RunLoop的基础知识

  RunLoop是多线程开发中非常重要的一个知识点，比较抽象。一般来讲，一个线程一次只能执行一个任务，执行完成后线程就会退出。但是，在实际开发过程中，我们可能需要这样一个机制，让线程能随时处理事件但并不会退出。也就是说，在线程没有处理消息时，可以进入休眠状态，以避免资源占用。而在有消息到来时，可以立刻被唤醒。这种机制就是RunLoop。

一、RunLoop的基本概念

  
  1、RunLoop的作用

  RunLoop从字面意思上理解，就是指运行循环，意思就是持续运行。程序运行以后之所以不会马上退出，就是因为它内部开启了一个RunLoop来保证程序的持续运行。RunLoop的基本作用如下：

1、保证程序持续运行；
2、处理App中的各种事件(如触摸事件、定时器事件、Selector事件等)；
3、节省CPU资源，提高程序性能(该做事的时候做事，该休息的时候休息)；

  我们在学习C语言的时候就已经知道，程序的入口函数是main()，在iOS开发中，程序的入口函数同样是main()函数：

int main(int argc, char * argv[]) {    @autoreleasepool {        return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));    }}

  在上面的代码中，具体来说就是return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));这行代码，它内部开启了一个RunLoop(其实就是一个死循环)来保证程序一直处于运行状态。按住command键，点击UIApplicationMain()函数进入相关的头文件，可以看到它的返回类型是一个int类型：

Snip20170214_7.png

  为此，我们可以对上面的程序进行相应的改写，在UIApplicationMain()函数前后加入打印信息，以此来验证程序开启了RunLoop从而不会退出：

int main(int argc, char * argv[]) {    @autoreleasepool {        NSLog(@"执行main函数");        int num = UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));        NSLog(@"num = %d", num);        return num;    }}

  运行程序，注意看一下控制台的打印消息：

验证UIApplicationMain()函数中开启了运行循环.gif

  从上面的GIF图中可以看到，程序运行以后确实执行了main()函数。但是，它只打印了UIApplicationMain()函数前面的"执行main函数"语句，并没有打印它后面num变量的值。这个num的值永远都不会打印，如果它被打印了，就说明num的值被返回了，也就是说这个main()函数执行完了，程序就退出了。

  UIApplicationMain()函数之所以一直没有返回，是因为它内部开启了一个RunLoop，而这个RunLoop是跟主线程先关的，它能保证主线程不会挂掉。在iOS开发中有两套API是可以用来访问RunLoop对象的：

1、Foundation框架(NSRunLoop)，基于OC语言；
2、Core Foundation框架(CFRunLoopRef)，基于C语言。

  其中，NSRunLoop是基于CFRunLoopRef做了一层OC包装。因此，要学好RunLoop相关的知识，应该多研究CFRunLoopRef的API。

  2、RunLoop和线程之间的关系

1、RunLoop和线程是一一对应的，即一条线程对应一个RunLoop对象；
2、主线程的RunLoop由系统创建并默认已启动，子线程的RunLoop需要手动创建；
3、RunLoop在第一次获取时创建，在线程结束时被销毁

  3、如何获得RunLoop对象

[NSRunLoop currentRunLoop]; // 在Foundation框架中获取当前线程的RunLoop[NSRunLoop mainRunLoop];  // 在Foundation框架中获取主线程的RunLoop对象CGRunLoopGetCurrent(); // 在Core Foundation框架中获取当前线程的RunLoopCFRunLoopGetMain(); // 在Core Foundation框架中获取主线程的RunLoop

  理论上讲，在同一个项目中，使用[NSRunLoop currentRunLoop];和CGRunLoopGetCurrent();获取到当前线程的RunLoop，它们的内存地址应该是一样的。但是，因为它们属于不同的框架，获得RunLoop的内存地址还是不同的。不过，可以通过getCFRunLoop将它们转换成一样的(主线程RunLoop的转换也是一样的)：

[NSRunLoop currentRunLoop].getCFRunLoop;  // 将Foundation框架下的RunLoop转换为Core Foundation框架下的RunLoop

  在前面我们说过，主线程的RunLoop有系统创建并默认已启动，而子线程的RunLoop需要手动创建。那么，子线程的RunLoop该如何创建呢？下面就简单的举一个实例：

- (void)viewDidLoad {    [super viewDidLoad];    // 创建子线程    [[[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(test) object:nil] start];}- (void)test {    // 获取当前子线程的RunLoop    NSLog(@"子线程的RunLoop：%p", [NSRunLoop currentRunLoop]);  }

  像上面那样，先开一条子线程，然后在selector监听的方法中获取当前线程的RunLoop即可。

二、RunLoop中几个重要类的简单介绍和使用

  
  1、和RunLoop相关的类

  在学习RunLoop的过程中，我们主要是基于Core Foundation框架的。在Core Foundation框架下，和RunLoop相关的类主要是下面这5个：

