Objective-C之run loop詳解［轉］

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做了一年多的IOS開發，對IOS和Objective-C深層次的瞭解還十分有限，大多還停留在會用API的層級，這是件挺可悲的事情。想學好一門語言還是需要深層次的瞭解它，這樣才能在使用的時候得心應手，出現各種怪異的問題時不至於不知所措。廢話少說，進入今天的正題。

不知道大家有沒有想過這個問題，一個應用開始運行以後放在那裡，如果不對它進行任何操作，這個應用就像靜止了一樣，不會自發的有任何動作發生，但是如果我們點擊介面上的一個按鈕，這個時候就會有對應的按鈕響應事件發生。給我們的感覺就像應用一直處於隨時待命的狀態，在沒人操作的時候它一直在休息，在讓它幹活的時候，它就能立刻響應。其實，這就是run loop的功勞。

一、線程與run loop

1.1 線程任務的類型

再來說說線程。有些線程執行的任務是一條直線，起點到終點；而另一些線程要乾的活則是一個圓，不斷迴圈，直到通過某種方式將它終止。直線線程如簡單的Hello World，運行列印完,它的生命週期便結束了，像曇花一現那樣；圓類型的如作業系統，一直運行直到你關機。在IOS中，圓型的線程就是通過run loop不停的迴圈實現的。

1.2 線程與run loop的關係

Run loop，正如其名，loop表示某種迴圈，和run放在一起就表示一直在運行著的迴圈。實際上，run loop和線程是緊密相連的，可以這樣說run loop是為了線程而生，沒有線程，它就沒有存在的必要。Run loops是線程的基礎架構部分，Cocoa和CoreFundation都提供了run loop對象方便配置和管理線程的run loop（以下都已Cocoa為例）。每個線程，包括程式的主線程（main thread）都有與之相應的run loop對象。

1.2.1 主線程的run loop預設是啟動的。

iOS的應用程式裡面，程式啟動後會有一個如下的main() 函數：

     int main(int argc, char *argv[])

     {

            @autoreleasepool {

              return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([appDelegate class]));

           }

  }

重點是UIApplicationMain() 函數，這個方法會為main thread 設定一個NSRunLoop 對象，這就解釋了本文開始說的為什麼我們的應用可以在無人操作的時候休息，需要讓它幹活的時候又能立馬響應。

1.2.2 對其它線程來說，run loop預設是沒有啟動的，如果你需要更多的線程互動則可以手動設定和啟動，如果線程只是去執行一個長時間的已確定的任務則不需要。

1.2.3 在任何一個Cocoa程式的線程中，都可以通過：

NSRunLoop   *runloop = [NSRunLoop currentRunLoop];

來擷取到當前線程的run loop。

1.3 關於run loop的幾點說明

1.3.1 Cocoa中的NSRunLoop類並不是安全執行緒的

我們不能再一個線程中去操作另外一個線程的run loop對象，那很可能會造成意想不到的後果。不過幸運的是CoreFundation中的不透明類CFRunLoopRef是安全執行緒的，而且兩種類型的run loop完全可以混合使用。Cocoa中的NSRunLoop類可以通過執行個體方法：

- (CFRunLoopRef)getCFRunLoop;

擷取對應的CFRunLoopRef類，來達到安全執行緒的目的。

1.3.2 Run loop的管理並不完全是自動的。

我們仍必須設計線程代碼以在適當的時候啟動run loop並正確響應輸入事件，當然前提是線程中需要用到run loop。而且，我們還需要使用while/for語句來驅動run loop能夠迴圈運行，下面的代碼就成功驅動了一個run loop：

     BOOL isRunning = NO;

      do {

            isRunning = [[NSRunLoop currentRunLoop] runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate:[NSDatedistantFuture]];

     } while (isRunning);

1.3.3 Run loop同時也負責autorelease pool的建立和釋放

在使用手動的記憶體管理方式的項目中，會經常用到很多自動釋放的對象，如果這些對象不能夠被即時釋放掉，會造成記憶體佔用量急劇增大。Run loop就為我們做了這樣的工作，每當一個運行迴圈結束的時候，它都會釋放一次autorelease pool，同時pool中的所有自動釋放類型變數都會被釋放掉。

