OC-runloop

什么是runloop

• 运行循环
• 内部其实就是do-while循环，在这个循环内部不断地处理各种任务(比如Source、Timer、Observer)

高级回答： Runloop是通过内部维护的事件循环来对事件/消息进行管理的一个对象

这里有两个重点

1. 事件循环

2. 事件/消息进行管理

什么是事件循环呢？
事件循环（状态切换）

 没有消息需要处理时，休眠以避免资源占用

            用户态——>内核态

有消息需要处理时，立刻被唤醒

            用户态<—— 内核态

什么是事件/消息进行管理呢？ 
RunLoop 通过 mach_msg()函数接收、发送消息来进行管理。 
它的本质是调用函数 mach_msg_trap()，相当于是一个系统调用，会触发内核状态切换。 
可以做到在有事做的时候做事，没事做的时候，会由用户态切换到内核态，避免资源浪费。

如何实现事件、消息的管理 
mach_msg() 函数实际上是调用了一个 Mach 陷阱 (trap)， 即函数mach_msg_trap()，陷阱这个概念在 Mach 中等同于系统调用。 
当你在用户态调用 mach_msg_trap() 时会触发陷阱机制，切换到内核态；
内核态中内核实现的 mach_msg() 函数会完成实际的工作，

所以说 Runloop的核心就是一个 mach_msg()，RunLoop 调用这个函数去接收消息，如果没有别人发送 port 消息过来，内核会将线程置于等待状态。例如你在模拟器里跑起一个 iOS 的 App，然后在 App 静止时点击暂停，你会看到主线程调用栈是停留在 mach_msg_trap() 这个地方。

RunLoop 的基本作用

• 保持程序的持续运行：
  如果没有RunLoop，main()函数一执行完，程序就会立刻退出。
  而我们的 iOS 程序能保持持续运行的原因就是在main()函数中调用了UIApplicationMain函数，这个函数内部会启动主线程的RunLoop；
• 处理 App 中的的各种事件（比如触摸事件、定时器事件等）；
• 节省 CPU 资源，提高程序性能：该做事时做事，该休息时休息。

runloop的底层数据结构

RunLoop 的本质是什么？

答：本质是一个OC对象，内部也有isa指针。

RunLoop 对象

• iOS 中有 2 套 API 来访问和使用RunLoop：
  ① Foundation：NSRunLoop（是CFRunLoopRef的封装，提供了面向对象的 API）
  ② Core Foundation：CFRunLoopRef

• NSRunLoop和CFRunLoopRef都代表着RunLoop对象

• NSRunLoop不开源，而CFRunLoopRef是开源的：Core Foundation 源码

CFRunLoopRef

RunLoop对象的底层就是一个CFRunLoopRef结构体，它里面存储着：

• _pthread：RunLoop与线程是一一对应关系
• _commonModes：存储着 NSString 对象的集合（Mode 的名称）
• _commonModeItems：存储着被标记为通用模式的Source0/Source1/Timer/Observer
• _currentMode：RunLoop当前的运行模式
• _modes：存储着RunLoop所有的 Mode（CFRunLoopModeRef）模式

// CFRunLoop.h
typedef struct __CFRunLoop * CFRunLoopRef;
// CFRunLoop.c
struct __CFRunLoop {
    pthread_t _pthread;  // 与线程一一对应
    CFMutableSetRef _commonModes;
    CFMutableSetRef _commonModeItems;
    CFRunLoopModeRef _currentMode;
    CFMutableSetRef _modes;
    ...
};

CFRunLoopModeRef

• CFRunLoopModeRef代表RunLoop的运行模式；
• 一个RunLoop包含若干个 Mode，每个 Mode 又包含若干个Source0/Source1/Timer/Observer；
• RunLoop启动时只能选择其中一个 Mode，作为 currentMode；
• 如果需要切换 Mode，只能退出当前 Loop，再重新选择一个 Mode 进入，切换模式不会导致程序退出；
• 不同 Mode 中的Source0/Source1/Timer/Observer能分隔开来，互不影响；
• 如果 Mode 里没有任何Source0/Source1/Timer/Observer，RunLoop会立马退出。

// CFRunLoop.h
typedef struct __CFRunLoopMode *CFRunLoopModeRef;
// CFRunLoop.c
struct __CFRunLoopMode {
    CFStringRef _name;             // mode 类型，如：NSDefaultRunLoopMode
    CFMutableSetRef _sources0;     // CFRunLoopSourceRef
    CFMutableSetRef _sources1;     // CFRunLoopSourceRef
    CFMutableArrayRef _observers;  // CFRunLoopObserverRef
    CFMutableArrayRef _timers;     // CFRunLoopTimerRef
    ...
};

