RunLoop
获取 RunLoop
线程和 RunLoop 之间是一一对应的，其关系是保存在一个全局的 Dictionary 里。
线程刚创建时并没有 RunLoop，如果你不主动获取，那它一直都不会有。
RunLoop 的创建是发生在第一次获取时，RunLoop 的销毁是发生在线程结束时。
你只能在一个线程的内部获取其 RunLoop（主线程除外）。
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static CFMutableDictionaryRef loopsDic;
static CFSpinLock_t loopsLock;
CFRunLoopRef _CFRunLoopGet(pthread_t thread) {
OSSpinLockLock(&loopsLock);
if (!loopsDic) {
loopsDic = CFDictionaryCreateMutable();
CFRunLoopRef mainLoop = _CFRunLoopCreate();
CFDictionarySetValue(loopsDic, pthread_main_thread_np(), mainLoop);
}
CFRunLoopRef loop = CFDictionaryGetValue(loopsDic, thread));
if (!loop) {
loop = _CFRunLoopCreate();
CFDictionarySetValue(loopsDic, thread, loop);
_CFSetTSD(..., thread, loop, __CFFinalizeRunLoop);
}
OSSpinLockUnLock(&loopsLock);
return loop;
}
CFRunLoopRef CFRunLoopGetMain() {
return _CFRunLoopGet(pthread_main_thread_np());
}
CFRunLoopRef CFRunLoopGetCurrent() {
return _CFRunLoopGet(pthread_self());
}
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结构
runloop 的相关类
CFRunLoopRef
CFRunLoopModeRef
CFRunLoopSourceRef
CFRunLoopTimerRef
CFRunLoopObserverRef
mode
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| struct __CFRunLoopMode {
CFStringRef _name;
CFMutableSetRef _sources0;
CFMutableSetRef _sources1;
CFMutableArrayRef _observers;
CFMutableArrayRef _timers;
...
};
struct __CFRunLoop {
CFMutableSetRef _commonModes;
CFMutableSetRef _commonModeItems;
CFRunLoopModeRef _currentMode;
CFMutableSetRef _modes;
...
};
|
一个 Mode，通过将其 ModeName 添加到 RunLoop 的 “commonModes” 中，来标记自己为 common。
每当 RunLoop 的内容发生变化时，RunLoop 都会自动将 _commonModeItems 里的 Source/Observer/Timer 同步到具有 “Common” 标记的所有 Mode 里。
所以 common 并不是一个真正的 mode。
RunLoop 的内部逻辑
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void CFRunLoopRun(void) {
CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopGetCurrent(), kCFRunLoopDefaultMode, 1.0e10, false);
}
int CFRunLoopRunInMode(CFStringRef modeName, CFTimeInterval seconds, Boolean stopAfterHandle) {
return CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopGetCurrent(), modeName, seconds, returnAfterSourceHandled);
}
int CFRunLoopRunSpecific(runloop, modeName, seconds, stopAfterHandle) {
CFRunLoopModeRef currentMode = __CFRunLoopFindMode(runloop, modeName, false);
if (__CFRunLoopModeIsEmpty(currentMode)) return;
__CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopEntry);
__CFRunLoopRun(runloop, currentMode, seconds, returnAfterSourceHandled) {
Boolean sourceHandledThisLoop = NO;
int retVal = 0;
do {
__CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeTimers);
__CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeSources);
__CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode);
sourceHandledThisLoop = __CFRunLoopDoSources0(runloop, currentMode, stopAfterHandle);
__CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode);
if (__Source0DidDispatchPortLastTime) {
Boolean hasMsg = __CFRunLoopServiceMachPort(dispatchPort, &msg)
if (hasMsg) goto handle_msg;
}
if (!sourceHandledThisLoop) {
__CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeWaiting);
}
__CFRunLoopServiceMachPort(waitSet, &msg, sizeof(msg_buffer), &livePort) {
mach_msg(msg, MACH_RCV_MSG, port);
}
__CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopAfterWaiting);
handle_msg:
if (msg_is_timer) {
__CFRunLoopDoTimers(runloop, currentMode, mach_absolute_time())
}
else if (msg_is_dispatch) {
__CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__(msg);
}
else {
CFRunLoopSourceRef source1 = __CFRunLoopModeFindSourceForMachPort(runloop, currentMode, livePort);
sourceHandledThisLoop = __CFRunLoopDoSource1(runloop, currentMode, source1, msg);
if (sourceHandledThisLoop) {
mach_msg(reply, MACH_SEND_MSG, reply);
