iOS核心筆記——RunLoop-基礎

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1、RunLoop介紹：

?瞭解：RunLoop從字面意思看就是運行迴圈、跑圈，通常情況下，一個線程一次只能執行一個任務；任務執行完畢後線程就會進入消亡狀態隨之退出。有時候我們希望線程執行完任務之後還能隨時處理事件且不退出，所以，iOS提供了RunLoop。

1-1、什麼是RunLoop？

?重要：RunLoop實際上就是一個對象，RunLoop對象管理其需要處理的事件和訊息；RunLoop能夠讓線程在沒有處理訊息時進入休眠狀態以避免佔用資源、在監聽到事件來源發送的訊息時立刻喚醒線程。RunLoop提供了一個入口函數來實現運行迴圈，當線程執行該函數後，便會處於接收訊息->等待處理->處理的迴圈中，直到運行迴圈結束、RunLoop退出；RunLoop對象也隨之銷毀。

RunLoop迴圈邏輯：

?重要：在iOS程式中，mian函數中的UIApplicationMain()函數內部啟動了一個與主線程相關聯的RunLoop；所以，UIApplicationMain()函數一直沒有返回；保持程式持續運行。

RunLoop實現原理：

1-2、RunLoop對象：

?瞭解：蘋果不允許我們直接通過alloc、init方式建立線程中的RunLoop對象，只有在第一次訪問線程中的RunLoop對象時，RunLoop對象將以懶載入的形式建立，所以，iOS中提供了2套API來訪問和使用RunLoop。

1、Foundation架構：

1. NSRunLoop：在Foundation架構中，一個NSRunLoop對象就代表了一個線程中的運行迴圈。
   
2. 擷取方式：

類型	方式	備忘
當前線程	通過NSRunLoop的currentRunLoop類方法便能擷取到當前線程中的RunLoop對象	當前RunLoop對象可以是主線程中的RunLoop對象，也可以是子線程中的RunLoop對象，如果當前為子線程，則懶載入RunLoop對象之後需要手動調用run方法開啟運行迴圈
主線程	通過NSRunLoop的mainRunLoop類方法能夠擷取到主線程中的RunLoop對象	噹噹前線程為主線程時，mainRunLoop與currentRunLoop擷取到的是同一個對象

2、Core Foundation架構：

1. CFRunLoopRef：Core Foundation架構中，一個CFRunLoopRef對象就代表線程中的運行迴圈。
   
2. 擷取方式：

類型	方式	備忘
主線程	CFRunLoopGetMain()函數	擷取主線程中的RunLoop對象，程式運行時，自動建立並開啟
當前線程	CFRunLoopGetCurrent()函數	擷取當前線程中的RunLoop對象，如果當前為子線程，則懶載入RunLoop對象之後需要手動調用run方法開啟運行迴圈

1-3、RunLoop與線程：

1.    /// 全域的Dictionary，key 是 pthread_t， value 是 CFRunLoopRef  
2.    static CFMutableDictionaryRef loopsDic;  
3.    /// 訪問 loopsDic 時的鎖  
4.    static CFSpinLock_t loopsLock;  
5.
6.    /// 擷取一個 pthread 對應的 RunLoop。  
7.    CFRunLoopRef_CFRunLoopGet(pthread_t thread){  
8.        OSSpinLock Lock(&loopsLock);  
9.
10.        if(!loopsDic){  
11.            // 第一次進入時，初始化全域Dic，並先為主線程建立一個 RunLoop。  
12.            loopsDic = CFDictionaryCreateMutable();  
13.            CFRunLoopRef mainLoop = _CFRunLoopCreate();  
14.            CFDictionarySetValue(loopsDic, pthread_main_thread_np(), mainLoop);  
15.        }  
16.
17.        /// 直接從 Dictionary 裡擷取。  
18.        CFRunLoopRef loop = CFDictionaryGetValue(loopsDic, thread);  
19.
20.        if(!loop){  
21.            /// 取不到時，建立一個  
22.            loop = _CFRunLoopCreate();  
23.            CFDictionarySetValue(loopsDic, thread, loop);  
24.            /// 註冊一個回調，當線程銷毀時，順便也銷毀其對應的 RunLoop。  
25.            _CFSetTSD(..., thread, loop, __CFFinalizeRunLoop);  
26.        }  
27.
28.        OSSpinLockUnLock(&loopsLock);  
29.        returnloop;  
30.    }  
31.
32.    CFRunLoopRef CFRunLoopGetMain(){  
33.        return _CFRunLoopGet(pthread_main_thread_np());  
34.    }  
35.
36.    CFRunLoopRef CFRunLoopGetCurrent(){  
37.        return _CFRunLoopGet(pthread_self());  
38.    }  

