RunLoop的总结
来源:互联网 发布:网络嗅探器5.5.0 编辑:程序博客网 时间:2024/06/10 01:11
一,概念解析
OSX/iOS 系统中,提供了两个这样的对象:NSRunLoop 和 CFRunLoopRef。
《1》CFRunLoopRef 是在 CoreFoundation 框架内的,它提供了纯 C 函数的 API,所有这些 API 都是线程安全的。
《2》NSRunLoop 是基于 CFRunLoopRef 的封装,提供了面向对象的 API,但是这些 API 不是线程安全的。
CFRunLoopRef 的代码是开源的,你可以在这里 http://opensource.apple.com/tarballs/CF/CF-855.17.tar.gz 下载到整个 CoreFoundation 的源码。
二、Runloop与线程的关系
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:
// 全局的Dictionary,key是pthread_t,value是CFRunLoopRefstatic CFMutableDictionaryRef loopsDic;// 访问 loopsDic 时的锁static CFSpinLock_t loopsLock;// 获取一个 pthread 对应的 RunLoop。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) { // 取不到时,创建一个 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());}
从上面的代码可以看出,线程和 RunLoop 之间是一一对应的,其关系是保存在一个全局的 Dictionary 里。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。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)。
三、RunLoop 对外的接口
在 CoreFoundation 里面关于 RunLoop 有5个类:
CFRunLoopRef
CFRunLoopModeRef
CFRunLoopSourceRef
CFRunLoopTimerRef
CFRunLoopObserverRef
《1》其中 CFRunLoopModeRef 类并没有对外暴露,只是通过 CFRunLoopRef 的接口进行了封装。他们的关系如下:
一个 RunLoop 包含若干个 Mode,每个 Mode 又包含若干个 Source/Timer/Observer。每次调用 RunLoop 的主函数时,只能指定其中一个 Mode,这个Mode被称作 CurrentMode。如果需要切换 Mode,只能退出 Loop,再重新指定一个 Mode 进入。这样做主要是为了分隔开不同组的 Source/Timer/Observer,让其互不影响。
《2》CFRunLoopSourceRef 是事件产生的地方。Source有两个版本:Source0 和 Source1。
(1)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。
(2)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。这种 Source 能主动唤醒 RunLoop 的线程,其原理在下面会讲到。
《3》CFRunLoopTimerRef 是基于时间的触发器,它和 NSTimer 是可以混用的。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。
《4》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。
四、RunLoop 的 Mode
CFRunLoopMode 和 CFRunLoop 的结构大致如下:
struct __CFRunLoopMode { CFStringRef _name; // Mode Name, 例如 @"kCFRunLoopDefaultMode" CFMutableSetRef _sources0; // Set CFMutableSetRef _sources1; // Set CFMutableArrayRef _observers; // Array CFMutableArrayRef _timers; // Array ...};struct __CFRunLoop { CFMutableSetRef _commonModes; // Set CFMutableSetRef _commonModeItems; // Set CFRunLoopModeRef _currentMode; // Current Runloop Mode CFMutableSetRef _modes; // Set ...};
这里有个概念叫 “CommonModes”。
应用场景举例:
主线程的 RunLoop 里有两个预置的 Mode:kCFRunLoopDefaultMode 和 UITrackingRunLoopMode。这两个 Mode 都已经被标记为”Common”属性。DefaultMode 是 App 平时所处的状态,TrackingRunLoopMode 是追踪 ScrollView 滑动时的状态。当你创建一个 Timer 并加到 DefaultMode 时,Timer 会得到重复回调,但此时滑动一个TableView时,RunLoop 会将 mode 切换为 TrackingRunLoopMode,这时 Timer 就不会被回调,并且也不会影响到滑动操作。
有时你需要一个 Timer,在两个 Mode 中都能得到回调,一种办法就是将这个 Timer 分别加入这两个 Mode。还有一种方式,就是将 Timer 加入到顶层的 RunLoop 的 “commonModeItems” 中。”commonModeItems” 被 RunLoop 自动更新到所有具有”Common”属性的 Mode 里去。
CFRunLoop对外暴露的管理 Mode 接口只有下面2个:
CFRunLoopAddCommonMode(CFRunLoopRef runloop, CFStringRef modeName);CFRunLoopRunInMode(CFStringRef modeName, ...);
你只能通过 mode name 来操作内部的 mode,当你传入一个新的 mode name 但 RunLoop 内部没有对应 mode 时,RunLoop会自动帮你创建对应的 CFRunLoopModeRef。对于一个 RunLoop 来说,其内部的 mode 只能增加不能删除。
苹果公开提供的 Mode 有两个:kCFRunLoopDefaultMode (NSDefaultRunLoopMode) 和 UITrackingRunLoopMode,你可以用这两个 Mode Name 来操作其对应的 Mode。
同时苹果还提供了一个操作 Common 标记的字符串:kCFRunLoopCommonModes (NSRunLoopCommonModes),你可以用这个字符串来操作 Common Items,或标记一个 Mode 为 “Common”。使用时注意区分这个字符串和其他 mode name。