1.3.4 Run loop的優點

一個run loop就是一個事件處理迴圈，用來不停的監聽和處理輸入事件並將其分配到對應的目標上進行處理。如果僅僅是想實現這個功能，你可能會想一個簡單的while迴圈不就可以實現了嗎，用得著費老大勁來做個那麼複雜的機制？顯然，蘋果的架構設計師不是吃乾飯的，你想到的他們早就想過了。

首先，NSRunLoop是一種更加高明的訊息處理模式，他就高明在對訊息處理過程進行了更好的抽象和封裝，這樣才能是的你不用處理一些很瑣碎很低層次的具體訊息的處理，在NSRunLoop中每一個訊息就被打包在input source或者是timer source（見後文）中了。

其次，也是很重要的一點，使用run loop可以使你的線程在有工作的時候工作，沒有工作的時候休眠，這可以大大節省系統資源。

 

二、Run loop相關知識點

2.1輸入事件來源

Run loop接收輸入事件來自兩種不同的來源：輸入源（input source）和定時源（timer source）。兩種源都使用程式的某一特定的處理常式來處理到達的事件。圖-1顯示了run loop的概念結構以及各種源。

需要說明的是，當你建立輸入源，你需要將其分配給run loop中的一個或多個模式（什麼是模式，下文將會講到）。模式只會在特定事件影響監聽的源。大多數情況下，run loop運行在預設模式下，但是你也可以使其運行在自訂模式。若某一源在當前模式下不被監聽，那麼任何其產生的訊息只在run loop運行在其關聯的模式下才會被傳遞。

圖-1  Runloop的結構和輸入源類型

 

2.1.1輸入源（input source）

傳遞非同步事件，通常訊息來自於其他線程或程式。輸入源傳遞非同步訊息給相應的處理常式，並調用runUntilDate:方法來退出(線上程裡面相關的NSRunLoop對象調用)。

2.1.1.1基於連接埠的輸入源

基於連接埠的輸入源由核心自動發送。

Cocoa和Core Foundation內建支援使用連接埠相關的對象和函數來建立的基於連接埠的源。例如，在Cocoa裡面你從來不需要直接建立輸入源。你只要簡單的建立連接埠對象，並使用NSPort的方法把該連接埠添加到run loop。連接埠對象會自己處理建立和配置輸入源。

在Core Foundation，你必須人工建立連接埠和它的run loop源。我們可以使用連接埠相關的函數（CFMachPortRef，CFMessagePortRef，CFSocketRef）來建立合適的對象。下面的例子展示了如何建立一個基於連接埠的輸入源，將其添加到run loop並啟動：

voidcreatePortSource()

{

    CFMessagePortRef port = CFMessagePortCreateLocal(kCFAllocatorDefault, CFSTR("com.someport"),myCallbackFunc, NULL, NULL);

    CFRunLoopSourceRef source =  CFMessagePortCreateRunLoopSource(kCFAllocatorDefault, port, 0);

    CFRunLoopAddSource(CFRunLoopGetCurrent(), source, kCFRunLoopCommonModes);

    while (pageStillLoading) {

        NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];

        CFRunLoopRun();

        [pool release];

    }

    CFRunLoopRemoveSource(CFRunLoopGetCurrent(), source, kCFRunLoopDefaultMode);

    CFRelease(source);

}

2.1.1.2自訂輸入源

自訂的輸入源需要人工從其他線程發送。

為了建立自訂輸入源，必須使用Core Foundation裡面的CFRunLoopSourceRef類型相關的函數來建立。你可以使用回呼函數來配置自訂輸入源。Core Fundation會在配置源的不同地方調用回呼函數，處理輸入事件，在源從run loop移除的時候清理它。

除了定義在事件到達時自訂輸入源的行為，你也必須定義訊息傳遞機制。源的這部分運行在單獨的線程裡面，並負責在資料等待處理的時候傳遞資料給源並通知它處理資料。訊息傳遞機制的定義取決於你，但最好不要過於複雜。建立並啟動自訂輸入源的樣本如下：

voidcreateCustomSource()