?重要： CFRunLoop是基於pthread來管理的，線程和RunLoop之間是一一對應的，其關係是儲存在一個全域的Dictionary裡。線程剛建立時並沒有RunLoop，如果你不主動擷取，那它一直都不會有。RunLoop 的建立是發生在第一次擷取時，RunLoop 的銷毀是發生線上程結束時。只能在一個線程的內部擷取其 RunLoop（主線程除外）。

1-4、主線程與子線程：

?重要：在子線程中使用RunLoop時，最好在子線程中的任務中包一個自動釋放池（即：在子線程中的任務中手動添加@autoreleasepool，將任務包裹起來，避免記憶體泄露）。

1-5、RunLoop注意事項：

?瞭解：1、每條線程都有唯一一個與之對應的RunLoop對象；

?瞭解：2、主線程的RunLoop對象在程式啟動時已經自動建立完畢，並自動開啟運行迴圈；子線程的RunLoop對象需要主動訪問其RunLoop對象以懶載入的形式建立，並且，子線程的RunLoop對象需要調用start方法手動開啟；

?瞭解：3、RunLoop在第一次擷取時以懶載入的形式建立，線上程結束時銷毀。

?瞭解：4、RunLoop對象必須依賴線程，即：有線程才有RunLoop對象，沒有線程就沒有RunLoop對象；不能有RunLoop對象而沒有線程。

1-6、RunLoop學習：1、蘋果官方文檔：

RunLoop官方文檔介紹

2、CFRunLoopRef源碼：

CFRunLoop源碼

2、RunLoop對外介面：

?重要：在 CoreFoundation 裡面關於 RunLoop 有5個類:

CFRunLoopRef ：RunLoop對象
CFRunLoopModeRef ：RunLoop模式
CFRunLoopSourceRef ：RunLoop事件來源
CFRunLoopTimerRef ：RunLoop定時器
CFRunLoopObserverRef：RunLoop觀察者

其中，CFRunLoopModeRef 類並沒有對外暴露，只是通過 CFRunLoopRef 的介面進行了封裝。它們之間的關係如所示：

2-1、CFRunLoopRef：

?重要：1、一個 RunLoop 包含若干個 Mode，每個 Mode 又包含若干個 Source/Timer/Observer。每次調用 RunLoop 的主函數時，只能指定其中一個 Mode，這個Mode被稱作 CurrentMode。如果需要切換 Mode，只能退出 Loop，再重新指定一個 Mode 進入。這樣做主要是為了分隔開不同組的 Source/Timer/Observer，讓其互不影響。

?重要：2、RunLoop中的Source/Timer/Observer被統稱為mode item，一個 item 可以被同時加入多個mode。但一個 item被重複加入同一個mode時是不會有效果的。如果一個 mode 中一個item都沒有，則RunLoop會直接退出，不進入迴圈。

?瞭解：3、

2-2、CFRunLoopSourceRef：

?重要：CFRunLoopSourceRef是事件產生的地方，Source有兩個版本：Source0 和 Source1。

· Source0 ：非基於Post，只包含了一個回調（函數指標），它並不能主動觸發事件。使用時，你需要先調用 CFRunLoopSourceSignal(source)，將這個 Source 標記為待處理，然後手動調用 CFRunLoopWakeUp(runloop) 來喚醒 RunLoop，讓其處理這個事件。

· Source1 ：基於Port，包含了一個 mach_port 和一個回調（函數指標），被用於通過核心和其他線程相互發送訊息。這種 Source 能主動喚醒 RunLoop 的線程，其原理在下面會講到。

?瞭解：以前CFRunLoopSourceRef可分為：①Port-Based Sources；②Custom Input Sources；③Cocoa Perform Selector Sources。

基於事件來源的函數調用棧：

2-3、CFRunLoopTimerRef：

?重要：CFRunLoopTimerRef 是基於時間的觸發器，它和 NSTimer是toll-free bridged的，可以混用。其包含一個時間長度和一個回調（函數指標）。當其加入到 RunLoop 時，RunLoop會註冊對應的時間點，當時間點到時，RunLoop會被喚醒以執行那個回調。

2-4、CFRunLoopObserverRef：

?重要：CFRunLoopObserverRef是觀察者，每個Observer都包含了一個回調（函數指標），當RunLoop的狀態發生變化時，觀察者就能通過回調接受到這個變化。可以觀測的時間點有以下幾個：

1.typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
2.   kCFRunLoopEntry = (1UL << 0),  // 1 --- 即將進入RunLoop
3.   kCFRunLoopBeforeTimers = (1UL << 1),  // 2 --- 即將處理定時器
4.   kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2),  // 4 --- 即將處理Source
5.   kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5),  // 32 --- 即將進入休眠狀態
6.   kCFRunLoopAfterWaiting = (1UL << 6),  // 64 --- 喚醒RunLoop
7.   kCFRunLoopExit = (1UL << 7),  // 128 --- 即將退出RunLoop
8.   kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU // RunLoop所有狀態
9.};

