全方位剖析iOS高级技术问题(七)之RunLoop相关问题本文主要内容一.RunLoop的概念二.RunLoop的数

本文主要内容

一.RunLoop的概念
二.RunLoop的数据结构
三.事件循环的实现机制
四.RunLoop与NSTimer
五.RunLoop与多线程

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一.RunLoop的概念

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。 问题1：什么是事件循环？

没有消息需要处理时，休眠以避免资源占用；

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有消息需要处理时，立刻被唤醒。

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`扩展`
内核态：在一个进程中，如果有系统调用，此时进程处于内核态，执行文件操作、网络数据发送等任务，此时特权级别比较高，为0级。
用户态：当一个进程执行用户自己的代码时，处于用户态，此时特权级别比较低，为3级。
所有用户程序都是运行在用户态的，但是有时候程序确实需要做一些内核态的事情，例如执行文件操作、网络数据发送等操作；而唯一可以做这些事情的就是操作系统，所以此时程序就需要操作系统请求以程序的名义来执行这些操作。
以下是操作系统内存空间分布图：

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问题2：为什么程序中的main函数能够保证不退出？

在main函数中，调用了UIApplicationMain函数，此函数中会启动主线程的runloop 。runloop是对事件循环的维护机制，可以做到"有事做的时候去做事，没事做的时候从用户态切换到内核态，避免资源的占用，使当前线程处于一个休眠状态"。

二.RunLoop的数据结构

NSRunLoop是CFRunLoop的封装，提供了面向对象的API。

NSRunLoop位于Foundation中，位于Core Foundation。CFRunLoop的源码是开源的！

2.1 RunLoop的数据结构

CFRunLoop
CFRunLoopMode
Source/Timer/Observer

CFRunLoop

pthread：一一对应，RunLoop和线程的关系；
currentMode：CFRunLoopMode数据结构；
modes：NSMutableSet集合<CFRunLoopMode*>；
commonModes：NSMutableSet集合<NSString*>；
cmomonModeltems：多个Observer、多个Timer、多个Source组成。

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问题3：RunLoop和线程之间的关系
1.线程和RunLoop之间的关系是一一对应的；
2.主线程的RunLoop是默认开启的，子线程的RunLoop默认是不开启的；
3.子线程的RunLoop在主动获取的情况下，才会创建；
4.子线程的RunLoop在线程结束时，才会销毁。

问题4：commonModes的作用
1.在iOS上对应的是NSRunLoopCommonModes； 2.commonMode不是实际存在的一种Mode； 3.是同步Source/Timer/Observer到多个Model中的一种技术方案；

CFRunLoopMode

name：NSDefaultRunLoopMode
sources0：MutableSet
source1：MutableSet
observers：MutableArray
timers：MutableArray

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CFRunLoopSource

source0：需要手动唤醒线程；
source1：具备唤醒线程的能力。

CFRunLoopTimer
基于事件的定时器，和NSTimer是toll-free birdged(免费桥转换)的。

CFRunLoopObserver
观测时间点：

kCFRunLoopEntry：入口时机；
kCFRunLoopBeforeTimers：通知观察者RunLoop将对timer相关事件进行处理；
kCFRunLoopBeforeSources：将要处理source事件；
kCFRunLoopBeforeWaiting：将要进入休眠状态，从用户态切换到内核态；
kCFRunLoopAfterWaiting：从用户态切换到内核态不久后
kCFRunLoopExit：RunLoop退出通知

2.2 各个数据结构之间的关系

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问题5：RunLoop、Model、Source/Timer/Observer关系

RunLoop和Model是一对多的关系(从CFRunLoop的数据结构modes)
Model和Source/Timer/Observer是一对多的关系。

问题6：RunLoop为什么有多个Model
这样设计的原因是为了起到事件屏蔽的效果。

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当RunLoop运行在Mode1时，只能接收处理Mode1上的source1、observer、timers事件回调，不能接收其他Mode上source/observer/timer事件回调，起到了事件屏蔽的效果。

三.事件循环的实现机制

无论是NSRunLoop还是CFRunLoop最终都会调用到CFRunLoopRun()。

3.1 事件循环机制的实现流程

1.在RunLoop启动后，先发送通知告知观察者当前RunLoop即将启动；
2.之后RunLoop将要处理Timer/Source0事件的通知发送；
3.接着进入Source0事件的处理；
4.此时如果有Source1要处理，会通过goto语句实现来进行代码逻辑的调转，处理唤醒时收到的消息(第8步)；
5.如果没有Source1需要处理，线程将要休眠(第6步)，同时发送通知到Observer；
6.从用户态到内核态的切换，线程休眠，等待唤醒；
- 唤醒条件：Source1、Timer事件、外部手动唤醒
7.线程刚被唤醒，发送通知给观察者；
8.处理唤醒时收到的消息；
9.再次回到第2步。

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问题7：一个处于休眠状态的RunLoop通过哪些事件能唤醒它？

Source1回调；
Timer事件
外部手动唤醒

问题8：点击APP图标，从程序启动、运行、退出这个过程当中，系统都发生了什么？

程序启动后，调用main函数后，会调用UIApplicationmain函数，此函数内部会启动主线程的RunLoop，经过一系列处理，最终主线程RunLoop处于休眠状态；
如果此时点击了屏幕，会产生一个mach_port，基于mach_port最终转成Source1，唤醒主线程，运行处理；
当把程序杀死后，RunLoop退出，并且发送通知给观察者。RunLoop退出后线程即刻销毁。

