RunLoop 原理及核心机制

RunLoop 原理及核心机制

从iOS开始就没有对RunLoop进行过深入的研究，非常惭愧。碰巧前阵子负责性能优化项目，需要利用RunLoop进行性能优化和性能测试，借此机会对RunLoop的原理和特点进行了深入的研究。

定义RunLoop

如果需要持续的异步任务，我们将创造一个独立的生命周期可控的过程。RunLoop是一种控制线程生命周期并接受事件处理的机制。

RunLoop是iOS事件响应和任务处理的核心机制，它贯穿整个iOS系统。

Foundation: NSRunLoop
Core Foundation: CFRunLoop 核心部分，代码开源，C 语言写作，跨平台

目的

通过RunLoop机制实现节能、平稳、快速响应、良好的客户体验。

理解

过程是一家工厂，过程是一条流水线，Run 在流水线上，Loop就是主管；当工厂收到商家的订单分配给这条流水线时，Run Loop开始了这条流水线，让流水线移动，进行生产；当产品完成后，Run Loop将暂时停止流水线，节约能源。
RunLoop管理流水线，流水线不会因为无所事事而被工厂销毁；而且不需要流水线的时候，RunLoop这个主管就会被解雇，也就是退出流程，释放全部资源。

RunLoop并不是iOS平台的专属概念，在任何平台的多线程编程中，Android的Looper都需要类似RunLoop的循环机制来实现，以控制线程的生命周期。

特点

• 当使用启动时，主线程的RunLoop将自动建立
• 另外一个过程需要在这个过程下自行启动。
• 无法建立自己的RunLoop
• RunLoop不是线程安全的，所以需要避免将RunLoop调用到其他过程中。
• 负责管理autoreleaseasease的RunLoop pools
• RunLoop负责处理消息事件，即输入源事件和记时器事件

RunLoop机制

主线程 (有 RunLoop 的进程) 几乎所有函数都是从以下六个函数中调整起来的：

• CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION
  CFRunloop is calling out to an abserver callback function
  用来向外界报告 RunLoop 当前状态的变化，框架中的许多机制都是由 RunLoopObserver 触发，如 CAAnimation
• CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_BLOCK
  CFRunloop is calling out to a block
  消息通知，perform，非延迟、调用dispatch，回调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延迟， 延迟dispatch调用
• CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE0__PERFORM_FUNCTION
  CFRunloop is calling out to a source 0 perform function
  处理App内部事件，App本身负责管理(触发)，例如UIEvent。、CFSocket。通用函数调用，系统调用
• 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驱动程序、CFMessagePort
• RunLoop 架构



• RunLoop 运行时

以下六种状态主要有：

• kCFRunLoopEntry -- 进入runloop循环循环循环
• kCFRunLoopBeforeTimers -- 定期调用前回调处理
• kCFRunLoopBeforeSources -- 处理input sources事件
• kCFRunLoopBeforeWaiting -- 睡前调用runloop
• kCFRunLoopAfterWaiting -- 唤起后调用runloop
• kCFRunLoopExit -- 退出runloop

RunLoop 运转时调用栈

• 运行主线程App时

• ObserverRunLoopAutorelease Pool的关系

UIKit 通过 RunLoopObserver 在 RunLoop 两次 Sleep 间对 Autorelease Pool 进行 Pop 和 Push 将这次 Loop 中产生的 Autorelease 目标释放。

• 挂起和唤起RunLoop

mach端口_port
调用mach_msg监控唤起端口，唤起前系统内核将此线程挂起，停留在mach_msg_trap状态。
这个端口的msg由另一个过程发送到核心后，trap状态被唤起，RunLoop继续工作。

消息事件支持RunLoop(Events)

• RunLoop

• 支持输入源的接收处理（Input Source）包括：

Mach系统 Port事件，是一种通信事件
定制输入事件

• 对处理定时源的支持（Timer）事件
• 启动RunLoop前，必须添加监控输入源事件或定时源事件，否则调用。[runloop run]将直接返回，而不进入循环使进程长驻。

如果没有添加任何输入源事件或Timer事件，过程将继续循环和空转，CPU时间片将永远占用，资源的合理分配将无法实现。
没有while循环，也没有添加任何输入源或Timer的过程，过程将直接完成，并被系统回收。

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

//正确的做法
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是流水线上支持生产的产品类型。流水线只能在一定时间内以一种模式运行，生产某种类型的产品。新闻事件是订单。
• Cocoa定义了四中Mode

Default：NSDefaultRunLoopMode，Run是默认的 当Loop没有指定Mode时，默认情况下，它会在Default上运行。 Mode下
Connection：NSConnectionReplyMode，对NSConnection事件进行监控处理。
Modal：NSModalPanelRunLoopMode，OS Modal面板事件X
Event tracking：UITrackingRunLoopMode，拖动事件
Common mode：NSRunLoopCommonModes，这是一种集合方式。当一个事件来源被绑定到这个模式集合时，它相当于绑定到集合中的每一种方式。

• RunLoop可以通过[acceptInputForMode:beforeDate:]和[runMode:beforeDate:]指定一段时间内的运行模式。如果没有指定，RunLoop默认会在Default下运行(runModede反复调用):NSDefaultRunLoopMode beforDate:）
• 启动主线程中的记时器Timer，然后拖动UITableView或UIScrollView，记时器不会执行。因为，为了更好的客户体验，Event在主线程中。 优先考虑tracking模式。客户拖动控件时，主线程的Run 在Event中运行Loop tracking 在Mode下，建立的Timer默认与Defaultt相关联。 Mode，所以系统不会立即执行Default 接受Mode下的事件。解决方法：

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应用实践

Run Loop主要有以下三个应用领域：

• 维持过程的生命周期，使过程不会自动退出，isFinished在Yes时退出。

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

• 建立一个长期的停留过程，执行一些将永远存在的任务。这个过程的生命周期和应用程序一样。

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

• 监控某一事件，或者在一定时间内执行某一任务的过程。
  下面的代码，在30分钟内，每30秒执行onTimerFired。:。这样的情况一般都会出现，比如我需要在使用之后，在一定的时间内不断更新某些数据。

@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];
         // 这儿主要是监控一个 port，目的就是让这个 Thread 不会回收
        [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;
}