[iOS]浅谈NSRunloop工作原理和相关应用

一. 认识NSRunloop

 1.1　NSRunloop与程序运行

　　　那么具体什么是NSRunLoop呢?其实NSRunLoop的本质是一个消息机制的处理模式。让我们首先来看一下程序的入口——main.m文件，一个ios程序启动后，只有短短的十行代码居然能保持整个应用程序一直运行而没有退出，是不是有点意思？程序之所以没有直接退出是因为UIApplicationMain这个函数内部默认启动了一个跟主线程相关的NSRunloop对象，而UIApplicationMain这个函数一直执行没有返回就保存程序一直运行的状态。

 #import <UIKit/UIKit.h>

 #import "AppDelegate.h"

 int main(int argc, char * argv[]) {

     @autoreleasepool {

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

     }

 }

　　文章之初我们暂且将NSRunloop理解为实现这样功能的一段代码 , 这可以帮助我们更好的理解NSRunloop处理事件的过程(实际上远比这复杂的多：）)。

 int main(int argc, char * argv[]) {

   BOOL runnning =YES;
    do{
         ...
        //处理各种操作 各种事件
        ...
       }while(running);

     return ;
 }    

　　　下面用官方提供的一幅非常经典的图片，来认识NSRunloop循环处理时间的流程。

　　　　　　

　　　通过所有的“消息”都被添加到了NSRunLoop中去，而在这里这些消息并分为“input source”和“Timer source” 并在循环中检查是不是有事件需要发生，如果需要那么就调用相应的函数处理。由此形成了运行->检测->休眠 ->运行 的循环状态。

　　　　

 1.1　NSRunloop与线程之间关系的解析

　　 简单说，一条线程对应一个NSRunloop对象。主线程NSRunloop对象是默认开启的，其他线程的NSRunloop对象需要手动获取。其实NSRunloop对象是懒加载的，所以不需要实例化这个类，而是直接调用获取线程Runloop的方法即可唤醒。Runloop在第一次获取时创建，在线程结束时销毁。保持NSRunloop一直存在的方法稍后介绍。

　　1.1.1 　获得NSRunloop对象的方法

　　iOS其实有两套Api来访问和使用Runloop , NSRunloop是对CFRunloopRef的进一步封装，并且CFRunloopRef是线程安全的，而这一点NSRunloop并不能保证。

　　Foundation ->NSRunloop

　　 获得当前线程的Runloop的方法  [NSRunloop currentRunloop];

　　获得主线程的Runloop的方法 [NSRunloop  mainRunloop];

　　Core Foundation ->CFRunloopRef

　　CFRunloopGetCurrent();

　　CFRunloopGetMain();

　　由苹果官方文档可以看出线程和Runloop对象的对应关系。如果你仔细阅读可以从代码中可以看出runloop的存储方式是字典，而且key是线程。

 // should only be called by Foundation
 // t==0 is a synonym for "main thread" that always works

 //函数返回值为CFRunLoopRef  形参类型为pthread_t 根据线程创建runloop对象

 CF_EXPORT CFRunLoopRef _CFRunLoopGet0(pthread_t t) {

     if (pthread_equal(t, kNilPthreadT)) {

 t = pthread_main_thread_np();

     }

     __CFLock(&loopsLock);

     if (!__CFRunLoops) {

         __CFUnlock(&loopsLock);

 CFMutableDictionaryRef dict = CFDictionaryCreateMutable(kCFAllocatorSystemDefault, , NULL, &kCFTypeDictionaryValueCallBacks);

 //由此句可得出  调用其他线程NSRunloop对象也会首先创建主线程NSRunloop对象
 CFRunLoopRef mainLoop = __CFRunLoopCreate(pthread_main_thread_np());

 CFDictionarySetValue(dict, pthreadPointer(pthread_main_thread_np()), mainLoop);

 if (!OSAtomicCompareAndSwapPtrBarrier(NULL, dict, (void * volatile *)&__CFRunLoops)) {

     CFRelease(dict);

 }

 CFRelease(mainLoop);

         __CFLock(&loopsLock);

     }

     CFRunLoopRef loop = (CFRunLoopRef)CFDictionaryGetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t));

     __CFUnlock(&loopsLock);

     if (!loop) {

 CFRunLoopRef newLoop = __CFRunLoopCreate(t);

         __CFLock(&loopsLock);

 loop = (CFRunLoopRef)CFDictionaryGetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t));

 if (!loop) {

     CFDictionarySetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t), newLoop);

     loop = newLoop;

 }

         // don't release run loops inside the loopsLock, because CFRunLoopDeallocate may end up taking it

         __CFUnlock(&loopsLock);

 CFRelease(newLoop);

     }

     if (pthread_equal(t, pthread_self())) {

         _CFSetTSD(__CFTSDKeyRunLoop, (void *)loop, NULL);

         if ( == _CFGetTSD(__CFTSDKeyRunLoopCntr)) {

             _CFSetTSD(__CFTSDKeyRunLoopCntr, (void *)(PTHREAD_DESTRUCTOR_ITERATIONS-), (void (*)(void *))__CFFinalizeRunLoop);

