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iOS---RunLoop深度剖析

前言

  • RunLoop是iOS/OS开发中比较基础的一个概念,在苹果开发中用在事件处理,延迟加载,屏幕刷新等功能的处理,其实抛开语言,RunLoop是一个的架构模式,也就是RunLoop不仅仅局限于iOS开发。

  • 网上有很多关于RunLoop的干货,但大多不怎么全,这位哥们的写的挺好的,挺详细的,基本上把要说的都说了,底层也研究的很细,本文基本上是转载他的,只是在它的基础上,基于我的知识水平补充了一些,原文: http://www.cocoachina.com/ios/20150601/11970.html

  • 官方有已经有 关于RunLoop的官方文档 ,英语的,不过网上已经有人把它翻译为中文了,大家可以去看看.

概念

  • 简单来说RunLoop是线程的基本架构模式,架构模式,架构模式-重要的事情说三遍,然并卵,具体怎么做呢,就是有事做事,没事睡觉,有事叫我,就这样,想看详细的自己看中文文档去,毕竟文档哪里已经写的好详细了,再板书就没意义了。

  • 分类(获取):苹果提供了两个途径来获取分别是Cocoe里面定义的NSRunLoop以及CoreFoundation里面定义的CFRunLoopRef。

    • CFRunLoopRef提供了纯C函数的API,所有这些API都是线程安全的。
    • NSRunLoop提供了面向对象的API,但这些API不是线程安全的。
  • 创建,苹果官方对CFRunLoopRef进行了开源,在这里 官方源码 下载就好,苹果官方不提供向我们平时那样子的新建对象的方法来获取NSRunLoop实例,但是可以通过[NSRunLoop getCurrentLoop]来创建,接下来看看具体是怎么创建的把,Show code!
// 全局字典,用来存放线程对应的RunLoop // key是线程,value是RunLoop实例,换言之线程与RunLoopRunLoop一一对应  static CFMutableDictionaryRef __CFRunLoops = NULL;  static CFSpinLock_t loopsLock = CFSpinLockInit;  // 当t == 0 的时候,代表主线程  CF_EXPORT CFRunLoopRef _CFRunLoopGet0(pthread_t t) { //  如果存进来的线程等于 0   if (pthread_equal(t, kNilPthreadT)) { //   那么当前线程等于主线程    t = pthread_main_thread_np();   } //  给操作加锁   __CFSpinLock(&loopsLock); //  如果当前RunLoop没有为空,创建。   if (!__CFRunLoops) {    __CFSpinUnlock(&loopsLock);    CFMutableDictionaryRef dict = CFDictionaryCreateMutable(kCFAllocatorSystemDefault, 0, NULL, &kCFTypeDictionaryValueCallBacks);    CFRunLoopRef mainLoop = __CFRunLoopCreate(pthread_main_thread_np()); //   把线程与RunLoop一一对应的存进字典    CFDictionarySetValue(dict, pthreadPointer(pthread_main_thread_np()), mainLoop);    if (!OSAtomicCompareAndSwapPtrBarrier(NULL, dict, (void * volatile *)&__CFRunLoops)) {     CFRelease(dict);    }    CFRelease(mainLoop);    __CFSpinLock(&loopsLock);   } //  获取当前线程的RunLoop   CFRunLoopRef loop = (CFRunLoopRef)CFDictionaryGetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t));   __CFSpinUnlock(&loopsLock); //  如果不是主线程并且之前没有创建,也即是为空   if (!loop) {    CFRunLoopRef newLoop = __CFRunLoopCreate(t);    __CFSpinLock(&loopsLock);    loop = (CFRunLoopRef)CFDictionaryGetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t));    if (!loop) { //    把当前子线程和创建的RunLoop一一对应的存进字典     CFDictionarySetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t), newLoop);     loop = newLoop;    }    // don't release run loops inside the loopsLock, because CFRunLoopDeallocate may end up taking it    __CFSpinUnlock(&loopsLock);    CFRelease(newLoop);   }   if (pthread_equal(t, pthread_self())) {    _CFSetTSD(__CFTSDKeyRunLoop, (void *)loop, NULL);    if (0 == _CFGetTSD(__CFTSDKeyRunLoopCntr)) {     _CFSetTSD(__CFTSDKeyRunLoopCntr, (void *)(PTHREAD_DESTRUCTOR_ITERATIONS-1), (void (*)(void *))__CFFinalizeRunLoop);    }   }   return loop;  } 
  • 上面是苹果开源的CFRunLoop中获取RunLoop的代码,简而言之就是,在调用这个方法要存进一个PThread(PThread提供了跨平台的管理多线程的API),利用这个PThread作为全局字典中的key,并创建与之对应的RunLoop作为Value.RunLoop在我们获取的时候创建,不获取不创建,主线程的RunLoop在一开始就自动创建。 简而言之,线程与RunLoop一一对应