}
}
__CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode);
if (sourceHandledThisLoop && stopAfterHandle) {
retVal = kCFRunLoopRunHandledSource;
} else if (timeout) {
retVal = kCFRunLoopRunTimedOut;
} else if (__CFRunLoopIsStopped(runloop)) {
retVal = kCFRunLoopRunStopped;
} else if (__CFRunLoopModeIsEmpty(runloop, currentMode)) {
retVal = kCFRunLoopRunFinished;
}
} while (retVal == 0);
}
__CFRunLoopDoObservers(rl, currentMode, kCFRunLoopExit);
}
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apple 使用 runloop
apple 注册的 runloop mode
app 启动后的 runloop 状态
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| CFRunLoop {
current mode = kCFRunLoopDefaultMode
common modes = {
UITrackingRunLoopMode
kCFRunLoopDefaultMode
}
common mode items = {
CFRunLoopSource {order =-1, {
callout = _UIApplicationHandleEventQueue}}
CFRunLoopSource {order =-1, {
callout = PurpleEventSignalCallback }}
CFRunLoopSource {order = 0, {
callout = FBSSerialQueueRunLoopSourceHandler}}
CFRunLoopSource {order = 0, {port = 17923}}
CFRunLoopSource {order = 0, {port = 12039}}
CFRunLoopSource {order = 0, {port = 16647}}
CFRunLoopSource {order =-1, {
callout = PurpleEventCallback}}
CFRunLoopSource {order = 0, {port = 2407,
callout = _ZL20notify_port_callbackP12__CFMachPortPvlS1_}}
CFRunLoopSource {order = 0, {port = 1c03,
callout = __IOHIDEventSystemClientAvailabilityCallback}}
CFRunLoopSource {order = 0, {port = 1b03,
callout = __IOHIDEventSystemClientQueueCallback}}
CFRunLoopSource {order = 1, {port = 1903,
callout = __IOMIGMachPortPortCallback}}
CFRunLoopObserver {order = -2147483647, activities = 0x1,
callout = _wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler}
CFRunLoopObserver {order = 0, activities = 0x20,
callout = _UIGestureRecognizerUpdateObserver}
CFRunLoopObserver {order = 1999000, activities = 0xa0,
callout = _afterCACommitHandler}
CFRunLoopObserver {order = 2000000, activities = 0xa0,
callout = _ZN2CA11Transaction17observer_callbackEP19__CFRunLoopObservermPv}
CFRunLoopObserver {order = 2147483647, activities = 0xa0,
callout = _wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler}
CFRunLoopTimer {firing = No, interval = 3.1536e+09, tolerance = 0,
next fire date = 453098071 (-4421.76019 @ 96223387169499),
callout = _ZN2CAL14timer_callbackEP16__CFRunLoopTimerPv (QuartzCore.framework)}
},
modes ＝ {
CFRunLoopMode {
sources0 = { },
sources1 = { },
observers = { },
timers = { },
},
CFRunLoopMode {
sources0 = { },
sources1 = { },
observers = { },
timers = { },
},
CFRunLoopMode {
sources0 = {
CFRunLoopSource {order = 0, {
callout = FBSSerialQueueRunLoopSourceHandler}}
},
sources1 = (null),
observers = {
CFRunLoopObserver >{activities = 0xa0, order = 2000000,
callout = _ZN2CA11Transaction17observer_callbackEP19__CFRunLoopObservermPv}
)},
timers = (null),
},
CFRunLoopMode {
sources0 = {
CFRunLoopSource {order = -1, {
callout = PurpleEventSignalCallback}}
},
sources1 = {
CFRunLoopSource {order = -1, {
callout = PurpleEventCallback}}
},
observers = (null),
timers = (null),
},
CFRunLoopMode {
sources0 = (null),
sources1 = (null),
observers = (null),
timers = (null),
}
}
}
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系统默认注册了 5 个 Mode:
kCFRunLoopDefaultMode: App 的默认 Mode，通常主线程是在这个 Mode 下运行的。
UITrackingRunLoopMode: 界面跟踪 Mode，用于 ScrollView 追踪触摸滑动，保证界面滑动时不受其他 Mode 影响。
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，通常用不到。
kCFRunLoopCommonModes: 这是一个占位的 Mode，没有实际作用。
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。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 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。
_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。
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。