{

    CFRunLoopSourceContext context = {0, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL};

    CFRunLoopSourceRef source = CFRunLoopSourceCreate(kCFAllocatorDefault, 0, &context);

    CFRunLoopAddSource(CFRunLoopGetCurrent(), source, kCFRunLoopDefaultMode);

    while (pageStillLoading) {

        NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];

        CFRunLoopRun();

        [pool release];

    }

    CFRunLoopRemoveSource(CFRunLoopGetCurrent(), source, kCFRunLoopDefaultMode);

    CFRelease(source);

}

2.1.1.3Cocoa上的Selector源

除了基於連接埠的源，Cocoa定義了自訂輸入源，允許你在任何線程執行selector方法。和基於連接埠的源一樣，執行selector請求會在目標線程上序列化，減緩許多線上程上允許多個方法容易引起的同步問題。不像基於連接埠的源，一個selector執行完後會自動從run loop裡面移除。

當在其他線程上面執行selector時，目標線程須有一個活動的run loop。對於你建立的線程，這意味著線程在你顯式的啟動run loop之前是不會執行selector方法的，而是一直處於休眠狀態。

NSObject類提供了類似如下的selector方法：

- (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(id)argwaitUntilDone:(BOOL)wait modes:(NSArray *)array;

 

2.1.2定時源（timer source）

定時源在預設的時間點同步方式傳遞訊息，這些訊息都會發生在特定時間或者重複的時間間隔。定時源則直接傳遞訊息給處理常式，不會立即退出run loop。

需要注意的是，儘管定時器可以產生基於時間的通知，但它並不是即時機制。和輸入源一樣，定時器也和你的run loop的特定模式相關。如果定時器所在的模式當前未被run loop監視，那麼定時器將不會開始直到run loop運行在相應的模式下。類似的，如果定時器在run loop處理某一事件期間開始，定時器會一直等待直到下次run loop開始相應的處理常式。如果run loop不再運行，那定時器也將永遠不啟動。

建立定時器源有兩種方法，

方法一：

NSTimer *timer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:4.0

                                                     target:self

                                                   selector:@selector(backgroundThreadFire:) userInfo:nil

                                                    repeats:YES];

    [[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timerforMode:NSDefaultRunLoopMode];

 

方法二：

[NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:10

                                        target:self

                                       selector:@selector(backgroundThreadFire:)

                                       userInfo:nil

                                       repeats:YES];

2.2 RunLoop觀察者

源是在合適的同步或非同步事件發生時觸發，而run loop觀察者則是在run loop本身啟動並執行特定時候觸發。你可以使用run loop觀察者來為處理某一特定事件或是進入休眠的線程做準備。你可以將run loop觀察者和以下事件關聯：

1.  Runloop入口

2.  Runloop何時處理一個定時器

3.  Runloop何時處理一個輸入源

4.  Runloop何時進入睡眠狀態

5.  Runloop何時被喚醒，但在喚醒之前要處理的事件

6.  Runloop終止

和定時器類似，在建立的時候你可以指定run loop觀察者可以只用一次或迴圈使用。若只用一次，那麼在它啟動後，會把它自己從run loop裡面移除，而迴圈的觀察者則不會。定義觀察者並把它添加到run loop，只能使用Core Fundation。下面的例子示範了如何建立run loop的觀察者：

- (void)addObserverToCurrentRunloop

{

    // The application uses garbage collection, so noautorelease pool is needed.

    NSRunLoop*myRunLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];

   

    // Create a run loop observer and attach it to the runloop.

    CFRunLoopObserverContext  context = {0, self, NULL, NULL, NULL};

   CFRunLoopObserverRef    observer =CFRunLoopObserverCreate(kCFAllocatorDefault,

                                                              kCFRunLoopBeforeTimers, YES, 0, &myRunLoopObserver, &context);

   

    if (observer)

    {

        CFRunLoopRef    cfLoop = [myRunLoop getCFRunLoop];

       CFRunLoopAddObserver(cfLoop, observer, kCFRunLoopDefaultMode);

    }

}

其中，kCFRunLoopBeforeTimers表示選擇監聽定時器觸發前處理事件，後面的YES表示迴圈監聽。

 