对外接口

  • 在CoreFoundation里面关于RunLoop有5个类
    • CFRunLoopTimerRef
    • CFRunLoopObserverRef
    • CFRunLoopSourceRef
    • CFRunLoopRef
    • CFRunLoopModeRef

其中CFRunLoopModeRef类没有对外暴露,只是通过CFRunLoopRef接口进行了封装

  • 一个RunLoop包含若干个Mode,每个Mode又包含若干个source/Timer/Observer,如图。

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  • 每次调用RunLoop的主函数时,只能指定其中一个Mode作为CurrentMode(可以通过这个属性获取当前的Mode),只能退出Loop,在重新指定一个Mode进入。在这里需要清楚的是,系统默认注册了5个Mode

    • NSDefaultRunLoopMode:App默认Mode,当没有接收到ScrollView滚动是,主线程通常使用这个Mode
    • NSTrackingRunLoopMode:到接收到ScroolView或其子类的时候,主线程就会切换到这个模式下运行。

    • UIInitializationRunLoopMode:当App启动时使用的第一个Mode,当启动完成后不再使用。

    • NSRunLoopCommonModes,是一个tag,本质上不是一个Mode,默认NSDefaultRunLoopMode和NSTrackingRunLoopMode都绑定这个tag。(应用场景:有时候我们需要添加一个NSTimer在RunLoop,在这时需要制定一个Modes,现在的需求是:我们既要在默认模式下要监听,在滚动模式下也要监听,但只能制定一个模式,这是可以制定这个CommonMode)
    • GSEventReceiveRunLoopMode:接受系统内部的Mode,通常做不到。
    • 处理不同事件使用不同的Mode,可以最大限度的把性能的最大化处理不同分类的事件,提高性能。
  • CFRunLoopSourceRef:事件产生的地方,按照函数调用栈来分,Source的分类可以分为

    • Source0:非基于Port的,只包含一个回调(函数指针),他并不能主动触发事件。使用时,你需要先把这个Source标记为待处理,然后手动调用CFRunLoopWakeUp(RunLoop),然后再让它执行。
    • Source1:基于Port的,通过内核和其他线程通信分发的、系统事件。
    • 这里的Port是线程间通信的一种方式,简而言之,如果两个线程之间想通信,可以对方的Port来通信。
  • CFRunLoopTimerRef
    • 基于时间触发器,当其加入RunLoop时,RunLoop会注册对应的时间点,当时间点到,RunLoop会被唤醒执行里面的回调。
  • CFRunLoopObserverRef

    • 这是观察者,能够监听RunLoop的状态改变。
    • 可以监听的时间点有以下几个。

      /* Run Loop Observer Activities */ typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) { kCFRunLoopEntry = (1UL << 0),//即将进入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),//刚从休眠中唤醒 kCFRunLoopExit = (1UL << 7),//即将 退出Loop kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU };
    • 上面的Source/Timer/Observer被统称为mode item,一个item可以被同时加入多个mode。但一个item被重复加入同一个mode时不会有效果,如果一个item里面一个mode也没有,则RunLoop刚创建就被退出,不进入循环,这里在线程常驻的时候会讲到。
  • CFRunLoop对外暴露的管理Mode的接口只有下面2个

    CF_EXPORT SInt32 CFRunLoopRunInMode(CFStringRef mode, CFTimeInterval seconds, Boolean returnAfterSourceHandled); CF_EXPORT void CFRunLoopAddCommonMode(CFRunLoopRef rl, CFStringRef mode);
  • Mode暴露管理的mode item的接口有下面几个

