深入理解iOS开发之RunLoop

RunLoop属于iOS进阶开发中的一个重要技术点，本文会重点讲解我在开发过程中总结的对RunLoop的理解。

RunLoop概念

RunLoop是与多线程相关的一个事件处理机制，用来调度操作和处理协调即将发生的事件。iOS Developer Library关于RunLoop的解释是，RunLoop机制的四个作用：

RunLoop的管理并不是自动进行的，你需要编写线程代码去开始一个RunLoop，并在合适的时机响应事件。但是Cocoa和Core Foundation库都提供了RunLoop对象来帮助开发者配置和管理线程中的RunLoop。你不需要明确如何去创建这些RunLoop对象，并且每一个线程包括主线程都有一个与之相关联的RunLoop对象。只有一些次要的线程需要明确运行与之关联的RunLoop，然而RunLoop是App的一个开始进程，App框架会在主线程上自动运行和设置RunLoop。

function loop() {    initialize();    do {        var message = get_next_message();        process_message(message);    } while (message != quit);}

我们来看一看上面的代码。代码的逻辑是让线程能随时处理事件但并不被系统强制退出。理解RunLoop如何做到保持这种能随时处理事件的状态，我们必须弄清楚两个内部逻辑，RunLoop如何判断线程是否休眠和是否退出。为了弄清楚这些，我们先来了解一下RunLoop与线程的关系；

RunLoop 与线程的关系

你可以通过 pthread_main_thread_np() 、pthread_self() 或 [NSThread currentThread] 来获取当前线程。CFRunLoop 是基于 pthread 来管理的。苹果不允许直接创建 RunLoop，它只提供了两个自动获取的函数：CFRunLoopGetMain() 和 CFRunLoopGetCurrent()。 这两个函数内部的逻辑大概是下面这样:

static CFMutableDictionaryRef loopsDic;static CFSpinLock_t loopsLock;CFRunLoopRef _CFRunLoopGet(pthread_t thread) {    OSSpinLockLock(&loopsLock);    if (!loopsDic) {        // 第一次进入时，初始化全局Dic，并先为主线程创建一个 RunLoop。        loopsDic = CFDictionaryCreateMutable();        CFRunLoopRef mainLoop = _CFRunLoopCreate();        CFDictionarySetValue(loopsDic, pthread_main_thread_np(), mainLoop);    }    // 直接从 Dictionary 里获取。    CFRunLoopRef loop = CFDictionaryGetValue(loopsDic, thread));    if (!loop) {        loop = _CFRunLoopCreate();        CFDictionarySetValue(loopsDic, thread, loop);        // 注册一个回调，当线程销毁时，顺便也销毁其对应的 RunLoop。        _CFSetTSD(..., thread, loop, __CFFinalizeRunLoop);    }    OSSpinLockUnLock(&loopsLock);    return loop;}CFRunLoopRef CFRunLoopGetMain() {    return _CFRunLoopGet(pthread_main_thread_np());}CFRunLoopRef CFRunLoopGetCurrent() {    return _CFRunLoopGet(pthread_self());}

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。当然，这里不代表线程就不会执行事件了，如果你的获取了RunLoop的话 ，函数体中的事件可以通过RunLoop去执行，当然也可以通过你自己写的逻辑去处理事件。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）。

iOS中RunLoop对外的接口

Core Foundation中关于RunLoop的类有5个：

• CFRunLoopRef
• CFRunLoopModeRef
• CFRunLoopSourceRef
• CFRunLoopTimerRef
• CFRunLoopObserverRef

通过图表来看看这几个类跟RunLoop的关系：

RunLoop

Mode Mode Source Source Observer Observer timer timer

CFRunLoopSourceRef 是事件产生的地方。Source有两个版本：Source0 和 Source1。

• Source0 只包含了一个回调（函数指针），它并不能主动触发事件。使用时，你需要先调用 CFRunLoopSourceSignal(source)，将这个 Source 标记为待处理，然后手动调用 CFRunLoopWakeUp(runloop) 来唤醒 RunLoop，让其处理这个事件。
• Source1 包含了一个 mach_port 和一个回调（函数指针），被用于通过内核和其他线程相互发送消息。

CFRunLoopTimerRef 是基于时间的触发器，它和 NSTimer 是toll-free bridged 的，可以混用。其包含一个时间长度和一个回调（函数指针）。当其加入到 RunLoop 时，RunLoop会注册对应的时间点，当时间点到时，RunLoop会被唤醒以执行那个回调。