         }
     }
     return loop;
 }

 　　1.1.2 　Mode

　　

　　Mode中有三个非常重要的组成部分，Timer（定时器）、 Source（事件源） 以及Observor（观察者）。一个 RunLoop 包含若干个 Mode，每个 Mode 又包含若干个 Source/Timer/Observer。首先要指出的是一个runloop启动时必须指定一个Mode  , 并且这个Mode被称为currentMode 。如果要切换Mode,只能退出runloop重新进入。这样做主要是为了分隔开不同组的 Source/Timer/Observer，让其互不影响。随后我们会分别介绍每一类的具体作用与应用场景。

　　

　　系统默认注册的Mode有五种

　　　　kCFRunloopDefaultMode    // App默认Mode   通常主线程是在这个mode下运行

　　　　UITrackingRunloopMode    // 界面跟踪Mode  用于scrollView追踪触摸  界面滑动时不受其他Mode影响

　　　　UIinitializationRunloopMode    //在app一启动进入的第一个Mode,启动完成后就不再使用

　　　　GSEventRecieveRunloopMode   //苹果使用绘图相关

　　　　NSRunLoopCommonModes 　　//占位模式

　　

　

　　1.1.2.1 CFRunloopTimerRef 基于时间的触发器

　　NSTimer

　　首先说一下NSTimer，一个NSRunloop可以创建多个Timer。因为定时器只会运行在指定的Mode下 ，一旦Runloop进入其他模式， 定时器就不会工作了。

　　NSTimer的创建方法　

 [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:<#(NSTimeInterval)#> target:<#(nonnull id)#> selector:<#(nonnull SEL)#> userInfo:<#(nullable id)#> repeats:<#(BOOL)#>]

　　该方法默认添加到当前runloop，并且Mode为kCFRunloopDefaultMode。

  NSTimer * timer =[NSTimer timerWithTimeInterval:1.0 target:self selector:@selector(test) userInfo:nil repeats:YES];
     [[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes]; //手动添加到runloop  可以指定Mode

　　这样声明的NSTimer可以解决在滑动scrollView时NSTimer不工作的问题。forMode:NSRunLoopCommonModes的意思为，定时器可以运行在标记为common modes模式下。具体包括两种: kCFRunloopDefaultMode  和   UITrackingRunloopMode。

　　GCD定时器

　　GCD定时器的优点有很多，首先不受Mode的影响，而NSTimer受Mode影响时常不能正常工作，除此之外GCD的精确度明显高于NSTimer，这些优点让我们有必要了解GCD定时器这种方法。

　　　1.1.2.2  CFRunloopSourceRef  事件源(输入源)

　　按照苹果官方文档,Source分类

　　Port-Based  Sources  基于端口的  和其他线程 或者内核

　　Custom Input  Sources

　　Cocoa   Perform   Selector  Sources

　　按照函数调用栈来分类

　　Source0 :   非基于Port的

　　Source1:   基于port的，通过内核 和其他线程通信，接收、分发事件。

　　　1.1.2.3  CFRunloopObservorRef  观察者监听runloop状态改变

 

 /* Run Loop Observer Activities */

 typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {

     kCFRunLoopEntry = (1UL << ),

     kCFRunLoopBeforeTimers = (1UL << ),

     kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << ),

     kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << ),

     kCFRunLoopAfterWaiting = (1UL << ),

     kCFRunLoopExit = (1UL << ),

     kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU

 };

 　　// 创建observer

CFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreateWithHandler(CFAllocatorGetDefault(), kCFRunLoopAllActivities, YES, 0, ^(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity) {

NSLog(@"----监听到RunLoop状态发生改变---%zd", activity);

});

    // 添加观察者：监听RunLoop的状态

CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetCurrent(), observer, kCFRunLoopDefaultMode);

二 、实际应用

1. 只在NSRUnloopDefaultModes 下显示图片

　　上面再举例NSTimer中已经阐述其中原理了，在此不再重复举例了。

　　2.  常驻线程

　　NSThread * thread  = [NSThread   alloc ]initWithTarget  selector

　　[thread start];

　　通常执行完方法后线程就销毁了，那么现在有这样的需求，需要一条子线程一直存在，等待处理任务，与主线程之间互不干扰  (可以类比主线程存在原理，即添加消息循环Runloop)

 //   通过添加port 或者timer

  [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:[NSPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];

 [[NSRunLoop currentRunLoop] run];

Ps:Runloop运行首先判断Mode是否为空，如果为空则退出循环，还可以通过removePort来移除端口。本例用添加port来实现，其他方法请读者自己多尝试。：）

　　3. 关于自动释放池 

　　关于自动释放池，子线程开启runloop时要开启针对当前线程的autoreleasepool，在每次NSRunloop休眠前清理自动释放池。

　　关于自动释放池的具体用法本文暂时不进行描述，待日后在整理修改本帖。

　　参考资料：https://home.cnblogs.com/blog/