   CFRunLoopAddSource(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopSourceRef source, CFStringRef modeName);     CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopObserverRef observer, CFStringRef modeName);     CFRunLoopAddTimer(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopTimerRef timer, CFStringRef mode);     CFRunLoopRemoveSource(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopSourceRef source, CFStringRef modeName);     CFRunLoopRemoveObserver(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopObserverRef observer, CFStringRef modeName);     CFRunLoopRemoveTimer(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopTimerRef timer, CFStringRef mode);
  • 你只能通过mode name来操作内部的mode,当你传入一个的mode name没有对应的mode.RunLoop会自动帮你创建对应的CFRunLoopModeRef。对于一个RunLoop来说,其内部的mode只能增加不能删除。

RunLoop的内部逻辑

  • RunLoop内部的逻辑大致如下

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  • 其内部代码整理如下
/// 用DefaultMode启动 void CFRunLoopRun(void) {  CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopGetCurrent(), kCFRunLoopDefaultMode, 1.0e10, false); } /// 用指定的Mode启动,允许设置RunLoop超时时间 int CFRunLoopRunInMode(CFStringRef modeName, CFTimeInterval seconds, Boolean stopAfterHandle) {  return CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopGetCurrent(), modeName, seconds, returnAfterSourceHandled); } /// RunLoop的实现 int CFRunLoopRunSpecific(runloop, modeName, seconds, stopAfterHandle) {  /// 首先根据modeName找到对应mode  CFRunLoopModeRef currentMode = __CFRunLoopFindMode(runloop, modeName, false);  /// 如果mode里没有source/timer/observer, 直接返回。  if (__CFRunLoopModeIsEmpty(currentMode)) return;  /// 1. 通知 Observers: RunLoop 即将进入 loop。  __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopEntry);  /// 内部函数,进入loop  __CFRunLoopRun(runloop, currentMode, seconds, returnAfterSourceHandled) {   Boolean sourceHandledThisLoop = NO;   int retVal = 0;   do {    /// 2. 通知 Observers: RunLoop 即将触发 Timer 回调。    __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeTimers);    /// 3. 通知 Observers: RunLoop 即将触发 Source0 (非port) 回调。    __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeSources);    /// 执行被加入的block    __CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode);    /// 4. RunLoop 触发 Source0 (非port) 回调。    sourceHandledThisLoop = __CFRunLoopDoSources0(runloop, currentMode, stopAfterHandle);    /// 执行被加入的block    __CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode);    /// 5. 如果有 Source1 (基于port) 处于 ready 状态,直接处理这个 Source1 然后跳转去处理消息。    if (__Source0DidDispatchPortLastTime) {     Boolean hasMsg = __CFRunLoopServiceMachPort(dispatchPort, &msg)     if (hasMsg) goto handle_msg;    }    /// 通知 Observers: RunLoop 的线程即将进入休眠(sleep)。    if (!sourceHandledThisLoop) {     __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeWaiting);    }    /// 7. 调用 mach_msg 等待接受 mach_port 的消息。线程将进入休眠, 直到被下面某一个事件唤醒。    /// ? 一个基于 port 的Source 的事件。    /// ? 一个 Timer 到时间了    /// ? RunLoop 自身的超时时间到了    /// ? 被其他什么调用者手动唤醒    __CFRunLoopServiceMachPort(waitSet, &msg, sizeof(msg_buffer), &livePort) {     mach_msg(msg, MACH_RCV_MSG, port); // thread wait for receive msg    }    /// 8. 通知 Observers: RunLoop 的线程刚刚被唤醒了。    __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopAfterWaiting);    /// 收到消息,处理消息。    handle_msg:    /// 9.1 如果一个 Timer 到时间了,触发这个Timer的回调。    if (msg_is_timer) {     __CFRunLoopDoTimers(runloop, currentMode, mach_absolute_time())    }    /// 9.2 如果有dispatch到main_queue的block,执行block。    else if (msg_is_dispatch) {     __CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__(msg);    }    /// 9.3 如果一个 Source1 (基于port) 发出事件了,处理这个事件    else {     CFRunLoopSourceRef source1 = __CFRunLoopModeFindSourceForMachPort(runloop, currentMode, livePort);     sourceHandledThisLoop = __CFRunLoopDoSource1(runloop, currentMode, source1, msg);     if (sourceHandledThisLoop) {      mach_msg(reply, MACH_SEND_MSG, reply);     }    }    /// 执行加入到Loop的block    __CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode);    if (sourceHandledThisLoop && stopAfterHandle) {     /// 进入loop时参数说处理完事件就返回。     retVal = kCFRunLoopRunHandledSource;    } else if (timeout) {     /// 超出传入参数标记的超时时间了     retVal = kCFRunLoopRunTimedOut;    } else if (__CFRunLoopIsStopped(runloop)) {     /// 被外部调用者强制停止了     retVal = kCFRunLoopRunStopped;    } else if (__CFRunLoopModeIsEmpty(runloop, currentMode)) {     /// source/timer/observer一个都没有了     retVal = kCFRunLoopRunFinished;    }    /// 如果没超时,mode里没空,loop也没被停止,那继续loop。   } while (retVal == 0);  }  /// 10. 通知 Observers: RunLoop 即将退出。  __CFRunLoopDoObservers(rl, currentMode, kCFRunLoopExit); } 
  • 可以看到,实际上 RunLoop就是这样一个函数,其内部是一个 do-while 循环。当你调用CFRunLoopRun()时,线程就会一直停留在这个循环里;直到超时或被手动停止,该函数才会返回。