五、RunLoop 的内部逻辑
根据苹果在文档里的说明,RunLoop 内部的逻辑大致如下:
实际上 RunLoop 就是一个函数,其内部是一个 do-while 循环。当你调用 CFRunLoopRun() 时,线程就会一直停留在这个循环里;直到超时或被手动停止,该函数才会返回。
六、RunLoop 的底层实现
从上面代码可以看到,RunLoop 的核心是基于 mach port 的,其进入休眠时调用的函数是 mach_msg()。
苹果官方将 OSX/iOS的整个系统大致划分为上述4个层次:
《1》应用层包括用户能接触到的图形应用,例如 Spotlight、Aqua、SpringBoard 等。
《2》应用框架层即开发人员接触到的 Cocoa 等框架。
《3》核心框架层包括各种核心框架、OpenGL 等内容。
《4》Darwin 即操作系统的核心,包括系统内核、驱动、Shell 等内容,这一层是开源的,其所有源码都可以在 opensource.apple.com 里找到。
七、苹果用 RunLoop 实现的功能
可以看到,系统默认注册了5个Mode:
《1》 kCFRunLoopDefaultMode: App的默认 Mode,通常主线程是在这个 Mode 下运行的。
《2》 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。
《3》 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。
《4》 GSEventReceiveRunLoopMode: 接受系统事件的内部 Mode,通常用不到。
《5》 kCFRunLoopCommonModes: 这是一个占位的 Mode,没有实际作用。
当 RunLoop 进行回调时,一般都是通过一个很长的函数调用出去 (call out), 当你在你的代码中下断点调试时,通常能在调用栈上看到这些函数。下面是这几个函数的整理版本,如果你在调用栈中看到这些长函数名,在这里查找一下就能定位到具体的调用地点了:
{ /// 1. 通知Observers,即将进入RunLoop /// 此处有Observer会创建AutoreleasePool: _objc_autoreleasePoolPush(); __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopEntry); do { /// 2. 通知 Observers: 即将触发 Timer 回调。 __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopBeforeTimers); /// 3. 通知 Observers: 即将触发 Source (非基于port的,Source0) 回调。 __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopBeforeSources); __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_BLOCK__(block); /// 4. 触发 Source0 (非基于port的) 回调。 __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE0_PERFORM_FUNCTION__(source0); __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_BLOCK__(block); /// 6. 通知Observers,即将进入休眠 /// 此处有Observer释放并新建AutoreleasePool: _objc_autoreleasePoolPop(); _objc_autoreleasePoolPush(); __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopBeforeWaiting); /// 7. sleep to wait msg. mach_msg() -> mach_msg_trap(); /// 8. 通知Observers,线程被唤醒 __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopAfterWaiting); /// 9. 如果是被Timer唤醒的,回调Timer __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_TIMER_CALLBACK_FUNCTION__(timer); /// 9. 如果是被dispatch唤醒的,执行所有调用 dispatch_async 等方法放入main queue 的 block __CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__(dispatched_block); /// 9. 如果如果Runloop是被 Source1 (基于port的) 的事件唤醒了,处理这个事件 __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE1_PERFORM_FUNCTION__(source1); } while (...); /// 10. 通知Observers,即将退出RunLoop /// 此处有Observer释放AutoreleasePool: _objc_autoreleasePoolPop(); __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopExit);}
八、RunLoop 的实际应用举例
AFNetworking
AFURLConnectionOperation 这个类是基于 NSURLConnection 构建的,其希望能在后台线程接收 Delegate 回调。为此 AFNetworking 单独创建了一个线程,并在这个线程中启动了一个 RunLoop:
+ (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;}
RunLoop 启动前内部必须要有至少一个 Timer/Observer/Source,所以 AFNetworking 在 [runLoop run] 之前先创建了一个新的 NSMachPort 添加进去了。通常情况下,调用者需要持有这个 NSMachPort (mach_port) 并在外部线程通过这个 port 发送消息到 loop 内;但此处添加 port 只是为了让 RunLoop 不至于退出,并没有用于实际的发送消息。
- (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];}
当需要这个后台线程执行任务时,AFNetworking 通过调用 [NSObject performSelector:onThread:..] 将这个任务扔到了后台线程的 RunLoop 中。
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