CFRunLoopRef —— RunLoop本身
CFRunLoopModeRef —— 运行模式
CFRunLoopTimerRef —— 定时器事件
CFRunLoopSourceRef —— 输入源(或者事件源)
CFRunLoopObserverRef —— 监听者

  上面这5个类中，最重要的是CFRunLoopModeRef。一个RunLoop包含若干个Mode，而每个Mode中又包含若干个Timer、Source和Observer。每次RunLoop启动时，只能指定其中一个Mode，而这个Mode就被称为currentMode。如果要切换当前Mode，只能退出当前循环，再重新指定一个Mode进入。这样可以有效分隔不同组的Timer/Source/Observer，让它们之间互不干扰。另外，需要注意的是，运行模式中至少要有一个Timer或者一个Source(Observer在Mode中无实际意义，只是用来监听RunLoop的状态)。下面这张图是苹果官方给出的RunLoop结构示意图：

Structure of a run loop and its sources

  关于上面这张图，在Xcode自带的Documentation and API Reference中可以搜到。为了便于理解和记忆，上面那张图可以精简为下面这张图：

RunLoop中的运行模式.png

  关于运行模式，系统默认已经注册了5种，其中只有前面3种是和我们有一定关系的，后面两种运行模式在实际开发过程中很少用到：

kCFRunLoopDefaultMode：应用默认的Mode，通常主线程是在这个Mode下运行；
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；
kCFRunLoopCommonModes: 占位Mode，它不是一种真正的Mode；
UIInitializationRunLoopMode: 在刚启动应用时进入的第一个 Mode，启动完成后就不再使用，和我们关系不大；
GSEventReceiveRunLoopMode: 接受系统事件的内部Mode，通常用不到。

  2、RunLoop运行模式的简单使用举例

  在上面的内容中，我们已经介绍过，RunLoop中有多个运行模式，但是在程序启动以后，只能选择其中的一种。并且，在该运行模式中，至少需要一个Timer或者一个Source：

- (void)viewDidLoad {    [super viewDidLoad];    // NSTimer    [self timer];}// MARK:- 定时器- (void)timer {    NSLog(@"start---");    // 创建一个定时器    NSTimer *timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:2.0 target:self selector:@selector(test) userInfo:nil repeats:NO];    /**     * timerWithTimeInterval:<#(NSTimeInterval)#> target:<#(nonnull id)#> selector:<#(nonnull SEL)#> userInfo:<#(nullable id)#> repeats:<#(BOOL)#>     * 第一个参数 : 表示要在多少秒之后执行后面方法选择器中的方法；     * 第二个参数 : 表示目标对象；     * 第三个参数 : 表示方法选择器；     * 第四个参数 : 表示用户信息，可以传nil；     * 第五个参数 : 表示是否需要重复执行方法选择器中的方法。     */    // 把定时器添加到RunLoop中，并选择运行模式    [[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];    /**     * addTimer:<#(nonnull NSTimer *)#> forMode:<#(nonnull NSRunLoopMode)#>     * 第一个参数 : 表示定时器；     * 第二个参数 : 表示运行模式。     */}- (void)test {    // 打印当前线程和运行模式    NSLog(@"当前线程：%@---运行模式%@", [NSThread currentThread], [NSRunLoop currentRunLoop].currentMode);    /**     * 5中基本的运行模式：     * NSDefaultRunLoopMode/kCFRunLoopDefaultMode---默认的Mode，通常主线程在这个Mode中运行；     * NSRunLoopCommonModes/kCFRunLoopCommonModes---占位Mode，不是真正的Mode；相当于既添加了默认Mode，又添加了界面追踪Mode；     * 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它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。     */}

  除了可以通过+ timerWithTimeInterval: target: selector: userInfo: repeats:这个方法创建定时器之外，还可以使用+ scheduledTimerWithTimeInterval: target: selector: userInfo: repeats:方法来创建定时器。因此，同样可以使用下面这种方式来选择运行模式：

- (void)viewDidLoad {    [super viewDidLoad];    // NSTimer    [self timer];}// MARK:- 定时器- (void)timer {    NSLog(@"start---");    // 创建定时器另外一种方式    [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:2.0 target:self selector:@selector(test) userInfo:nil repeats:NO];}- (void)test {    // 打印当前线程和运行模式    NSLog(@"当前线程：%@---运行模式%@", [NSThread currentThread], [NSRunLoop currentRunLoop].currentMode);}

  使用+ scheduledTimerWithTimeInterval: target: selector: userInfo: repeats:方法来创建定时器时，不需要手动将它添加到RunLoop中，因为系统内部已经自动添加了，并且设置运行模式为默认模式。不过，需要注意的是，如果是在子线程用这种方式创建定时器，它是不工作的：