底层实现

  • 从上面代码可以看到,RunLoop 的核心是基于 mach port 的,其进入休眠时调用的函数是mach_msg()。为了解释这个逻辑,下面稍微介绍一下 OSX/iOS 的系统架构

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  • 苹果官方将整个系统大致划分为上述4个层次:
    • 应用层包括用户能接触到的图形应用,例如 Spotlight、Aqua、SpringBoard 等。
    • 应用框架层即开发人员接触到的 Cocoa 等框架。
    • 核心框架层包括各种核心框架、OpenGL 等内容。
    • Darwin 即操作系统的核心,包括系统内核、驱动、Shell 等内容,这一层是开源的,其所有源码都可以在 苹果开源源码 里找到。
  • 我们在深入看一下 Darwin 这个核心的架构:

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  • 其中,在硬件层上面的三个组成部分:Mach、BSD、IOKit (还包括一些上面没标注的内容),共同组成了 XNU 内核
  • XNU 内核的内环被称作Mach,其作为一个微内核,仅提供了诸如处理器调度、IPC (进程间通信)等非常少量的基础服务。
  • BSD 层可以看作围绕Mach层的一个外环,其提供了诸如进程管理、文件系统和网络等功能。
  • IOKit 层是为设备驱动提供了一个面向对象(C++)的一个框架。
  • Mach 本身提供的 API 非常有限,而且苹果也不鼓励使用 Mach 的 API,但是这些API非常基础,如果没有这些API的话,其他任何工作都无法实施。在Mach中,所有的东西都是通过自己的对象实现的,进程、线程和虚拟内存都被称为"对象"。和其他架构不同, Mach 的对象间不能直接调用,只能通过消息传递的方式实现对象间的通信。"消息"是Mach中最基础的概念,消息在两个端口 (port) 之间传递,这就是 Mach 的 IPC (进程间通信) 的核心。
  • Mach 的消息定义是在头文件的,很简单:
    typedef struct {   mach_msg_header_t header;   mach_msg_body_t body;     } mach_msg_base_t;  typedef struct {   mach_msg_bits_t msgh_bits;   mach_msg_size_t msgh_size;   mach_port_t msgh_remote_port;   mach_port_t msgh_local_port;   mach_port_name_t msgh_voucher_port;   mach_msg_id_t msgh_id;     } mach_msg_header_t;
  一条 Mach 消息实际上就是一个二进制数据包(BLOB),其头部定义了当前端口 local_port 和目标端口 remote_port。
  • 发送和接受消息是通过同一个API进行的,其option标记了消息传递的方向:

    mach_msg_return_t mach_msg( mach_msg_header_t *msg, mach_msg_option_t option, mach_msg_size_t send_size, mach_msg_size_t rcv_size, mach_port_name_t rcv_name, mach_msg_timeout_t timeout, mach_port_name_t notify);
    • 为了实现消息的发送和接收,mach_msg()函数实际上是调用了一个 Mach 陷阱(trap),即函数ach_msg_trap(),陷阱这个概念在Mach中等同于系统调用。当你在用户态调用mach_msg_trap()时会触发陷阱机制,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,如下图:

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  • RunLoop 的核心就是一个mach_msg()(见上面代码的第7步),RunLoop 调用这个函数去接收消息,如果没有别人发送 port 消息过来,内核会将线程置于等待状态。例如你在模拟器里跑起一个 iOS 的 App,然后在App静止时点击暂停,你会看到主线程调用栈是停留在 mach_msg_trap() 这个地
  • 当 RunLoop进行回调时,一般都是通过一个很长的函数调用出去 (call out),当你在你的代码中下断点调试时,通常能在调用栈上看到这些函数。下面是这几个函数的整理版本,如果你在调用栈中看到这些长函数名,在这里查找一下就能定位到具体的调用地点了:
{ /// 1. 通知Observers,即将进入RunLoop /// 此处有Observer会创建AutoreleasePool:       _objc_autoreleasePoolPush(); __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION_ _(kCFRunLoopEntry); do {  /// 2. 通知 Observers: 即将触发 Timer 回调。  __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopBeforeTimers);  /// 3. 通知 Observers: 即将触发 Source (非基于port的,Source0) 回调。  __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopBeforeSources);  __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_BLOCK__(block);  /// 4. 触发 Source0 (非基于port的) 回调。  __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE0_PERFORM_FUNCTION__(source0);  __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_BLOCK__(block);  /// 6. 通知Observers,即将进入休眠  /// 此处有Observer释放并新建AutoreleasePool:  _objc_autoreleasePoolPop(); _objc_autoreleasePoolPush();  __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopBeforeWaiting);  /// 7. sleep to wait msg.  mach_msg() -> mach_msg_trap();  /// 8. 通知Observers,线程被唤醒  __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopAfterWaiting);  /// 9. 如果是被Timer唤醒的,回调Timer  __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_TIMER_CALLBACK_FUNCTION__(timer);  /// 9. 如果是被dispatch唤醒的,执行所有调用 dispatch_async 等方法放入main queue 的 block  __CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__(dispatched_block);  /// 9. 如果如果Runloop是被 Source1 (基于port的) 的事件唤醒了,处理这个事件  __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE1_PERFORM_FUNCTION__(source1); } while (...); /// 10. 通知Observers,即将退出RunLoop /// 此处有Observer释放AutoreleasePool: _objc_autoreleasePoolPop(); __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopExit); } 

RunLoop 的实际应用举例

AutoreleasePool
  • App启动后,苹果在主线程 RunLoop 里注册了两个 Observer,其回调都是 _wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler()。

  • 第一个 Observer监视的事件是Entry(即将进入Loop),其回调内会调用 _objc_autoreleasePoolPush()创建自动释放池。其order是-2147483647,优先级最高,保证创建释放池发生在其他所有回调之前。

  • 第二个 Observer 监视了两个事件: BeforeWaiting(准备进入休眠) 时调用_objc_autoreleasePoolPop() 和 _objc_autoreleasePoolPush() 释放旧的池并创建新池;Exit(即将退出Loop)时调用_objc_autoreleasePoolPop() 来释放自动释放池。这个Observer的order是2147483647,优先级最低,保证其释放池子发生在其他所有回调之后

  • 在主线程执行的代码,通常是写在诸如事件回调、Timer回调内的。这些回调会被 RunLoop创建好的AutoreleasePool环绕着,所以不会出现内存泄漏,开发者也不必显示创建 Pool 了。

事件响应
  • 苹果注册了一个Source1(基于machport的)用来接收系统事件,其回调函数为 __IOHIDEventSystemClientQueueCallback()。

