Runloop解析

RunLoop

前言

本文介绍RunLoop的概念，并使用swift和Objective-C来描述RunLoop机制。

简介

RunLoop——运行循环（死循环），它提供了一个事件循环机制在程序运行过程中处理各种事件，例如用户交互、网络请求、定时器等等。 RunLoop可以在需要的时候自己跑起来运行，在没有操作的时候就停下来休息，充分节省CPU资源，提高程序性能。

基本思想

循环的处理事件。RunLoop在主线程运行，负责管理该线程中的事件，并确保UI更新等重要任务能够顺利执行，RunLoop启动时，后进入无限循环，等待事件发生。当有事件发生时，RunLoop会调用相应的处理方法来处理该事件，并继续等待下一个事件发生。RunLoop会一直运行，直到被手动停止或应用程序退出。

目的

——保证RunLoop所在线程不退出

——负责监听事件。iOS触摸、时钟、网络。

RunLoop与线程

在iOS中，每个线程都有一个RunLoop（一一对应），但默认情况下，只有主线程RunLoop是开启的，其他线程都是禁用的。要使用RunLoop，必须手动启动它，并将其添加到线程的运行循环中。

RunLoop对象

Foundation框架（基于CFRunLoopRef的封装） NSRunLoop对象

CoreFoundation CFRunLoopRef对象

NSRunLoop是基于CFRunLoopRef的一层OC封装

RunLoop运行模式

外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传

截屏2022-04-02 下午2.23.50.png

RunLoop优先处理UI模式的事件，而UI模式只能被UI事件唤醒

NSDefaultRunLoopMode 默认模式 —— 一般处理timer\网络事件
UITrackingRunLoopMode UI模式 —— 专门处理UI事件
NSRunLoopCommonModes 占位模式（ UI && 默认）
UIInitializationRunLoopMode 在刚启动App时第进入的第一个Mode，启动完成后就不再使用
GSEventReceiveRunLoopMode 接受系统事件的内部Mode

Timer：定时器

在iOS开发中，定时器是一种常见的事件，例如每隔一段时间刷新UI、执行后台任务等等。RunLoop提供了定时器（timer）机制，用于在指定时间间隔内执行某个操作。

var timer1: Timer?
    override func viewDidLoad() {
        super.viewDidLoad()
        self.view.backgroundColor = .white
        testMode()
    }
    
    func testMode(){
        let scrollView = UIScrollView(frame: CGRect(x: 50.0, y: 100.0, width: 100.0, height: 100.0))
        scrollView.backgroundColor = .orange
        scrollView.contentSize = CGSize(width: 100.0, height: 200.0)
        self.view.addSubview(scrollView)
        timer1 = Timer(timeInterval: 2.0, target: self, selector: #selector(runLoopAction), userInfo: nil, repeats: true)
        RunLoop.current.add(timer1!, forMode: .common)
        
    }
    @objc func runLoopAction(){
        NSLog("=== run ===")
    }

运行结果：

使用 kCFRunLoopDefaultMode 模式时，滑动 UIScrollView 不打印.
使用 UITrackingRunLoopMode 模式时,只有滑动 UIScrollView 才会打印. 
使用 kCFRunLoopCommonModes 模式时,不管滑不滑动 UIScrollView 都会打印

**Source：**事件源

按照函数调用栈

Source0：非Source1 用于用户主动触发的事件（点击button 或点击屏幕）（数据结构：[machport：value]）machport理解成进程间相互发送消息的一种机制。
Source1：基于port的系统内核事件，主动唤醒runloop（数据结构：数组）

简单举个例子：一个APP在前台静止着，此时，用户用手指点击了一下APP界面，那么过程就是下面这样的：

我们触摸屏幕，先摸到硬件(屏幕)，屏幕表面的事件会先包装成Event，Event先告诉source（mach_port），source1唤醒RunLoop，然后将事件Event分发给source0，然后由source0来处理。

如果没有事件，也没有timer，则runloop就会睡眠，如果有，则runloop就会被唤醒，然后跑一圈。

Observer – CFRunLoopObserver：观察者

观察者可观察的时间点

kCFRunloopEntry (runloop准备启动)
kCFRunloopBeforeTimers (通知观察者,runloop将要对Timer的一些相关事件进行处理了)
kCFRunloopBeforeSources (将要处理一些Sources事件)
kCFRunloopBeforeWaiting( 即将要发生用户态到内核态的切换用户态 —> 内核态)没事做进入内核态避免资源浪费
kCFRunloopAfterWaiting (内核态—转—>用户态)
kCFRunloopExit （runloop退出通知）