- (void)viewDidLoad {    [super viewDidLoad];    // 创建子线程    [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(timer) toTarget:self withObject:nil];}// MARK:- 定时器- (void)timer {    NSLog(@"start---");    // 创建定时器另外一种方式    [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:2.0 target:self selector:@selector(test) userInfo:nil repeats:NO];}- (void)test {    // 打印当前线程和运行模式    NSLog(@"当前线程：%@---运行模式%@", [NSThread currentThread], [NSRunLoop currentRunLoop].currentMode);}

  为什么不工作呢?这主要是和线程有关。我们说过，主线程的RunLoop默认已创建，但是子线程的RunLoop需要手动创建。而自动将定时器添加到RunLoop中，并设置运行模式为默认模式的前提条件是，RunLoop必须存在！但是，在子线程中，这个RunLoop并不存在。因此，它也就不工作了。要想让上面那个定时器工作，必须手动创建与子线程对应的RunLoop，然后再手动开启它：

- (void)viewDidLoad {    [super viewDidLoad];    // 创建子线程    [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(timer) toTarget:self withObject:nil];}// MARK:- 定时器- (void)timer {    NSLog(@"start---");    // 创建当前子线程对应的RunLoop    NSRunLoop *currentRunLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];    // 创建定时器    [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:2.0 target:self selector:@selector(test) userInfo:nil repeats:NO];    // 开启子线程的RunLoop    [currentRunLoop run];    /**     * 用下面这两个方法开启子线程的RunLoop也是可以的：     * runUntilDate:<#(nonnull NSDate *)#> : 后面的参数表示设定一个RunLoop退出的时间；     * runMode:<#(nonnull NSRunLoopMode)#> beforeDate:<#(nonnull NSDate *)#> : 第一个参数表示运行模式，第二个参数表示退出时间     */}- (void)test {    // 打印当前线程和运行模式    NSLog(@"当前线程：%@---运行模式%@", [NSThread currentThread], [NSRunLoop currentRunLoop].currentMode);}

  NSTimer的运行效果会受运行模式的影响，它有时候会不工作。也就是说，它有可能不精准。我们都知道，GCD定时器是绝对精准的，不会受RunLoop运行模式的影响。而且GCD定时器使用起来更加简单，Xcode默认为我们提供了一个和定时器相关的代码段，只需要敲dispatch_source_t，它就自动出来了：

- (void)viewDidLoad {    [super viewDidLoad];    // GCD定时器    [self gcdTimer];}// MARK:- GCD中的定时器- (void)gcdTimer {    NSLog(@"start---");    // 创建GCD中的定时器    dispatch_source_t timer = dispatch_source_create(DISPATCH_SOURCE_TYPE_TIMER, 0, 0, dispatch_get_global_queue(0, 0));    /**     * dispatch_source_t timer = dispatch_source_create(DISPATCH_SOURCE_TYPE_TIMER, 0, 0, <#dispatchQueue#>);     * 第一个参数 : 表示Source的类型(DISPATCH_SOURCE_TYPE_TIMER表示它是一个定时器);     * 第二个参数 : 表示一些描述信息，比如说线程的id;     * 第三个参数 : 表示更加详细的描述信息;     * 第四个参数 : 表示一个队列，它决定了GCD定时器中的任务在哪个线程中执行     */    // 设置GCD中定时器的起止时间    dispatch_source_set_timer(timer, DISPATCH_TIME_NOW, 2.0 * NSEC_PER_SEC, 0 * NSEC_PER_SEC);    /**     * dispatch_source_set_timer(timer, DISPATCH_TIME_NOW, <#intervalInSeconds#> * NSEC_PER_SEC, <#leewayInSeconds#> * NSEC_PER_SEC);     * 第一个参数 : 表示定时器对象;     * 第二个参数 : 表示定时器的起始时间(DISPATCH_TIME_NOW是指从现在开始);     * 第三个参数 : 表示间隔时间(NSEC_PER_SEC的值是10的9次方，主要是用来将纳秒转换为秒。GCD中的时间单位是纳秒);     * 第四个参数 : 表示精准度，也就是允许的误差是多少(传一个0表示绝对精准)。     */    // 通过一个block代码块来封装一些操作    dispatch_source_set_event_handler(timer, ^{        // 打印当前线程        NSLog(@"当前线程为：%@", [NSThread currentThread]);    });    /**     * dispatch_source_set_event_handler(timer, ^{     <#code to be executed when timer fires#>     });     * block参数 : 主要是用来封装任务的。     */    // 启动定时器    dispatch_resume(timer);    // 给timer一个强引用    self.timer = timer;}

  需要特别注意的是，在上面的代码中，timer是一个局部变量，我们设定2.0秒之后再执行后面的block代码块，而block代码块非常的特殊，很有可能在我们执行它之前，这个timer就被释放掉了。因此，为了保证这个block代码块和timer能够成功执行，必须在类扩展中给timer一个强引用。