  • 当一个硬件事件(触摸/锁屏/摇晃等)发生后,首先由IOKit.framework 生成一个 IOHIDEvent事件并由SpringBoard接收。这个过程的详细情况可以参考这里。SpringBoard只接收按键(锁屏/静音等),触摸,加速,接近传感器等几种 Event,随后用macport转发给需要的App进程。随后苹果注册的那个 Source1 就会触发回调,并调用_UIApplicationHandleEventQueue() 进行应用内部的分发。

  • _UIApplicationHandleEventQueue() 会把 IOHIDEvent 处理并包装成 UIEvent 进行处理或分发,其中包括识别UIGesture/处理屏幕旋转/发送给 UIWindow 等。通常事件比如UIButton点击、touchesBegin/Move/End/Cancel 事件都是在这个回调中完成的。

手势识别
  • 当上面的 _UIApplicationHandleEventQueue()识别了一个手势时,其首先会调用 Cancel 将当前的touchesBegin/Move/End系列回调打断。随后系统将对应的 UIGestureRecognizer 标记为待处理。

    • 苹果注册了一个 Observer 监测 BeforeWaiting(Loop即将进入休眠) 事件,这个Observer的回调函数是_UIGestureRecognizerUpdateObserver(),其内部会获取所有刚被标记为待处理的GestureRecognizer,并执行GestureRecognizer的回调。
  • 当有 UIGestureRecognizer的变化(创建/销毁/状态改变)时,这个回调都会进行相应处理。

界面更新
  • 当在操作 UI 时,比如改变了 Frame、更新了 UIView/CALayer 层次时,或者手动调用了UIView/CALayer的setNeedsLayout/setNeedsDisplay方法后,这个 UIView/CALayer就被标记为待处理,并被提交到一个全局的容器去。

  • 苹果注册了一个 Observer 监听 BeforeWaiting(即将进入休眠) 和 Exit (即将退出Loop) 事件,回调去执行一个很长的函数:

  • _ZN2CA11Transaction17observer_callbackEP19__CFRunLoopObservermPv()。这个函数里会遍历所有待处理的UIView/CAlayer以执行实际的绘制和调整,并更新 UI 界面。

  • 这个函数内部的调用栈大概是这样的:

_ZN2CA11Transaction17observer_callbackEP19__CFRunLoopObservermPv() QuartzCore:CA::Transaction::observer_callback:  CA::Transaction::commit();   CA::Context::commit_transaction();    CA::Layer::layout_and_display_if_needed();     CA::Layer::layout_if_needed();      [CALayer layoutSublayers];       [UIView layoutSubviews];     CA::Layer::display_if_needed();      [CALayer display];       [UIView drawRect]; 
定时器
  • NSTimer 其实就是 CFRunLoopTimerRef,他们之间是 toll-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。

  • 解决方案:如果有某些需求或者有强迫症的同学一定要做到时刻准确,那么可以用GCD的定时器来实现(下面应用场景会有讲到)。

PerformSelecter(利用RunLoop常驻线程)
  • 当调用 NSObject的performSelecter:afterDelay:后,实际上其内部会创建一个 Timer 并添加到当前线程的RunLoop中。所以如果当前线程没有 RunLoop,则这个方法会失效。

  • 当调用 performSelector:onThread: 时,实际上其会创建一个 Timer 加到对应的线程去,同样的,如果对应线程没有RunLoop该方法也会失效。

    GCD
  • 实际上 RunLoop 底层也会用到 GCD 的东西,比如 RunLoop 是用 dispatch_source_t 实现的 Timer。但同时 GCD提供的某些接口也用到了 RunLoop, 例如 dispatch_async()。

  • 当调用 dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), block) 时,libDispatch 会向主线程的RunLoop发送消息,RunLoop会被唤醒,并从消息中取得这个 block,并在回调

  • CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE()里执行这个 block。但这个逻辑仅限于dispatch到主线程,dispatch到其他线程仍然是由 libDispatch 处理的。

关于网络请求
  • iOS 中,关于网络请求的接口自下至上有如下几层:
CFSocket CFNetwork       ->ASIHttpRequest NSURLConnection ->AFNetworking NSURLSession    ->AFNetworking2, Alamofire
    • CFSocket 是最底层的接口,只负责 socket 通信。

