RunLoop（一）：源码与逻辑

简述什么是RunLoop？顾名思义RunLoop是一个运行循环，它的作用是使得程序在运行之后不会马上退出，保持运行状态，来处理一些触摸事件、定时器时间等。RunLoop可以使得线程在有任务的时候处理任务，没有任务的时候休眠，以此来节省CPU资源，提高程序性能。那RunLoop是怎样保持程序的运行状态，到底处理了哪些事件？下面我们就从源码的层面来了解一下RunLoop。RunLoop获取runloop对象NSRunLoop和CFRunLoopRef都代表RunLoop对象，NSRunLoop是对CFRunLoopRef的封装。Foundation[NSRunLoop currentRunLoop]; // 获得当前线程的RunLoop对象[NSRunLoop mainRunLoop]; // 获得主线程的RunLoop对象Core FoundationCFRunLoopGetCurrent(); // 获得当前线程的RunLoop对象CFRunLoopGetMain(); // 获得主线程的RunLoop对象RunLoop相关类从源码的代码结构中我们可以找出来一下5个跟RunLoop相关的结构CFRunLoopRefCFRunLoopModeRefCFRunLoopSourceRefCFRunLoopObserverRefCFRunLoopTimerRef下面是CFRunLoopRef的结构代码struct __CFRunLoop { CFRuntimeBase _base; pthread_mutex_t _lock; /* locked for accessing mode list */ __CFPort _wakeUpPort; // used for CFRunLoopWakeUp Boolean _unused; volatile _per_run_data *_perRunData; // reset for runs of the run loop pthread_t _pthread; uint32_t _winthread; CFMutableSetRef _commonModes; CFMutableSetRef _commonModeItems; CFRunLoopModeRef _currentMode; CFMutableSetRef _modes; struct _block_item *_blocks_head; struct _block_item *_blocks_tail; CFAbsoluteTime _runTime; CFAbsoluteTime _sleepTime; CFTypeRef _counterpart;};变量很多，我们不需要全部看，只需要注意这两个CFRunLoopModeRef _currentMode;CFMutableSetRef _modes;每一个runloop里面有很多mode（存在一个set集合里面），然后之后后一个mode叫做currentMode，也就是说runloop一次只能处理一种mode。然后我们再看CFRunLoopModeRef的结构，我已经给大家省略了里面那些我们不需要关注的变量typedef struct __CFRunLoopMode CFRunLoopModeRef;struct __CFRunLoopMode { CFStringRef _name; CFMutableSetRef _sources0; CFMutableSetRef _sources1; CFMutableArrayRef _observers; CFMutableArrayRef _timers;};根据上面这些我们大概的可以概括出来RunLoop这些相关类的关系。CFRunLoopModeRef由上面的源码我们可以稍微总结一下这个CFRunLoopModeRef：CFRunLoopModeRef代表RunLoop的运行模式一个RunLoop包含多个CFRunLoopModeRef，每个CFRunLoopModeRef又包含多个_sources0，_sources1，_observers，_timers。RunLoop每次只能运行一种mode，切换mode的时候，要先退出之前的mode。如果mode中没有_sources0、_sources1、_observers、_timers，程序会立刻退出。常用的两种ModekCFRunLoopDefaultMode（NSDefaultRunLoopMode）：App的默认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。CFRunLoopObserverRef源码中给出了可以监听的RunLoop状态/ Run Loop Observer Activities /typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) { // 进入RunLoop kCFRunLoopEntry = (1UL << 0), // 即将处理timers kCFRunLoopBeforeTimers = (1UL << 1), // 即将处理Sources kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2), // 即将休眠 kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5), // 被唤醒 kCFRunLoopAfterWaiting = (1UL << 6), // 退出循环 kCFRunLoopExit = (1UL << 7), // 所有状态 kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU};具体的怎么样添加observer来监听RunLoop状态我就不贴代码了，网上一搜有很多的。