CFRunLoopObserverRef 是观察者，每个 Observer 都包含了一个回调（函数指针），当 RunLoop 的状态发生变化时，观察者就能通过回调接受到这个变化。可以观测的时间点有以下几个：

typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {    kCFRunLoopEntry         = (1UL << 0), // 即将进入Loop    kCFRunLoopBeforeTimers  = (1UL << 1), // 即将处理 Timer    kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2), // 即将处理 Source    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Loop};

上面的 Source/Timer/Observer 被统称为 mode item，一个 item 可以被同时加入多个 mode。但一个 item 被重复加入同一个 mode 时是不会有效果的。如果一个 mode 中一个 item 都没有，则 RunLoop 会直接退出，不进入循环。

RunLoop处理事件

界面刷新

当UI改变（ Frame变化、 UIView/CALayer 的继承结构变化等）时，或手动调用了 UIView/CALayer 的 setNeedsLayout/setNeedsDisplay方法后，这个 UIView/CALayer 就被标记为待处理。

苹果注册了一个用来监听BeforeWaiting和Exit的Observer，在它的回调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。

事件响应

当一个硬件事件(触摸/锁屏/摇晃/加速等)发生后，首先由 IOKit.framework 生成一个 IOHIDEvent 事件并由 SpringBoard 接收， 随后由mach port 转发给需要的App进程。

苹果注册了一个 Source1 (基于 mach port 的) 来接收系统事件，通过回调函数触发Sourece0（所以UIEvent实际上是基于Source0的），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。

手势识别

如果上一步的 _UIApplicationHandleEventQueue() 识别到是一个guesture手势，会调用Cancel方法将当前的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，其回调函数为 _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。

GCD任务

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，并在回调里执行这个 block。Runloop只处理主线程的block，dispatch 到其他线程仍然是由 libDispatch 处理的。

NSTimer

modeItems：- CFRunLoopSourceRef：数据结构（source0/source1）；

• source0 ：
• source1 ：
• CFRunLoopTimerRef：数据结构；创建与生效；相关类型（GCD的timer与CADisplayLink)
• CFRunLoopObserverRef：数据结构；创建与添加；监听的状态；

网络请求

关于网络请求的接口:最底层是CFSocket层，然后是CFNetwork将其封装，然后是NSURLConnection对CFNetwork进行面向对象的封装，NSURLSession 是 iOS7 中新增的接口，也用到NSURLConnection的loader线程。所以还是以NSURLConnection为例。

当开始网络传输时，NSURLConnection 创建了两个新线程：com.apple.NSURLConnectionLoader 和 com.apple.CFSocket.private。其中 CFSocket 线程是处理底层 socket 连接的。NSURLConnectionLoader 这个线程内部会使用 RunLoop 来接收底层 socket 的事件，并通过之前添加的 Source0 通知到上层的 Delegate。

RunLoop应用

滑动与图片刷新, UITableView的优化

当tableview的cell上有需要从网络获取的图片的时候，滚动tableView，异步线程会去加载图片，加载完成后主线程就会设置cell的图片，但是会造成卡顿。可以让设置图片的任务在CFRunLoopDefaultMode下进行，当滚动tableView的时候，RunLoop是在 UITrackingRunLoopMode 下进行，不去设置图片，而是当停止的时候，再去设置图片。

- (void)viewDidLoad {  [super viewDidLoad];  // 只在NSDefaultRunLoopMode下执行(刷新图片)  [self.myImageView performSelector:@selector(setImage:) withObject:[UIImage imageNamed:@""] afterDelay:ti inModes:@[NSDefaultRunLoopMode]];    }

常驻子线程，保持子线程一直处理事件

为了保证线程长期运转，可以在子线程中加入RunLoop，并且给Runloop设置item，防止Runloop自动退出。

+ (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;}- (void)start {    [self.lock lock];    if ([self isCancelled]) {        [self performSelector:@selector(cancelConnection) onThread:[[self class] networkRequestThread] withObject:nil waitUntilDone:NO modes:[self.runLoopModes allObjects]];    } else if ([self isReady]) {        self.state = AFOperationExecutingState;        [self performSelector:@selector(operationDidStart) onThread:[[self class] networkRequestThread] withObject:nil waitUntilDone:NO modes:[self.runLoopModes allObjects]];    }    [self.lock unlock];}

RunLoop避免App闪退

通过获取当前的runloop避免进程crash从而保证应用不闪退，当然也可以告知用户选择退出应用避免因此产生的一些应用内的操作隐患，同时清空监听信息，以便之后继续循环。

CFRunLoopRef runloop = CFRunLoopGetCurrent();NSArray *allModes = CFBridgingRelease(CFRunLoopCopyAllModes(runLoop));while(1){    for (NSString *mode in allModes){        CFRunLoopInMode((CFStringRef)mode,0.001,false);    }}