    • CFNetwork 是基于 CFSocket 等接口的上层封装,ASIHttpRequest 工作于这一层。

    • NSURLConnection是基于CFNetwork的更高层的封装,提供面向对象的接口,AFNetworking 工作于这一层

    • NSURLSession 是iOS7中新增的接口,表面上是和NSURLConnection 并列的,但底层仍然用到了

  • 下面主要介绍下 NSURLConnection 的工作过程。

    • 通常使用 NSURLConnection 时,你会传入一个Delegate,当调用了 [connection start]后,这个Delegate会不停收到事件回调。实际上, start这个函数的内部会会获取CurrentRunLoop ,然后在其中的DefaultMode添加了4个 Source0(即需要手动触发的Source)。CFMultiplexerSource是负责各种 Delegate回调的,CFHTTPCookieStorage是处理各种Cookie 的。

    • 当开始网络传输时,我们可以看到NSURLConnection创建了两个新线程:com.apple.NSURLConnectionLoader和com.apple.CFSocket.private。其中 CFSocket程是处理底层socket连接的。NSURLConnectionLoader 这个线程内部会使用RunLoop来接收底层socket的事件,并通过之前添加的 Source0 通知到上层的 Delegate。

iOS---RunLoop深度剖析

  • NSURLConnectionLoader 中的 RunLoop 通过一些基于 mach port 的 Source 接收来自底层CFSocket的通知。当收到通知后,其会在合适的时机向 CFMultiplexerSource等Source0发送通知,同时唤醒 Delegate 线程的RunLoop来让其处理这些通知。CFMultiplexerSource 会在 Delegate 线程的 RunLoop 对Delegate执行实际的回调。
AFNetworking
  • AFURLConnectionOperation这个类是基于NSURLConnection构建的,其希望能在后台线程接收Delegate回调。为此AFNetworking独创建了一个线程,并在这个线程中启动了一个 RunLoop:
+ (void)networkRequestThreadEntryPoint:(id)__unused object {  @autoreleasepool {   [[NSThread currentThread] setName:@"AFNetworking"];   NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];   [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; } 
  • RunLoop 启动前内部必须要有至少一个item(Obsever除外) ,所以 AFNetworking在[runLooprun]之前先创建了一个新的NSMachPort 添加进去了。通常情况下,调用者需要持有这个NSMachPort(mach_port) 并在外部线程通过这个port发送消息到loop内;但此处添加 port 只是为了让RunLoop不至于退出,并没有用于实际的发送消息
- (void)start {  [self.lock lock];  if ([self isCancelled]) {   [self performSelector:@selector(cancelConnection) onThread:[[self class] networkRequestThread] withObject:nil waitUntilDone:NO modes:[self.runLoopModes allObjects]];  } else if ([self isReady]) {   self.state = AFOperationExecutingState;   [self performSelector:@selector(operationDidStart) onThread:[[self class] networkRequestThread] withObject:nil waitUntilDone:NO modes:[self.runLoopModes allObjects]];  }  [self.lock unlock]; } 
  • 注意 RunLoop 启动前内部必须要有至少一个item ,虽然Obsever也是item的一种,但是只会等待Timer和Source ,Timer是因为有回调,Source是会接收事件,所以当RunLoop里面有Timer或者Source的时候,RunLoop会等待里面的item(除Obsever以外) 主动 给他发消息,然后Oberver 被动 的接收RunLoop发送过来的消息,亦即是说,能主动给RunLoop发消息的item会让RunLoop跑起来并且不退出。
    CFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreateWithHandler(CFAllocatorGetDefault(), kCFRunLoopAllActivities, YES, 0, ^(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity) {      });     CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetCurrent(), observer, kCFRunLoopDefaultMode);     [[NSRunLoop currentRunLoop] run];
  • 当需要这个后台线程执行任务时,AFNetworking 通过调用[NSObject performSelector:onThread:..] 将这个任务扔到了后台线程的 RunLoop 中。
AsyncDisplayKit
  • AsyncDisplayKit是Facebook推出的用于保持界面流畅性的框架,其原理大致如下:

