天天即时看！iOS开发runloop运行循环机制学习

来源：脚本之家时间：2022-07-21 09:56:29

引言

RunLoop：又叫运行循环机制，在iOS中的两大机制之一。并不是只有iOS有Runloop其他语言也有，他们的方式不太一样，但是核心都是为了解决性能和良好的运行，例如：webJs里Runloop也称作eventLoop，由于js没有多线程，在这样的情况做了一种调用栈来配合主线程运行。而在iOS里面runloop就不太一样，因为有多线程的原因，runloop是配合多线程使用的。每一个线程都对应一个runloop。

Runloop最核心的事情就是保证程序的持续运行让线程在没有消息的时候休眠，在有消息时唤醒，以提高程序性能。这个机制是依靠系统内核来完成的(苹果操作系统核心组件Darwin中的Mach)
概念：RunLoop是通过内部维护的事件循环(Event Loop)来对事件/消息进行管理的一个对象。

(相关资料图)

1、没有消息处理时，休眠已避免资源占用，由用户态切换到内核态(CPU-内核态和用户态)

2、有消息需要处理时，立刻被唤醒，由内核态切换到用户态

main函数是不会退出的，为什么呢？这个时候就是 UIApplicationMain内部默认开启了主线程的RunLoop，并执行了一段无限循环的代码(不是简单的 for 循环或 while 循环)

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

UIApplicationMain 函数一直没有返回，而是不断地接收处理消息以及等待休眠，所以运行程序之后会保持持续运行状态

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

一、Runloop的实现机制

RunLoop通过mach_msg()函数接收、发送消息。它的本质是调用函数mach_msg_trap()，相当于是一个系统调用，会触发内核状态切换。

在用户态调用时会切换到内核态;内核态中内核实现的mach_msg()函数会完成实际的工作。

二、Runloop 数据结构

是CFRunLoop(CoreFoundation)的封装，提供了面向对象的API相关的主要涉及五个类:

CFRunLoop：Runloop对象（由pthread(线程对象，说明和线程是一一对应的)、currentMode(当前所处的运行模式)、modes(多个运行模式的集合)、(模式名称字符串集合)、,Timer,Source集合)构成）CFRunLoopMode：运行模式（由name、source0、source1、observers、timers构成）CFRunLoopSource：输入源/事件源（分为source0和source1两种）CFRunLoopTimer：定时源（基于时间的触发器，基本上说的就是NStimer。在预设的时间点唤醒执行回调。因为它是基于RunLoop的，因此它不是实时的(就是NStimer 是不准确的。因为只负责分发源的消息。如果线程当前正在处理繁重的任务，就有可能导致Timer本次延时，或者少执行一次)）CFRunLoopObserver：观察者（对相关事件runloop的状态进行监听）

CFRunLoopSource分为两种source0和source1详解：

source0:
即非基于port的，也就是用户触发的事件。需要手动唤醒线程，将当前线程从内核态切换到用户态source1:
基于port的，包含一个mach_port和一个回调，可监听系统端口和通过内核和其他线程发送的消息能主动唤醒Runloop接受分发系统事件具备唤醒事件的能力

CFRunLoopObserver监听时间点详细事件

kCFRunLoopEntryRunLoop准备启动kCFRunLoopBeforeTimersRunLoop将要处理一些Timer相关事件kCFRunLoopBeforeSourcesRunLoop将要处理一些Source事件kCFRunLoopBeforeWaiting RunLoop将要进行休眠状态,即将由用户态切换到内核态kCFRunLoopAfterWaiting RunLoop被唤醒，即从内核态切换到用户态后kCFRunLoopExitRunLoop退出kCFRunLoopAllActivities监听所有状态