CFRunLoopSourceRef

• 在RunLoop中有两个很重要的概念，一个是上面提到的模式，还有一个就是事件源。事件源分为输入源（Input Sources）和定时器源（Timer Sources）两种；
• 输入源（Input Sources）又分为Source0和Source1两种，以下__CFRunLoopSource中的共用体union中的version0和version1就分别对应Source0和Source1。

Source0 和 Source1 的区别：

Input Sources	区别
Source0	需要手动唤醒线程：添加Source0到RunLoop并不会主动唤醒线程，需要手动唤醒） ① 触摸事件处理 ② performSelector:onThread:
Source1	具备唤醒线程的能力 ① 基于 Port 的线程间通信 ② 系统事件捕捉：系统事件捕捉是由Source1来处理，然后再交给Source0处理

CFRunLoopObserverRef

• CFRunLoopObserverRef用来监听RunLoop的 6 种活动状态

/* Run Loop Observer Activities */
typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
    kCFRunLoopEntry = (1UL << 0),          // 即将进入 RunLoop
    kCFRunLoopBeforeTimers = (1UL << 1),   // 即将处理 Timers
    kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2),  // 即将处理 Sources
    kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5),  // 即将进入休眠
    kCFRunLoopAfterWaiting = (1UL << 6),   // 刚从休眠中唤醒
    kCFRunLoopExit = (1UL << 7),           // 即将退出 RunLoop
    kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU  // 表示以上所有状态
};

runloop 是怎么响应用户操作的， 具体流程是什么样的？

• source1 捕捉用户触摸事件
• source0去处理触摸时间

常见的几种Mode:

• Default : App的默认Mode,通常主线程是在这个Mode下运行

• UITracking: 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

• Common ：并不是一个真的模式，它只是一个标记，如：被标记的 Timer可以在Default模式和UITracking下运行。

基本用不到的Mode：

• UIInitialization ：私有的mode，App启动的时候的状态，加载出第一个页面后，就转成了Default

• GSEventReceive系统的内部 Mode，通常用不到

runloop和线程的关系？

• 线程和RunLoop是一一对应的关系.

• 一个线程对应一个RunLoop,主线程的RunLoop默认在底层启动通过UIApplicationMain,子线程的RunLoop必须得创建，还得调用run方法来进行启动

• RunLoop保存在一个全局的Dictionary里，线程作为key，RunLoop作为value 

• RunLoop创建时机：线程刚创建时并没有RunLoop对象，RunLoop会在第一次获取它时创建；

• RunLoop销毁时机：RunLoop会在线程结束时销毁；

• RunLoop一直循环不退出,必须得有运行循环模式，并且在这个模式中得存在Source(Source0,Source1)、Timer中的任意一个

runloop和自动释放池

• 1)runloop启动的时候,会创建一个自动释放池
• 2)runloop退出和即将休眠的时候,会销毁自动释放池

Event Loop

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。

主线程的 RunLoop 的启动过程

iOS 程序能保持持续运行的原因就是在main()函数中调用了UIApplicationMain函数，这个函数内部会启动主线程的RunLoop。

RunLoop 与 NSTimer

• NSTimer是由RunLoop来管理的，NSTimer其实就是CFRunLoopTimerRef
• 如果我们在子线程上使用NSTimer，就必须开启子线程的RunLoop，否则定时器无法生效

runloop应用场景

在开发中，RunLoop 是一个让线程能随时处理事件但并不退出的机制，在不同的开发平台有着广泛的使用场景，以下为你详细介绍：

iOS/macOS 开发

• 定时器（NSTimer） ：NSTimer 依赖于 RunLoop 来触发，只有当 RunLoop 处于运行状态，且注册了定时器的模式被激活时，定时器才会触发。例如，你可以使用 NSTimer 实现一个每隔一段时间更新 UI 的功能。

objc

// 创建一个定时器，每隔 1 秒触发一次
NSTimer *timer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1.0
                                                  target:self
                                                selector:@selector(updateUI)
                                                userInfo:nil
                                                 repeats:YES];
// 将定时器添加到当前 RunLoop 的默认模式中
[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode];