这些可观察的时间点有时也可作为检测app卡顿的功能（例如渲染图片，从waiting之前一次一次渲染）。

Perform Selector

Perform Selector是一种调用方法的方式，可以在RunLoop中异步执行某个方法。在调用方法时，可以设置延迟执行时间和RunLoop模式。该方法会在指定的时间间隔内执行，直到被取消。

例如，要在主线程中使用Perform Selector，可以使用如下代码：

RunLoop.current.perform(#selector(doSomething), target: self, argument: nil, order: 0, modes: [.default])

这将在默认模式下异步执行doSomething方法。

事件循环的时间机制

截屏2022-03-14 下午2.16.59.png

main函数—> UIApplicationMain
在UIApplicationMain中启动主线程的Runloop
即将进入Runloop（通知observer）
将要处理timer、source0事件（通知observer）
处理source0事件
如果有source1事件要处理（跳转到10）
线程将要休眠（通知observer）
休眠、等待唤醒（唤醒的方法：1 source1事件，2 Timer事件，3 外部手动唤醒）
线程刚被唤醒（通知observer）
处理唤醒时收到的消息
即将退出Runloop（通知observer）

Mode是如何切换的

首先我们来说是，mode是如何切换的例如：scrollView 由静止到滑动，是如何由NSDefaultRunLoopMode变为UITrackingRunLoopMode

首先我们要了解一下 CFRunLoopRunSpecific

CFRunLoopRunSpecific 是启动 Runloop 和指定 Runloop 在那个mode下执行的mode。这个函数一般是操作系统进行mode的切换。

比如滑动的时候，Runloop 会进入进入 UITrackingRunLoopMode,而app启动的时候UIInitializationRunLoopMode。

每一个mode处理完成后，如果runloop没有退出，就会返回之前的mode，初始mode是default。

CFRunLoopRunSpecific 会保持前一次mode的状态属性（stopped和currentmode）然后发出即将要进入新的mode通知，然后进入__CFRunLoopRun(__CFRunLoopRun会创建一个循环)，然后这个mode运行结束后再发已退出mode通知。再恢复前一次的 stopped 和 currentmode

RunLoop的常用操作

除了上述基本操作之外，RunLoop还提供了其他常用操作，例如：

stop：停止RunLoop的运行。
runUntilDate：运行RunLoop直到指定日期。
runMode：运行RunLoop指定模式下的事件处理循环。
currentMode：获取当前RunLoop的运行模式。

自动释放池

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 mach port 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。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 mach port 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，触发Source0。

_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 的层次时，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。

按钮点击

首先是由那个Source1 接收IOHIDEvent，之后在回调 __IOHIDEventSystemClientQueueCallback() 内触发的 Source0，Source0 再触发的 _UIApplicationHandleEventQueue()。所以UIButton事件看到是在 Source0 内的。

RunLoop与线程安全

在iOS开发中，多线程是一个常见的问题。RunLoop在处理异步事件时，可能会导致线程不安全的问题。为了保证RunLoop的线程安全，可以使用以下方法：

使用RunLoopQueue，在队列中使用RunLoop来执行异步操作。
在主线程中使用RunLoop来处理异步事件，避免跨线程操作

q1: RunLoop可以做什么？

处理Crash（程序崩溃不退出）
保持线程存活（线程保活）
监测和优化App的卡顿

线程保活（NSOperation和GCD一样可以）（NSCondition加锁保活，不涉及RunLoop）

如果项目需求比较复杂，很多操作都需要在子线程进行，比如有很多耗时操作（图片绘制，视频下载等等），子线程执行完任务之后会自动销毁，频繁的线程创建和销毁会导致资源浪费，此时就可以使用RunLoop进行线程保活而不被销毁。我们知道，当子线程中的任务执行完毕之后就被销毁了，那么如果我们需要开启一个子线程，在程序运行过程中永远都存在，那么我们就会面临一个问题，如何让子线程永远活着，这时就要用到常驻线程：给子线程开启一个RunLoop 注意：子线程执行完操作之后就会立即释放，即使我们使用强引用子线程使子线程不被释放，也不能给子线程再次添加操作，或者再次开启。 子线程开启RunLoop的代码，先点击屏幕开启子线程并开启子线程RunLoop，然后点击button。