?重要：給RunLoop對象設定觀察者：

步驟：①建立觀察者對象；②將觀察者對象設定為指定RunLoop對象的觀察者。

3、CFRunLoopModeRef：

?重要：CFRunLoopModeRef代表RunLoop的運行模式，一個 RunLoop 包含若干個 Mode，每個 Mode 又包含若干個 Source/Timer/Observer。每次調用 RunLoop 的主函數時，只能指定其中一個 Mode，這個Mode被稱作 CurrentMode。如果需要切換 Mode，只能退出 Loop，再重新指定一個 Mode 進入。這樣做主要是為了分隔開不同組的 Source/Timer/Observer，讓其互不影響。

3-1、CFRunLoopMode和CFRunLoop的結構大致如下：

CFRunLoopMode結構：

1.struct__CFRunLoopMode{  
2.    CFStringRef_name;            // Mode Name, 例如 @"kCFRunLoopDefaultMode"  
3.    CFMutableSetRef_sources0;    // Set<CFRunLoopSourceRef>  
4.    CFMutableSetRef_sources1;    // Set<CFRunLoopSourceRef>  
5.    CFMutableArrayRef_observers;// Array<CFRunLoopObserverRef>  
6.    CFMutableArrayRef_timers;    // Array<CFRunLoopTimerRef>  
7.        ...  
8.};  

CFRunLoop結構：

1.struct__CFRunLoop{  
2.      CFMutableSetRef_commonModes;  // Set<CFStringRef>  
3.      CFMutableSetRef_commonModeItems;  // Set<Source/Observer/Timer>  
4.      CFRunLoopModeRef_currentMode;  // Current Runloop Mode  
5.      CFMutableSetRef_modes;  // Set<CFRunLoopModeRef>  
6.        ...  
7.};  

3-2、RunLoop5種模式：

?重要： “CommonModes”：一個 Mode 可以將自已標幟為”Common”屬性（通過將其 ModeName 添加到 RunLoop 的 “commonModes” 中）。每當 RunLoop 的內容發生變化時，RunLoop 都會自動將 _commonModeItems 裡的 Source/Observer/Timer 同步到具有 “Common” 標記的所有Mode裡。

?瞭解：應用情境舉例：主線程的 RunLoop 裡有兩個預置的 Mode：kCFRunLoopDefaultMode 和 UITrackingRunLoopMode。這兩個 Mode 都已經被標記為”Common”屬性。DefaultMode 是 App 平時所處的狀態，TrackingRunLoopMode 是追蹤 ScrollView 滑動時的狀態。當你建立一個 Timer 並加到 DefaultMode 時，Timer 會得到重複回調，但此時滑動一個TableView時，RunLoop 會將 mode 切換為 TrackingRunLoopMode，這時 Timer 就不會被回調，並且也不會影響到滑動操作。有時你需要一個 Timer，在兩個 Mode 中都能得到回調，一種辦法就是將這個 Timer 分別加入這兩個 Mode。還有一種方式，就是將 Timer 加入到頂層的 RunLoop 的 “commonModeItems” 中。”commonModeItems” 被 RunLoop 自動更新到所有具有”Common”屬性的 Mode 裡去。
CFRunLoop對外暴露的管理 Mode 介面只有下面2個:

1.  CFRunLoopAddCommonMode(CFRunLoopRef runloop, CFStringRef modeName);  
2.  CFRunLoopRunInMode(CFStringRef modeName, ...);  
3.

Mode 暴露的管理 mode item 的介面有下面幾個：

1.  CFRunLoopAddSource(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopSourceRef source, CFStringRef modeName);  
2.
3.  CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopObserverRef observer, CFStringRef modeName);  
4.
5.  CFRunLoopAddTimer(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopTimerRef timer, CFStringRef mode);  
6.
7.  CFRunLoopRemoveSource(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopSourceRef source, CFStringRef modeName);  
8.
9.  CFRunLoopRemoveObserver(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopObserverRef observer, CFStringRef modeName);  
10.
11.  CFRunLoopRemoveTimer(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopTimerRef timer, CFStringRef mode);  

?重要：只能通過mode name來操作內部的mode，當傳入一個新的mode name時，但是，RunLoop內部沒有對應mode時，RunLoop會自動幫你建立對應的 CFRunLoopModeRef。對於一個RunLoop來說，其內部的mode只能增加不能刪除。蘋果公開提供的 Mode 有兩個：kCFRunLoopDefaultMode (NSDefaultRunLoopMode) 和 UITrackingRunLoopMode，可以用這兩個Mode Name來操作其對應的Mode。同時蘋果還提供了一個操作 Common 標記的字串：kCFRunLoopCommonModes (NSRunLoopCommonModes)，可以用這個字串來操作 Common Items，或標記一個 Mode 為 “Common”。使用時注意區分這個字串和其他 mode name。

3-3、RunLoop模式詳細介紹：

iOS核心筆記——RunLoop-基礎