• 事件响应：当用户点击屏幕、滑动页面等操作产生的事件，会先被系统捕获，然后通过 RunLoop 分发给相应的处理函数。RunLoop 会不断地从事件队列中取出事件并处理，确保界面的流畅响应。
• 手势识别：手势识别器（UIGestureRecognizer）也是依赖 RunLoop 来工作的。当用户进行手势操作时，RunLoop 会不断地检测触摸事件，并将其传递给手势识别器进行识别和处理。
• 网络请求：在进行网络请求时，RunLoop 可以用于处理异步回调。例如，使用 NSURLSession 进行网络请求时，当请求完成后，会通过回调函数将结果返回。这些回调函数会在 RunLoop 的特定模式下被调用，确保在合适的时机处理网络响应。

其他开发场景

• 线程保活：在某些情况下，你可能需要让一个线程一直保持运行状态，随时处理任务。这时可以使用 RunLoop 来实现线程的保活。例如，创建一个自定义线程，并在该线程中启动 RunLoop，使其不断循环处理事件。

objc

- (void)startCustomThread {
    self.customThread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(threadEntryPoint) object:nil];
    [self.customThread start];
}

- (void)threadEntryPoint {
    @autoreleasepool {
        // 创建并启动 RunLoop
        [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:[NSPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
        [[NSRunLoop currentRunLoop] run];
    }
}

• 异步任务处理：可以利用 RunLoop 在后台线程中处理一些耗时的异步任务，避免阻塞主线程，保证界面的流畅性。例如，在后台线程中进行数据的加载和处理，处理完成后通过回调通知主线程更新 UI。

---

• 控制线程生命周期（线程保活）

self.thread = [[NSThread alloc]initWithBlock:^{

        // 在线程里面开启RunLoop，self.thread就变成了常驻线程，可随时添加任务，并交于RunLoop处理

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

        [[NSRunLoop currentRunLoop] run];
    }];

    // 开启线程

    [self.thread start];

• 解决NSTimer在滑动时停止工作的问题

• 监控应用卡顿

• 性能优化

• 定时器（Timer）、PerformSelector

• GCD：dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{ });

• 事件响应、手势识别、界面刷新

• 网络请求

• AutoreleasePool

NSTimer 和 CADisplayLink 存在的问题

不准时：NSTime和CADisplayLink底层都是基于RunLoop的CFRunLoopTimerRef的实现的，也就是说它们都依赖于RunLoop。如果RunLoop的任务过于繁重，会导致它们不准时。
比如NSTimer每1.0秒就会执行一次任务，Runloop每进行一次循环，就会看一下NSTimer的时间是否达到1.0秒，是的话就执行任务。但是由于Runloop每一次循环的任务不一样，所花费的时间就不固定。假设第一次循环所花时间为 0.2s，第二次 0.3s，第三次 0.3s，则再过 0.2s 就会执行NSTimer的任务，这时候可能Runloop的任务过于繁重，第四次花了0.5s，那加起来时间就是 1.3s，导致NSTimer不准时。
解决方法：使用 GCD 的定时器。GCD 的定时器是直接跟系统内核挂钩的，而且它不依赖于RunLoop，所以它非常的准时。示例如下：

dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("myqueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    
    //创建定时器
    dispatch_source_t timer = dispatch_source_create(DISPATCH_SOURCE_TYPE_TIMER, 0, 0, queue);
    //设置时间（start:几s后开始执行； interval:时间间隔）
    uint64_t start = 2.0;    //2s后开始执行
    uint64_t interval = 1.0; //每隔1s执行
    dispatch_source_set_timer(timer, dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, start * NSEC_PER_SEC), interval * NSEC_PER_SEC, 0);
    //设置回调
    dispatch_source_set_event_handler(timer, ^{
       NSLog(@"%@",[NSThread currentThread]);
    });
    //启动定时器
    dispatch_resume(timer);
    NSLog(@"%@",[NSThread currentThread]);
    
    self.timer = timer;
/*
2020-02-01 21:34:23.036474+0800 多线程[7309:1327653] <NSThread: 0x600001a5cfc0>{number = 1, name = main}
2020-02-01 21:34:25.036832+0800 多线程[7309:1327705] <NSThread: 0x600001acb600>{number = 7, name = (null)}
2020-02-01 21:34:26.036977+0800 多线程[7309:1327705] <NSThread: 0x600001acb600>{number = 7, name = (null)}
2020-02-01 21:34:27.036609+0800 多线程[7309:1327707] <NSThread: 0x600001a1e5c0>{number = 4, name = (null)}
 */