iOS开发-RunLoop详解

RunLoop概述

$\color{red}{RunLoop}$ 是什么？为什么要有 $\color{red}{RunLoop}$ ？
一般来说，一个线程只能执行一个任务，执行完就退出。如果我们需要一种机制，让线程不退出，随时能处理事件，那么我们就用到了 $\color{red}{RunLoop}$ 。那么， $\color{red}{RunLoop}$ 是什么？ $\color{red}{RunLoop}$ 又叫运行循环，内部就是一个 $\color{red}{do-while}$ 循环，在这个循环内部不断处理各种任务，保证程序持续运行。RunLoop存在的目的就是当线程中有任务的时候，保证线程干活，当线程没有任务的时候，让线程睡眠，提高程序性能，节省资源，该做事的时候做事，该休息的时候休息（想看一下你在房间里一直转圈抗饿还是躺在床上睡觉更抗饿？）。

RunLoop的作用

1、保持程序持续运行。

App一启动就会开启主线程，主线程在开启的时候就会开启主线程对应的 $\color{red}{RunLoop}$ ， $\color{red}{RunLoop}$ 能保证线程不被销毁，主线程不销毁，程序就会持续运行。

2、处理App中各类事件。

事件响应、手势识别、界面刷新、 $\color{red}{AutoreleasePool}$ 自动释放池、 $\color{red}{NSTimer}$ 等事件处理。

3、节省 $\color{red}{CPU}$ 资源，提高程序性能。

如概述所述，当线程中有任务的时候，保证线程干活，当线程没有任务的时候，让线程睡眠，提高程序性能，节省资源，该做事的时候做事，该休息的时候休息。

RunLoop的原理

想要更好的理解 $\color{red}{RunLoop}$ ，阅读源码是一个不错的选择。老司机说，有了源码，RunLoop也就没那么神秘了。首先我们平时所讲的 $\color{red}{RunLoop}$ 有两种，一种是 $\color{red}{NSRunLoop}$ ，一种 $\color{red}{CFRunLoop}$ ！

$\color{red}{NSRunLoop}$ 是存在于 $\color{red}{Foundation}$ 框架中， $\color{red}{CFRunLoop}$ 是存在于 $\color{red}{CoreFoundation}$ 框架中的。平时我们使用的是 $\color{red}{NSRunLoop}$ ，其实 $\color{red}{NSRunLoop}$ 是基于 $\color{red}{CFRunLoop}$ 的一层简单的OC封装。

$\color{red}{CFRunLoop}$ 本质是一个结构体， $\color{red}{NSRunLoop}$ 是一个 $\color{red}{NSObject}$ 对象。 $\color{red}{NSRunLoop}$ 不是线程安全的， $\color{red}{CFRunLoop}$ 时候线程安全的。那么我们通过源码了解一下 $\color{red}{CFRunLoop}$ 。首先看下基本数据结构。

1、首先看下CFRunLoop的定义，这里我把需要关注的参数都做了注释

CFRunLoop.png

由此可以看出，

\color{red}{CFRunLoop}

是一个结构体，里面含有很多属性。看一下这个结构体里面我们需要关注的几个参数。每一个

\color{red}{RunLoop}

都有自己的模式（Mode），而且不止一个模式。模式（Mode）里面存储的是

\color{red}{RunLoop}

要处理的事件源，事件源有三种，

\color{red}{Source、Timer、Observer}

这三种，下面会有详细介绍。

\color{red}{RunLoop}

有很多模式，但是某一个时刻只能有一个确定的

\color{red}{Mode}

，就是

\color{red}{\_currentMode}

，下面第二条讲述的就是

\color{red}{RunLoop}

的

\color{red}{Mode}

，在

\color{red}{Mode}

结构体里面几个与模式（Mode）相关的参数：

$\color{red}{\_currentMode}$ ,，表示该RunLoop当前所处的模式；

$\color{red}{\_modes}$ 表示该RunLoop中所有的模式；

另外RunLoop里面有一个Mode是 $\color{red}{NSRunLoopCommonModes}$ ，这个Mode并没有什么含义，它只是对几个模式（Mode）进行标记的一个集合；