    • UI 线程中一旦出现繁重的任务就会导致界面卡顿,这类任务通常分为3类:排版,绘制,UI对象操作。

    • 排版通常包括计算视图大小、计算文本高度、重新计算子式图的排版等操作

    • 绘制一般有文本绘制 (例如 CoreText)、图片绘制 (例如预先解压)、元素绘制 (Quartz)等操作。

    • UI对象操作通常包括 UIView/CALayer 等 UI 对象的创建、设置属性和销毁。

  • 其中前两类操作可以通过各种方法扔到后台线程执行,而最后一类操作只能在主线程完成,并且有时后面的操作需要依赖前面操作的结果 (例如TextView创建时可能需要提前计算出文本的大小)。ASDK 所做的,就是尽量将能放入后台的任务放入后台,不能的则尽量推迟 (例如视图的创建、属性的调整)。

  • 为此,ASDK 创建了一个名为 ASDisplayNode 的对象,并在内部封装了 UIView/CALayer,它具有和 UIView/CALayer 相似的属性,例如 frame、backgroundColor等。所有这些属性都可以在后台线程更改,开发者可以只通过 Node 来操作其内部的 UIView/CALayer,这样就可以将排版和绘制放入了后台线程。但是无论怎么操作,这些属性总需要在某个时刻同步到主线程的 UIView/CALayer 去。

  • ASDK 仿照 QuartzCore/UIKit 框架的模式,实现了一套类似的界面更新的机制:即在主线程的 RunLoop 中添加一个 Observer,监听了 kCFRunLoopBeforeWaiting 和 kCFRunLoopExit 事件,在收到回调时,遍历所有之前放入队列的待处理的任务,然后一一执行。

常驻线程
  • 有这么一个需求,我们要在子线程中没接收一个事件就调用一次方法。但是子线程在完成任务后就销毁,全局变量强引用?试试
- (void)viewDidLoad {  [super viewDidLoad];  NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run:) object:@"etund"];  self.thread = thread;  NSLog(@"-----%p",[NSRunLoop currentRunLoop]);  [self.thread start]; } - (void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event{  [self performSelector:@selector(test) onThread:self.thread withObject:nil waitUntilDone:NO]; } - (void)run:(NSString *)name{  NSLog(@"=========="); } - (void)test{  NSLog(@"------------------"); } 

结果不能执行,这里要清楚线程的5个状态,新建,就绪,运行,阻塞,死亡。意思就是就算你是强引用一个子线程,但是他执行完任务就已经处于死亡状态了,只是他还存储在内存 那么现在分析一下。

- 想在子线程中不断执行任务,必须保证子线不处于死亡状态 - 但是子线程执行完一次任务就进入死亡状态 - 那我们可以把线程停留在进入死亡状态之前,这里可以用RunLoop
  • 我们可以在线程初始化的时候执行的方法中给他创建一个运行时RunLoop,这是他就可以不断接收source,也就是这样
- (void)run:(NSString *)name{     [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:[[NSPort alloc] init] forMode:NSDefaultRunLoopMode]; // 1     [[NSRunLoop currentRunLoop] run]; }

注意:上面第一行代码必须加上,因为一个RunLoop里面必须有至少一个item(Obsever除外)

GCD定时器
  • 有这么一个需求,需要这么一个定时器,误差几乎为0的定时器,但是无论是NSTimer还是CGDisplayLink都会有误差,而且误差都比较大,这是我们可以用GCD来实现定时器,实际上,上面已经说了,RunLoop底层也是调用GCD的source来实现NSTimer的,只是NSTimer还受mode的影响,下面来看看怎么用GCD实现
// 获取队列  dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue(); // 创建定时器  self.timer = dispatch_source_create(DISPATCH_SOURCE_TYPE_TIMER, 0, 0, queue); // 设置定时器属性(什么时候开始,间隔多大) // 定义开始时间  dispatch_time_t start = dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(1.0 * NSEC_PER_SEC)); // 定义时间间隔  uint64_t interver = (uint64_t)(1.0 * NSEC_PER_SEC); // 设置开始时间和时间间隔  dispatch_source_set_timer(self.timer, start,interver, 0); // 设置回调  dispatch_source_set_event_handler(self.timer, ^{   NSLog(@"==================") ;  }); //  dispatch_cancel(self.timer); //  self.timer = nil; // 取消定时器 // 启动定时器  dispatch_resume(self.timer); 
正文到此结束
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