3.2 RunLoop的核心

在main函数中，经过一些列处理，会调用系统函数mach_msg()，就发生了系统调用，此时会从用户态转为核心态；
在内核态下，一定条件时(Source1/Timer事件/外部手动唤醒)，mach_msg()会返回给调用方，此时程序会从核心态转为用户态。

四.RunLoop与NSTimer

问题9：滑动TableView的时候定时器还会生效吗？
不会生效

1.TableView正常情况是运行在kCFRunLoopDefaultMode模式下，当滑动时会发生Mode的切换，切换到UITrackingRunLoopMode模式。
2.当把Timer/Source/Observer添加到某一个Mode(kCFRunLoopDefaultMode)上面后，如果当前RunLoop运行在另一个Mode(UITrackingRunLoopMode)上，对应的Timer/Source/Observer无法进行处理和回调。

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解决方案:使用如下函数将Timer/Source/Observer同步到多个Mode中
void CFRunLoopAddTimer(runLoop, timer, commonMode)

五.RunLoop与多线程

线程和RunLopp一一对应
自己创建的线程默认没有RunLoop

问题10：怎样实现一个常驻线程？

为当前线程开启一个RunLoop;
向该RunLoop中添加一个Port/Source等维持RunLoop的事件循环；
启动该RunLoop。

关键代码逻辑
HGObject.h

#import "HGObject.h"

#implementation HGObject

// 自定义线程
static NSThread *thread = nil;
// 标记是否要继续事件循环
static BOOL runAlways = YES;

+ (NSThread *)threadForDispatch {
    if (thread == nil) {
        // 创建线程：线程安全 
        @synchronized(self) {
            if (thread == nil) {
                thread = [[NSThread alloc] initWithTarget: self selector: @selector(runRequest) object: nil];
                [thread setName: @"com.tonlyele.xxx"];
                // 启动
                [thread start];
            }
        }
    }
    return thread;
}

// 常驻线程实现
+ (void)runRequest {
    
    // 创建一个Source
    CFRunLoopSourceContext context = {0, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL};
    CFRunLoopSourceRef source = CFRunLoopSourceCreate(kCFAllocatorDefault, 0, &context);
    
    // 创建RunLoop，同时向RunLoop的DefaultMode下面添加Source
    CFRunLoopAddSource(CFRunLoopGetCurrent(), source, kCFRunLoopDefaultMode);
    
    // 如果可以运行
    while(runAlways) {
        @autoreleasepool {
            // 令当前RunLoop运行在DefaultMode下面
            CFRunLoopRunInMode(kCFRunLoopDefaultMode, 1.0e10, true);
        }
    }
    
    // 某一时机静态变量runAlways = NO时，可以保证跳出RunLoop，线程退出
    CFRunLoopRemoveSource(CFRunLoopGetCurrent(), source, kCFRunLoopDefaultMode);
    CGRelease(source);
}

@end

实现常驻线程代码

// 创建线程
NSThread *subThread = [[NSThread alloc] initWithTarget: self selector: @selector(subThreadEntryPoint) object: nil];
[subThread setName: @"HGThread"];
[subThread start];

// 开启RunLoop
NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];
// 如果注释如下行，子线程中的任务无法执行
[runLoop addPort: [NSMachPort port] forMode: NSRunLoopCommonModes];
[runLoop run];

`本文总结`

问题1：什么是RunLoop,它是怎样做到有事做事，没事休息的？

RunLoop是一个通过内部循环对事件或消息进行管理的对象；
程序运行会调用main函数，在main函数中调用UIApplicationMain，在此函数中会启动主线程的RunLoop；
RunLoop运行后，会调用系统mac_msg()方法，发生系统调用，会使程序从用户态转为核心态，此时线程处于休眠状态；
当外界条件(source回调/Timer事件/Observer)变化时，mach_msg()函数会使得程序从核心态转为用户态，此时线程处于唤醒状态。

问题2：RunLoop与线程的关系

RunLoop与线程是一一对应的；
一个线程默认是没有RunLoop的，需要手动创建(主线程除外)。

问题3：如何实现一个常驻线程？

1.自定义线程，并为线程开启一个RunLoop；
2.向RunLoop中添加一个Port/Source等维持RunLoop的事件循环；
3.启动该RunLoop

问题4：怎样保证子线程数据回来更新UI的时候，不打断用户的滑动操作？

1.用户滑动时，当前的RunLoop运行在UITrackingRunLoopMode模式下；
2.而网络请求一般放在子线程进行，子线程返回给主线程的数据要抛给主线程用来更新UI。可以把子线程请求数据抛回给主线程进行UI更新的逻辑，包装起来提交到主线程的NSDefaultRunLoopMode模式下；
3.当当前用户正在滑动操作时处于UITrackingRunLoopMode模式下，分派到NSDefaultRunLoopMode模式下的任务不会执行；
4.当停止滑动后，当前线程会切换到NSDefaultRunLoopMode模式下，处理子线程上抛给主线程的UI更新的任务，这样就不会打断用户的滑动操作。

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