$\color{red}{\_commonModes}$ 表示 $\color{red}{NSRunLoopCommonModes}$ 这个模式下保存的Mode，我们也可以将自定义的Mode添加到这个set里面；

$\color{red}{\_commonModeItem}$ 表示添加到 $\color{red}{NSRunLoopCommonModes}$ 里面的 $\color{red}{Source/Timer}$ 等；

2、上面提到的RunLoop里面有很多模式（Mode），来了解一下模式CFRunLoopMode，下面是CFRunLoop的源码。

CFRunLoopMode.png

其实与

\color{red}{CFRunLoop}

RunLoop中的Mode主要有以下几种：

1) $\color{red}{KCFRunLoopDefaultMode：App}$ 的默认Mode，通常主线程是在这个Mode下运行。

2) $\color{red}{UITrackingRunLoopMode}$ ：界面跟踪Mode，用于ScrollView追踪触摸滑动，保证界面滑动的时候不受其他Mode影响。

3) $\color{red}{KCFRunLoopCommonMode}$ ：这是一个占位用的Mode，作为标记 ${\color{red}{KCFRunLoopDefaultMode}}$ 和 ${\color{red}{UITrackingRunLoopMode}}$ 用，并不是一种真正的Mode。

4) $\color{red}{UIInitializationRunLoopMode}$ ：在刚启动App的时候进入的第一个Mode，启动完成后不再使用。

5) $\color{red}{CSEventReceiveRunLoopMode}$ ：接受系统事件内部Mode，通常用不到

RunLoop启动的时候只能选择其中一个Mode，作为 ${\color{red}{currentMode}}$ ，如果需要切换Mode，只能退出当前Mode，再重新选择一个Mode进入。

到这里，基于以上 ${\color{red}{CFRunLoop}}$ 和 ${\color{red}{CFRunLoopMode}}$ 的理解，RunLoop中保存的是 ${\color{red}{RunLoopMode}}$ ，而 ${\color{red}{RunLoopMode}}$ 中保存的才是实际执行的任务。

3、 ${\color{red}{RunLoopMode}}$ 里面存储的是 ${\color{red}{RunLoop}}$ 要处理的事件源，事件源有三种， ${\color{red}{Soure、Timer和Observer}}$ 。

1） ${\color{red}{CFRunLoopSourceRef}}$ ，就是 ${\color{red}{Soure}}$ 事件源，看一下它的定义。

CFRunLoopSource.png

{\color{red}{CFRunLoopSourceRef}}

是RunLoop要处理的事件源之一，

{\color{red}{version0、version1}}

是根据对不同事件的处理区分出来的

{\color{red}{source0、source1}}

。

2） ${\color{red}{CFRunLoopTimerRef}}$ 。RunLoop的相关Timer事件，定时器，定时执行一个任务，也是在RunLoop中处理的。

CFRunLoopTimer.png

3） ${\color{red}{CFRunLoopObserverRef}}$ 。 ${\color{red}{CFRunLoopObserverRef}}$ 是RunLoop的监听者，能够监听RunLoop的状态改变。

