RunLoop底层结构分析与线程保活实现

一、RunLoop 本质

RunLoop就是一个运行循环，在每次循环中接受消息，处理消息，然后休眠或者进入下一次循环。

RunLoop底层就是一个while循环；

官网的解释是：在2-9之间循环

休眠：该线程会释放占用的所有资源（从CPU任务队列里移除），系统会把该线程放入“等待池”中。进入这个状态后，是不能自动唤醒的，必须依靠其他线程或者系统才能被唤醒。

二、RunLoop底层结构

RunLoop也是一个对象，底层也是一个结构体struct __CFRunLoop（如下图）。

具有以下特征：

1、一个RunLoop包含一个或者多个Mode，每个Mode又包含Source0/Source1/Timer/Observer

2、开启RunLoop时，只能从Modes集合CFMutableSetRef中选择一个Mode作为当前的currentMode启动，如果遇到切换Mode(例如页面滑动，活动停止时)，要退出当前Loop，再重新选择一个Mode进入

3、如果Mode里没有任何Source0/Source1/Timer/Observer，RunLoop会立马退出

runloop 部分源码

SInt32 CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopRef rl, CFStringRef modeName, CFTimeInterval seconds, Boolean returnAfterSourceHandled) {
    
    //通知Observer进入runloop
    __CFRunLoopDoObservers(rl, currentMode, kCFRunLoopEntry);
    
    //处理事件
    result = __CFRunLoopRun(rl, currentMode, seconds, returnAfterSourceHandled, previousMode);
    //通知Observer 退出runloop
    __CFRunLoopDoObservers(rl, currentMode, kCFRunLoopExit);
   
    return result;
}

通过源码可以窥探一二

static int32_t __CFRunLoopRun(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopModeRef rlm...) {
   
        __CFRunLoopDoObservers(rl, rlm, kCFRunLoopBeforeTimers);
        __CFRunLoopDoObservers(rl, rlm, kCFRunLoopBeforeSources);
        __CFRunLoopDoBlocks(rl, rlm);        
        __CFRunLoopDoSources0(rl, rlm, stopAfterHandle);
        __CFRunLoopDoBlocks(rl, rlm);
        __CFRunLoopDoObservers(rl, rlm, kCFRunLoopBeforeWaiting);
        __CFRunLoopSetSleeping(rl);
        do {
            __CFRunLoopServiceMachPort(...);
            if (....) { break;}
        } while (1);
        __CFRunLoopDoBlocks(rl, rlm);
 	 retVal = kCFRunLoopRunStopped;
    } while (0 == retVal);
    return retVal;
}

三、线程与RunLoop

线程中没有RunLoop，那么该线程执行完任务就会销毁。

如下代码，观察执行结果：

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
	[NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1 repeats:YES block:^(NSTimer * _Nonnull t) {
		NSLog(@"---------%@",[[NSRunLoop currentRunLoop] currentMode]);
	}];
	NSLog(@"-----end----");
});

打印如下

Test_06_Runloop[96546:11552658] -----end----

发现根本不会执行timer中的任务，因为线程已经销毁了。而NSTimer的使用官方也说了，必须依赖RunLoop（NSTimer底层就是通过RunLoop实现）。
所以这时必须要让线程中的RunLoop 运行run起来才能执行timer中的任务

注意：NSTimer可以自动添加到RunLoop中，所以[loop addTimer: forMode:]可以省略，但是[loop run]或者[loop runMode:beforeDate:]必须执行才能让RunLoop运行起来

换成如下代码

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
    //不能写在timer创建之前，不然RunLoop运行时，其中没有事件源，也会立马退出
    //[[NSRunLoop currentRunLoop] run];
    NSTimer*timer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1 repeats:YES block:^(NSTimer * _Nonnull t) {
        NSLog(@"---------%@",[[NSRunLoop currentRunLoop] currentMode]);
    }];
    //可写可不写，因为timer自动添加到RunLoop，如果RunLoop存在
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode];
    
    //[[NSRunLoop currentRunLoop] run]不能退出，后面会说到，不急
    //可以控制RunLoop是否退出，
    while (!_stop) {
        [[NSRunLoop currentRunLoop] runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate:[NSDate distantFuture]];
    }
    NSLog(@"-----end----");
});