线程和RunLoop一一对应，RunLoop和Mode是一对多的，Mode和source、timer、observer也是一对多的

三、实现机制

Runloop运行的大致逻辑是：

通知观察者RunLoop即将启动。

通知观察者即将要处理Timer事件。

通知观察者即将要处理source0事件。

处理source0事件。

如果基于端口的源(Source1)准备好并处于等待状态，进入步骤9。

通知观察者线程即将进入休眠状态。

将线程置于休眠状态，由用户态切换到内核态，直到下面的任一事件发生才唤醒线程。

一个基于port的Source1的事件。一个Timer到时间了。RunLoop自身的超时时间到了。被其他调用者手动唤醒。

通知观察者线程将被唤醒。

处理唤醒时收到的事件

如果用户定义的定时器启动，处理定时器事件并重启RunLoop。进入步骤2。如果输入源启动，传递相应的消息。如果RunLoop被显示唤醒而且时间还没超时，重启RunLoop。进入步骤2

通知观察者RunLoop结束。

观察者observer 怎么监听Runloop，监听的状态

typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
    // 即将进入runloop
    kCFRunLoopEntry = (1UL << 0),
    // 即将处理timer
    kCFRunLoopBeforeTimers = (1UL << 1),
    // 即将处理source
    kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2),
    // 即将进入休眠
    kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5),
    // 休眠后唤醒
    kCFRunLoopAfterWaiting = (1UL << 6),
    // 退出runloop
    kCFRunLoopExit = (1UL << 7),
    // runloop所有活动
    kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU
};

四、runloop 和线程

1、怎么创建一个常驻线程？

为当前线程开启一个RunLoop(第一次调用 [NSRunLoop currentRunLoop]方法时实际是会先去创建一个RunLoop)向当前 RunLoop 中添加一个Port/Source 等维持 RunLoop 的事件循环(如果 RunLoop 的 mode 中一个 item 都没有，runloop会退出)启动该RunLoop

NSRunLoop *runloop = [NSRunLoop currentRunLoop];
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:[NSMachPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
    [runloop run];

2、如果我们开辟一个新的线程加入了定时器的这个时候定时器是不会执行的，我们看下下面的代码

- (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 方法并不会执行。

原因是如果是带 afterDelay 的延时函数，会在内部创建一个 NSTimer，然后添加到当前线程的 RunLoop 中。也就是如果当前线程没有开启 RunLoop，该方法会失效。

我们再看另一个

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 方法并不会执行。

原因是如果 RunLoop 的 mode 中一个 item 都没有，RunLoop 会退出。即在调用 RunLoop 的 run 方法后，由于其 mode 中没有添加任何 item 去维持 RunLoop 的时间循环，RunLoop 随即还是会退出。所以我们自己启动 RunLoop，一定要在添加 item 后所以我们把开启runloop的代码放在延时方法之后就好了

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")
}

这个时候test的方法就执行了

3、怎样保证子线程数据回来更新 UI 的时候不打断用户的滑动操作?

当我们在子请求数据的同时滑动浏览当前页面，如果数据请求成功要切回主线程更新 UI，那么就会影响当前正在滑动的体验。
我们就可以将更新 UI 事件放在主线程的上执行即可，这样就会等用户不再滑动页面，主线程RunLoop由切换到时再去更新 UI

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

4、NSTimer 在runloop中的关系

NSTimer其实就是 CFRunLoopTimerRef(基于时间的触发器) ，他们之间是tool-free bridged 的。一个NSTimer注册到RunLoop后，RunLoop会为其重复的时间点注册好事件。例如10:00,10:10,10:20这几个时间点。 RunLoop为了节省资源，并不会在非常准确的时间点回调这个Timer。Timer有个属性叫做Tolerance(宽容度)，标示了当时间点到后，容许有多少最大误差。

如果某个时间点被错过了，例如执行了一个很长的任务，则那个时间点的回调也会跳过去，不会延后执行。就比如等公交，如果10:10时我忙着玩手机错过了那个点的公交，那我只能等10:20这一趟了。

CADisplayLink是一个和屏幕刷新率一致的定时器(但实际实现原理更复杂，和NSTimer并不一样，其内部实际是操作了一个Source)。如果在两次屏幕刷新之间执行了一个长任务，那其中就会有一帧被跳过去(和NSTimer相似)，造成界面卡顿的感觉。在快速滑动TableView时，即使一帧的卡顿也会让用户有所察觉。 FaceBook开源的AsyncDisplayLink就是为了解决界面卡顿的问题，其内部也用到了RunLoop