RunLoop的运行逻辑前面我们已经了解了RunLoop相关的结构的源码，知道了RunLoop大概的数据结构，那RunLoop到底是如何工作的呢？它的运行逻辑是什么?我们了解过了每个mode中会存放不同的_sources0、_sources1、_observers、_timers，这些我们可以全部统称是RunLoop要处理的东西，那每一种具体对应我们了解的哪写事件呢？Source0触摸事件处理performSelector:onThread:Source1基于系统Port(端口)的线程间通信系统事件捕捉TimersNSTimer定时器performSelector:withObject:afterDelay:Observers用于监听RunLoop的状态UI刷新（BeforeWating）Autorelease Pool （BeforWaiting）注： UI的刷新并不是即时生效，比如说我们改变了view的backgroundColor，当执行到这行代码是并不是立刻生效，而是先记录下有这么一个任务，然后在RunLoop处理完所有的时间，进入休眠之前UI刷新。这是大神总结的RunLoop的运行逻辑图，我直接拿过来用了。我们主要是看左边这部分，右边的这些标注是在源码中对应的主要方法名称。这个图很容易理解，只有从06跳转到08这一步，单从图上看的话不是很清晰，这一块结合源码就比较明了了。第06步，如果存在Source1就直接跳转到08，在代码中使用了goto这个关键字，其实就是跳过了runloop休眠和唤醒这一部分的代码，直接跳转到了处理各种事件的这一部分。下面我把源码做了一些删减，方便大家可以更清楚的梳理整个过程// 这个是runloop入口函数SInt32 CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopRef rl, CFStringRef modeName, CFTimeInterval seconds, Boolean returnAfterSourceHandled) { / DOES CALLOUT */ // 通知Observers 即将进入RunLoop if (currentMode->_observerMask & kCFRunLoopEntry ) __CFRunLoopDoObservers(rl, currentMode, kCFRunLoopEntry); // 核心方法 result = __CFRunLoopRun(rl, currentMode, seconds, returnAfterSourceHandled, previousMode); // 通知Observers 即将退出RunLoop if (currentMode->_observerMask & kCFRunLoopExit ) __CFRunLoopDoObservers(rl, currentMode, kCFRunLoopExit); return result;}下面是核心方法static int32_t __CFRunLoopRun(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopModeRef rlm, CFTimeInterval seconds, Boolean stopAfterHandle, CFRunLoopModeRef previousMode) { int32_t retVal = 0; do { //通知Observers 即将处理Timers if (rlm->_observerMask & kCFRunLoopBeforeTimers) __CFRunLoopDoObservers(rl, rlm, kCFRunLoopBeforeTimers); //通知Observers 即将处理Sources if (rlm->_observerMask & kCFRunLoopBeforeSources) __CFRunLoopDoObservers(rl, rlm, kCFRunLoopBeforeSources); //处理Blocks __CFRunLoopDoBlocks(rl, rlm); //处理source0,根据返回值决定在处理一次blocks Boolean sourceHandledThisLoop = __CFRunLoopDoSources0(rl, rlm, stopAfterHandle); if (sourceHandledThisLoop) { __CFRunLoopDoBlocks(rl, rlm); } Boolean poll = sourceHandledThisLoop || (0ULL == timeout_context->termTSR); // source1相关 if (MACH_PORT_NULL != dispatchPort && !didDispatchPortLastTime) { msg = (mach_msg_header_t *)msg_buffer; // 是否有Source1 有的话跳转到handle_msg if (__CFRunLoopServiceMachPort(dispatchPort, &msg, sizeof(msg_buffer), &livePort, 0, &voucherState, NULL)) { goto handle_msg; } } didDispatchPortLastTime = false; // 通知Observers: 即将休眠 if (!poll && (rlm->_observerMask & kCFRunLoopBeforeWaiting)) __CFRunLoopDoObservers(rl, rlm, kCFRunLoopBeforeWaiting); //休眠 __CFRunLoopSetSleeping(rl); //等待别的消息来唤醒当前线程 __CFRunLoopServiceMachPort(waitSet, &msg, sizeof(msg_buffer), &livePort, poll ? 