打印如下：线程没有退出，timer正常执行

Test_06_Runloop[97491:11937784] ---------kCFRunLoopDefaultMode
Test_06_Runloop[97491:11937784] ---------kCFRunLoopDefaultMode
Test_06_Runloop[97491:11937784] ---------kCFRunLoopDefaultMode
Test_06_Runloop[97491:11937784] ---------kCFRunLoopDefaultMode

四、线程保活

开启RunLoop的几种方法

- (void)run; 
- (BOOL)runMode:(NSRunLoopMode)mode beforeDate:(NSDate *)limitDate;

说明一下，run方法内部其实大概就是不断调用：runMode:beforeDate:

while (condition) {
	[[NSRunLoop currentRunLoop] runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate:[NSDate distantFuture]];
}

线程start时，在线程内部添加一个RunLoop，并且保证添加的RunLoop有source/timer/observer其中的一种，不然RunLoop会立马退出。要想控制线程的生命周期，不能用run方法，要用runMode:beforeDate:方法，因为官方说的：run()方法一旦开启RunLoop，那么将不会被打断（If you want the run loop to terminate, you shouldn’t use this method. ），贴心的官方还给出示例：

BOOL shouldKeepRunning = YES; // global
NSRunLoop *theRL = [NSRunLoop currentRunLoop];
while (shouldKeepRunning && [theRL runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate:[NSDate distantFuture]]);

以下代码可以让线程休眠，不退出。

self.thread =[[NSThread alloc] initWithBlock:^{
	_shouldKeepRunning = YES;// global
	NSRunLoop *theRL = [NSRunLoop currentRunLoop];
	while (_shouldKeepRunning){
		[theRL runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate:[NSDate distantFuture]];
	};
}];
[self.thread start];

需要用子线程执行任务时，可以调用

[self performSelector:@selector(doSomethingInSubThread:) onThread:self.thread withObject:@"sdf" waitUntilDone:NO];

想要线程停止，需要先关闭RunLoop

注意： CFRunLoopStop()方法是停止当前那一次循环，想要彻底停止，那么需要添加标志位_shouldKeepRunning 去判断

- (void)stopSubThread {
    CFRunLoopStop(CFRunLoopGetCurrent());
}

- (void)dealloc {
    _shouldKeepRunning = NO;
    [self performSelector:@selector(stopSubThread) onThread:self.thread withObject:nil waitUntilDone:NO];
}

五、监测observer的状态

observer可以监测到RunLoop的mode的切换，
比如页面滑动时先kCFRunLoopExit 当前的NSDefaultRunLoopMode，然后再kCFRunLoopEntry一个新的UITrackingRunLoopMode

CFRunLoopObserverRef runloopObsever=CFRunLoopObserverCreateWithHandler(kCFAllocatorDefault, kCFRunLoopAllActivities, YES, 0, ^(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity) {
        CFRunLoopMode mode = CFRunLoopCopyCurrentMode(CFRunLoopGetCurrent());
        switch (activity) {
            case kCFRunLoopEntry:
                NSLog(@"kCFRunLoopEntry - %@",mode);
                break;
            case kCFRunLoopBeforeTimers:
                NSLog(@"kCFRunLoopBeforeTimers - %@",mode);
                break;
            case kCFRunLoopBeforeSources:
                NSLog(@"kCFRunLoopBeforeSources - %@",mode);
                break;
            case kCFRunLoopBeforeWaiting:
                NSLog(@"kCFRunLoopBeforeWaiting - %@",mode);
                break;
            case kCFRunLoopAfterWaiting:
                NSLog(@"kCFRunLoopAfterWaiting - %@",mode);
                break;
            case kCFRunLoopExit:
                NSLog(@"kCFRunLoopExit - %@",mode);
                break;
                
            default:
                break;
        }
        CFRelease(mode);
    });
    
    CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetCurrent(), runloopObsever, kCFRunLoopCommonModes);
    CFRelease(runloopObsever);

其中部分打印

Test_06_Runloop[97611:11941654] kCFRunLoopAfterWaiting - kCFRunLoopDefaultMode //唤醒
Test_06_Runloop[97611:11941654] kCFRunLoopBeforeTimers - kCFRunLoopDefaultMode //处理timer
Test_06_Runloop[97611:11941654] kCFRunLoopBeforeSources - kCFRunLoopDefaultMode //处理source
Test_06_Runloop[97611:11941654] kCFRunLoopBeforeWaiting - kCFRunLoopDefaultMode //没事可做了，处理完当前任务后休眠