CFRunLoopObserver.png

RunLoop在运行过程中有以下几个状态：

6.CF_OPTIONS.png

可以给一个RunLoop添加观察。通过监测RunLoop的状态判断是否出现卡顿。创建一个Observer观察者，将创建好的观察者添加到主线程RunLoop的

{\color{red}{CommonMode}}

模式下观察，创建一个持续的子线程专门用来监控主线程的RunLoop状态，一旦发现进入睡眠前的

{\color{red}{KCFRunLoopBeforeSource}}

状态，或者唤醒后的状态

{\color{red}{KCFRunLoopAfterWaiting}}

，在设置的时间阈值内一直没有变化，即可判断为卡顿，dump出堆栈的信息，从而进一步分析出具体是哪个方法的执行时间长。

4、了解了RunLoop的基本数据结构，下面看一下RunLoop是如何运行的。

首先，如何创建一个 ${\color{red}{RunLoop}}$ ，其实 ${\color{red}{RunLoop}}$ 并不需要我们手动创建。任何一个RunLoop都与一个线程关联着，先有线程，再有 ${\color{red}{RunLoop}}$ 。苹果提供了两个API，让我们来获取 ${\color{red}{RunLoop}}$ ， ${\color{red}{CFRunLoopGetMain()}}$ 和 ${\color{red}{CFRunLoopGetCurrent()}}$ ，这两个方法分别获取 ${\color{red}{MainRunLoop}}$ 和当前线程的RunLoop。

7.CFRunLoopGet.png

从上面两个函数可以看出， ${\color{red}{RunLoop}}$ 是通过 ${\color{red}{\_CFRunLoopGet0()}}$ 这个函数来获取的，并且以线程作为参数，这个函数的作用与通过key从 ${\color{red}{NSDictionary}}$ 获取 ${\color{red}{Value}}$ 极为相似。接下来，看一下 ${\color{red}{\_CFRunLoopGet0()}}$ 的实现。

获取某个线程的 ${\color{red}{RunLoop}}$ ，首先以该线程作为 ${\color{red}{key}}$ ，从全局字典查找，如果没有找到，就新建一个，并以线程为 ${\color{red}{key}}$ ， ${\color{red}{RunLoop}}$ 为Value存到全局字典中（如果全局字典不存在，就先初始化全局字典，并新建一个 ${\color{red}{MainRunLoop}}$ 保存到全局字典中）。下面是源码，我都添加了注释。

8.GetRunLoop.png

上面这个是获取当前RunLoop的原理，那么RunLoop内部又是如何执行任务的。这里有一个图解。

9.RunLoop.png

${\color{red}{CFRunLoopRun}}$ 和 ${\color{red}{CFRunLoopRunInMode}}$ 内部都调用了 ${\color{red}{CFRunLoopRunSpecific}}$ 。而 ${\color{red}{CFRunLoopRunSpecific}}$ 内部又调用了 ${\color{red}{\_\_CFRunLoopRun,CFRunLoopRunSpecific}}$ 和 ${\color{red}{\_\_CFRunLoopRun}}$ 合起来就是 ${\color{red}{RunLoop}}$ 的完整实现了。看下下面一段伪代码解读，这个就是 ${\color{red}{RunLoop}}$ 的内部逻辑：

10.pseudocode.png

${\color{red}{RunLoop}}$ 和线程之间的关系

1、 ${\color{red}{RunLoop}}$ 保存在一个全局的 ${\color{red}{Dictionary}}$ 里面，线程为 ${\color{red}{key}}$ ， ${\color{red}{RunLoop}}$ 为 ${\color{red}{Value}}$ 。
2、线程刚创建的时候是没有 ${\color{red}{RunLoop}}$ 对象的， ${\color{red}{RunLoop}}$ 会在第一次获取它的时候创建。
3、 ${\color{red}{RunLoop}}$ 会在线程结束的时候销毁。
4、主线程的 ${\color{red}{RunLoop}}$ 已经自动获取（创建），子线程默认没有开启RunLoop。
5、每条线程都有唯一的一个与之对应的 ${\color{red}{RunLoop}}$ 对象。
6、先有线程，再有 ${\color{red}{RunLoop}}$ 。

我们在开发中常见 ${\color{red}{RunLoop}}$ 使用

1、控制线程生命周期（线程保活、线程永驻）。

原理：如果Mode里面没有任何的 ${\color{red}{Soure0/Source1/Timer/Observer}}$ ， ${\color{red}{RunLoop}}$ 会立马退出，所以为了不让它退出，可以在 ${\color{red}{RunLoop}}$ 里面添加一个 ${\color{red}{Soure1}}$ ， ${\color{red}{AF2.x}}$ 中用到常驻线程，就是这个原理。