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
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。
RunLoop 的运用
创建一个长时间存活的线程
我们会经常把一些耗费时间的操作放在子线程处理，不影响主线程 UI 更新。
子线程会在处理完任务后进行销毁
如果需要经常在子线程里执行任务，创建销毁线程会造成资源浪费，使用 RunLoop 来创建一个常驻的子线程会更高效。
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+ (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;
}
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界面滑动时保证 NSTimer 正常运行
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NSTimer *timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:1.0 target:self selector:@selector(foo) userInfo:nil repeats:YES];
[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];
[timer fire];
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保证界面流畅
AsyncDisplayKit
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：
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。
RunLoop 监测主线程卡顿
在主线程的 RunLoop 中添加一个 observer，检测 kCFRunLoopBeforeSources 和 kCFRunLoopAfterWaiting 的时间并记录。
连续 3 次超时 80ms 认为卡顿
戴铭-GCDFetchFeed
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| @interface SMLagMonitor() {
int timeoutCount;
CFRunLoopObserverRef runLoopObserver;
@public
dispatch_semaphore_t dispatchSemaphore;
CFRunLoopActivity runLoopActivity;
}
@property (nonatomic, strong) NSTimer *cpuMonitorTimer;
@end
@implementation SMLagMonitor
#pragma mark - Interface
+ (instancetype)shareInstance {
static id instance = nil;
static dispatch_once_t dispatchOnce;
dispatch_once(&dispatchOnce, ^{
instance = [[self alloc] init];
});
return instance;
}
- (void)beginMonitor {
self.isMonitoring = YES;
self.cpuMonitorTimer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:3
target:self
selector:@selector(updateCPUInfo)
userInfo:nil
repeats:YES];
if (runLoopObserver) {
return;
}
dispatchSemaphore = dispatch_semaphore_create(0);
CFRunLoopObserverContext context = {0,(__bridge void*)self,NULL,NULL};
runLoopObserver = CFRunLoopObserverCreate(kCFAllocatorDefault,
kCFRunLoopAllActivities,
YES,
0,
&runLoopObserverCallBack,
&context);
CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetMain(), runLoopObserver, kCFRunLoopCommonModes);
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
while (YES) {
long semaphoreWait = dispatch_semaphore_wait(dispatchSemaphore, dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, STUCKMONITORRATE * NSEC_PER_MSEC));
if (semaphoreWait != 0) {
if (!runLoopObserver) {
timeoutCount = 0;
dispatchSemaphore = 0;
runLoopActivity = 0;
return;
}
if (runLoopActivity == kCFRunLoopBeforeSources || runLoopActivity == kCFRunLoopAfterWaiting) {
if (++timeoutCount < 3) {
continue;
}
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH, 0), ^{
NSString *stackStr = [SMCallStack callStackWithType:SMCallStackTypeMain];
SMCallStackModel *model = [[SMCallStackModel alloc] init];
model.stackStr = stackStr;
model.isStuck = YES;
[[[SMLagDB shareInstance] increaseWithStackModel:model] subscribeNext:^(id x) {}];
});
}
}
timeoutCount = 0;
}
});
}
- (void)endMonitor {
self.isMonitoring = NO;
[self.cpuMonitorTimer invalidate];
if (!runLoopObserver) {
return;
}
CFRunLoopRemoveObserver(CFRunLoopGetMain(), runLoopObserver, kCFRunLoopCommonModes);
CFRelease(runLoopObserver);
runLoopObserver = NULL;
}
#pragma mark - Private
- (void)updateCPUInfo {
[SMCPUMonitor updateCPU];
}
static void runLoopObserverCallBack(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity, void *info){
SMLagMonitor *lagMonitor = (__bridge SMLagMonitor*)info;
lagMonitor->runLoopActivity = activity;
dispatch_semaphore_t semaphore = lagMonitor->dispatchSemaphore;
dispatch_semaphore_signal(semaphore);
}
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参考
深入理解 RunLoop by:ibireme
