [self performSelector: @selector(test) afterDelay:10];
        [NSRunLoop currentRunLoop] run];
        NSLogMeth(@"3")
    });
    NSLogMeth(@"4")
}

這個時候test的方法就執行瞭

3、怎樣保證子線程數據回來更新 UI 的時候不打斷用戶的滑動操作?

當我們在子請求數據的同時滑動瀏覽當前頁面，如果數據請求成功要切回主線程更新 UI，那麼就會影響當 前正在滑動的體驗。
我們就可以將更新 UI 事件放在主線程的 上執行即可，這樣就會等用戶不再滑動頁 面，主線程 RunLoop 由 切換到 時再去更新 UI

[self performSelectorOnMainThread: @selector(readload) withObject:nil waitUntilDone:NO modes:@[NSDefaultRunLoopMode]];

4、NSTimer 在runloop中的關系

NSTimer其實就是 CFRunLoopTimerRef(基於時間的觸發器) ，他們之間是tool-free bridged 的。一個 NSTimer 註冊到RunLoop後， RunLoop會為其重復的時間點註冊好事件。例如 10:00, 10:10, 10:20 這幾個時間點。 RunLoop為瞭節省資源，並不會在非常準確的時間點回調這個 Timer。Timer 有個屬性叫做Tolerance(寬容度)，標示瞭當時間點到後，容許有多少最大誤差。

如果某個時間點被錯過瞭，例如執行瞭一個很長的任務，則那個時間點的回調也會跳過去，不會延後執行。就比如等公交，如果 10:10 時我忙著玩手機錯過瞭那個點的公交，那我隻能等 10:20 這一趟瞭。

CADisplayLink 是一個和屏幕刷新率一致的定時器(但實際實現原理更復雜，和 NSTimer 並不一樣， 其內部實際是操作瞭一個 Source)。如果在兩次屏幕刷新之間執行瞭一個長任務，那其中就會有一幀被 跳過去(和NSTimer相似)，造成界面卡頓的感覺。在快速滑動 TableView 時，即使一幀的卡頓也會 讓用戶有所察覺。 FaceBook開源的 AsyncDisplayLink 就是為瞭解決界面卡頓的問題，其內部也用 到瞭 RunLoop

五、異步繪制

異步繪制，就是可以在子線程把需要繪制的圖形，提前在子線程處理好。將準備好圖像數據直接返給主線程使用，這樣可以降低主線程的壓力。(一般情況下我們都是在主線程繪制的大傢可以作為瞭解，特殊情況下在處理研究)

異步繪制的過程:

要通過系統的 [view.delegate displayLayer:] 這個入口來實現異步繪制。

  • 代理負責生成對應的 Bitmap
  • 設置該 Bitmap 為 layer.contents 屬性的值。

以上就是iOS開發runloop運行循環機制學習的詳細內容，更多關於iOS runloop運行循環的資料請關註WalkonNet其它相關文章！

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