2.3 RunLoop的事件隊列

每次運行run loop，你線程的run loop對會自動處理之前未處理的訊息，並通知相關的觀察者。具體的順序如下：

1. 通知觀察者run loop已經啟動
2. 通知觀察者任何即將要開始的定時器
3. 通知觀察者任何即將啟動的非基於連接埠的源
4. 啟動任何準備好的非基於連接埠的源
5. 如果基於連接埠的源準備好並處於等待狀態，立即啟動；並進入步驟9。
6. 通知觀察者線程進入休眠
7. 將線程置於休眠直到任一下面的事件發生：
   • 某一事件到達基於連接埠的源
   • 定時器啟動
   • Run loop設定的時間已經逾時
   • run loop被顯式喚醒
8. 通知觀察者線程將被喚醒。
9. 處理未處理的事件
   • 如果使用者定義的定時器啟動，處理定時器事件並重啟run loop。進入步驟2
   • 如果輸入源啟動，傳遞相應的訊息
   • 如果run loop被顯式喚醒而且時間還沒逾時，重啟run loop。進入步驟2
10. 通知觀察者run loop結束。

因為定時器和輸入源的觀察者是在相應的事件發生之前傳遞訊息，所以通知的時間和實際事件發生的時間之間可能存在誤差。如果需要精確時間控制，你可以使用休眠和喚醒通知來協助你校對實際發生事件的時間。

因為當你運行run loop時定時器和其它周期性事件經常需要被傳遞，撤銷run loop也會終止訊息傳遞。典型的例子就是滑鼠路徑追蹤。因為你的代碼直接擷取到訊息而不是經由程式傳遞，因此活躍的定時器不會開始直到滑鼠追蹤結束並將控制權交給程式。

Run loop可以由run loop對象顯式喚醒。其它訊息也可以喚醒run loop。例如，添加新的非基於連接埠的源會喚醒run loop從而可以立即處理輸入源而不需要等待其他事件發生後再處理。

從這個事件隊列中可以看出：

①如果是事件到達，訊息會被傳遞給相應的處理常式來處理， runloop處理完當次事件後，run loop會退出，而不管之前預定的時間到了沒有。你可以重新啟動run loop來等待下一事件。

②如果線程中有需要處理的源，但是響應的事件沒有到來的時候，線程就會休眠等待相應事件的發生。這就是為什麼run loop可以做到讓線程有工作的時候忙於工作，而沒工作的時候處於休眠狀態。

 

2.4什麼時候使用run loop

僅當在為你的程式建立輔助線程的時候，你才需要顯式運行一個run loop。Run loop是程式主線程基礎設施的關鍵區段。所以，Cocoa和Carbon程式提供了代碼運行主程式的迴圈並自動啟動run loop。IOS程式中UIApplication的run方法（或Mac OS X中的NSApplication）作為程式啟動步驟的一部分，它在程式正常啟動的時候就會啟動程式的主迴圈。類似的，RunApplicationEventLoop函數為Carbon程式啟動主迴圈。如果你使用xcode提供的模板建立你的程式，那你永遠不需要自己去顯式的調用這些常式。

對於輔助線程，你需要判斷一個run loop是否是必須的。如果是必須的，那麼你要自己配置並啟動它。你不需要在任何情況下都去啟動一個線程的run loop。比如，你使用線程來處理一個預先定義的長時間啟動並執行任務時，你應該避免啟動run loop。Run loop在你要和線程有更多的互動時才需要，比如以下情況：

1. 使用連接埠或自訂輸入源來和其他線程通訊
2. 使用線程的定時器
3. Cocoa中使用任何performSelector…的方法
4. 使線程周期性工作

如果你決定在程式中使用run loop，那麼它的配置和啟動都很簡單。和所有線程編程一樣，你需要計劃好在輔助線程退出線程的情形。讓線程自然退出往往比強制關閉它更好。

  -------- by wangzz

參考文檔：

http://developer.apple.com/library/ios/#documentation/cocoa/Conceptual/Multithreading/Introduction/Introduction.html#//apple_ref/doc/uid/10000057i

Objective-C之run loop詳解［轉］