0 : TIMEOUT_INFINITY, &voucherState, &voucherCopy); __CFRunLoopUnsetSleeping(rl); // 通知Observers: 即将醒来 if (!poll && (rlm->_observerMask & kCFRunLoopAfterWaiting)) __CFRunLoopDoObservers(rl, rlm, kCFRunLoopAfterWaiting); // 标识标识 !!!!! handle_msg:; __CFRunLoopSetIgnoreWakeUps(rl); //下面根据是什么唤醒的runloop来分别处理 if (MACH_PORT_NULL == livePort) { CFRUNLOOP_WAKEUP_FOR_NOTHING(); // handle nothing } else if (livePort == rl->_wakeUpPort) { CFRUNLOOP_WAKEUP_FOR_WAKEUP(); // do nothing on Mac OS } // 被Timer唤醒 else if (modeQueuePort != MACH_PORT_NULL && livePort == modeQueuePort) { CFRUNLOOP_WAKEUP_FOR_TIMER(); // 处理Timers if (!__CFRunLoopDoTimers(rl, rlm, mach_absolute_time())) { // Re-arm the next timer, because we apparently fired early __CFArmNextTimerInMode(rlm, rl); } } // 被Timer唤醒 else if (rlm->_timerPort != MACH_PORT_NULL && livePort == rlm->_timerPort) { CFRUNLOOP_WAKEUP_FOR_TIMER(); // 处理Timers if (!__CFRunLoopDoTimers(rl, rlm, mach_absolute_time())) { // Re-arm the next timer __CFArmNextTimerInMode(rlm, rl); } } // 被GCD唤醒 else if (livePort == dispatchPort) { // 处理GCD相关 CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE(msg); } else { //被Source1唤醒 //处理Source1 sourceHandledThisLoop = __CFRunLoopDoSource1(rl, rlm, rls, msg, msg->msgh_size, &reply) || sourceHandledThisLoop; } //在处理一遍BLocks __CFRunLoopDoBlocks(rl, rlm); // 设置返回值 决定是否继续循环 if (sourceHandledThisLoop && stopAfterHandle) { retVal = kCFRunLoopRunHandledSource; } else if (timeout_context->termTSR < mach_absolute_time()) { retVal = kCFRunLoopRunTimedOut; } else if (__CFRunLoopIsStopped(rl)) { __CFRunLoopUnsetStopped(rl); retVal = kCFRunLoopRunStopped; } else if (rlm->_stopped) { rlm->_stopped = false; retVal = kCFRunLoopRunStopped; } else if (__CFRunLoopModeIsEmpty(rl, rlm, previousMode)) { retVal = kCFRunLoopRunFinished; } } while (0 == retVal); return retVal;}图和源码结合来看，整个流程就清晰了很多。流程里面的有些东西不需要我们太过深入的研究，我们把这个流程掌握一下就OK了。细节补充第一点我们都知道RunLoop有一个优势，那就是可以使线程在有工作的时候工作，没有工作的时候休眠，来减少占用CPU资源，提高程序性能。这说明代码在执行到//等待别的消息来唤醒当前线程__CFRunLoopServiceMachPort(waitSet, &msg, sizeof(msg_buffer), &livePort, poll ? 0 : TIMEOUT_INFINITY, &voucherState, &voucherCopy);的时候，会阻塞当前的线程。但这种阻塞跟我们之前所用到过的阻塞线程不是一回事。举个例子，我们可以使用while(1){};这句代码来阻塞线程，这句代码在底层会转换为汇编的代码，我们的线程一直在重读执行这几句代码，所以他仅仅是阻塞线程，并没有使线程休眠，我们的线程一直在工作。但是runloop，通过mach_msg使用了一些内核层的API，真的是实现了线程的休眠，让线程不再占用CPU资源。第二点RunLoop与线程的关系？一个线程对应一个RunLoop对象。RunLoop默认不创建，在第一次获取的时候创建，主线程中的默认存在RunLoop也是因为在底层代码中，提前获取过一次。RunLoop储存在一个全局的字典中，线程是key，RunLoop是value。（源码中有所体现）RunLoop会在线程结束时销毁。