11.Demo1.png

2、TableView延迟加载图片。

把 ${\color{red}{setImage}}$ 放到 ${\color{red}{NSDefaultRunLoopMode}}$ 去做，也就是在滑动的时候并不会去调用赋值图片的方法，而是会等到滑动完毕切换到 ${\color{red}{NSDefaultRunLoopMode}}$ 下面才会调用。

[self.img performSelector:@selector(setImage:) withObject:image afterDelay:0 inModes:[NSDefaultRunLoopMode]];

3、解决NSTimer在滑动时停止工作的问题（将Timer添加到CommonMode里面即可）。

NSTimer *timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:1 target:self selector:@selector(timerEvent) userInfo:nil repeats:YES];
[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];

${\color{red}{Timer}}$ 默认是处在 ${\color{red}{NSDefaultRunLoopMode}}$ 模式，当我们滑动页面的时候 ${\color{red}{RunLoop}}$ 会切换到 ${\color{red}{UITrackingRunLoopMode}}$ 模式，这样我们的 ${\color{red}{timer}}$ 就停止工作了，就像商城的倒计时，滑动页面的时候倒计时就停止了，为了解决这个问题，需要让 ${\color{red}{timer}}$ 在 ${\color{red}{UITrackingRunLoopMode}}$ 下也能工作，而 ${\color{red}{NSRunLoopCommonModes}}$ ，这个模式等效于 ${\color{red}{NSDefaultRunLoopMode}}$ 和 ${\color{red}{UITrackingRunLoopMode}}$ 的结合。所以给 ${\color{red}{timer}}$ 指定 ${\color{red}{NSRunLoopCommonModes}}$ 模式，这样 ${\color{red}{timer}}$ 可以在 ${\color{red}{NSDefaultRunLoopMode、UITrackingRunLoopMode}}$ 模式下都运行。

4、另外可以通过监测RunLoop的状态监测应用卡顿。

${\color{red}{RunLoop}}$ 在进入睡眠之前和唤醒后的两个loop状态定义的值，分别是 ${\color{red}{KCFRunLoopBeforeSources}}$ 和 ${\color{red}{KCFRunLoopAfterWaiting}}$ ，也就是要触发 ${\color{red}{Source0}}$ 回调和接收 ${\color{red}{mach_port}}$ 消息两个状态。创建一个 ${\color{red}{Observer}}$ 观察者，将创建好的观察者添加到主线程 ${\color{red}{RunLoop}}$ 的 ${\color{red}{CommonMode}}$ 模式下观察，创建一个持续的子线程专门用来监控主线程的 ${\color{red}{RunLoop}}$ 状态，一旦发现进入睡眠前的 ${\color{red}{KCFRunLoopBeforeSource}}$ 状态，或者唤醒后的状态 ${\color{red}{KCFRunLoopAfterWaiting}}$ ，在设置的时间阈值内一直没有变化，即可判断为卡顿，dump出堆栈的信息，从而进一步分析出具体是哪个方法的执行时间长。

以上是开发中常用的与 ${\color{red}{RunLoop}}$ 相关的应用。

对于 ${\color{red}{RunLoop}}$ 的这篇总结，是在阅读前人博客和自己对源码的解读之后编写的。基于对 ${\color{red}{RunLoop}}$ 的理解，我们可以清晰的看到， ${\color{red}{RunLoop}}$ 就是一个 ${\color{red}{do-while}}$ 循环，在这个循环内部，有事情则处理事情，没事情就休息，这样做的好处就是提高程序性能，节省资源。另外 ${\color{red}{RunLoop}}$ 中保存的是 ${\color{red}{RunLoopMode}}$ ，而 ${\color{red}{RunLoopMode}}$ 中保存的才是实际执行的任务。对 ${\color{red}{RunLoop}}$ 理解到这里，我们可以去网上搜罗一下 ${\color{red}{RunLoop}}$ 的案例，检阅一下自己啦，加油！

作者：程序1u员
链接：https://juejin.cn/post/6844904096961413133
来源：掘金
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