iOS RunLoop 原理总结 01

发表于

RunLoop简介

一般来说，一个线程只能执行一个任务，执行完就会退出，如果我们需要一种机制，让线程能随时处理时间但并不退出，那么 RunLoop 就是这样的一个机制。Runloop是事件接收和分发机制的一个实现。

RunLoop实际上是一个对象，这个对象在循环中用来处理程序运行过程中出现的各种事件（比如说触摸事件、UI刷新事件、定时器事件、Selector事件），从而保持程序的持续运行；而且在没有事件处理的时候，会进入睡眠模式，从而节省CPU资源，提高程序性能。

RunLoop 基本作用

  1. 保持程序持续运行，程序一启动就会开一个主线程，主线程一开起来就会跑一个主线程对应的RunLoop,RunLoop保证主线程不会被销毁，也就保证了程序的持续运行
  2. 处理App中的各种事件（比如：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，程序运行起来时，当什么操作都没有做的时候，RunLoop就告诉CPU，现在没有事情做，我要去休息，这时CPU就会将其资源释放出来去做其他的事情，当有事情做的时候RunLoop就会立马起来去执行对应任务。

Apple提供了一个RunLoop运行原理的示意图：

RunLoop在循环过程中，当接收到 Input sources 或者 Timer sources 时就会交给对应的处理方去处理。当没有事件消息传入的时候，RunLoop就休息了。

主线程上 RunLoop 开启

大家应该都知道iOS程序的入口当为main函数，UIApplicationMain函数内启动了Runloop，程序不会马上退出，而是保持运行状态。因此每一个应用必须要有一个runloop，
我们知道主线程一开起来，就会跑一个和主线程对应的RunLoop，那么RunLoop一定是在程序的入口main函数中开启。

1
2
3
4
5
int main(int argc, char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
    }
}

进入上面main函数返回的UIApplicationMain函数：

1
UIKIT_EXTERN int UIApplicationMain(int argc, char *argv[], NSString * __nullable principalClassName, NSString * __nullable delegateClassName);

我们发现它返回的是一个int类型的值，那么我们对main函数做一些修改：

1
2
3
4
5
6
7
8
int main(int argc, char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        NSLog(@"开始");
        int re = UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
        NSLog(@"结束");
        return re;
    }
}

运行程序，我们发现只会打印开始，并不会打印结束，这说明在UIApplicationMain函数中，开启了一个和主线程相关的RunLoop，导致UIApplicationMain不会返回，一直在运行中，也就保证了程序的持续运行。

RunLoop 源码

RunLoop 实际上是一个对象，这个对象管理了其需要处理的事件和消息，并提供了一个入口函数来执行 Event Loop 的逻辑。线程执行了这个函数后，函数会一直处于 “接受消息->等待->处理” 的循环中，直到这个循环结束（比如传入 quit 的消息）。

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 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。CFRunLoopRef代码是开源的， https://opensource.apple.com/tarballs/CF/ 可以下载最新的源码。

1
2
3
4
5
6
7
8
// 用DefaultMode启动
void CFRunLoopRun(void) {   /* DOES CALLOUT */
    int32_t result;
    do {
        result = CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopGetCurrent(), kCFRunLoopDefaultMode, 1.0e10, false);
        CHECK_FOR_FORK();
    } while (kCFRunLoopRunStopped != result && kCFRunLoopRunFinished != result);
}

我们发现RunLoop确实是do while通过判断result的值实现的。因此，我们可以把RunLoop看成一个死循环。如果没有RunLoop，UIApplicationMain函数执行完毕之后将直接返回，也就没有程序持续运行一说了。

获取RunLoop对象

类似获取线程的方法：

1
2
3
4
5
6
7
//获取 main thread 的方法：
pthread_main_thread_np() ;
[NSThread mainThread];

//获取当前线程的方法：
pthread_self();
[NSThread currentThread]

获取对应线程上的RunLoop的方法：

1
2
3
4
5
6
7
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 Foundation
CFRunLoopGetCurrent(); // 获得当前线程的RunLoop对象
CFRunLoopGetMain(); // 获得主线程的RunLoop对象

从CoreFoundation框架中的这两个方法的源码：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
// 拿到当前Runloop 调用_CFRunLoopGet0
CFRunLoopRef CFRunLoopGetCurrent(void) {
    CHECK_FOR_FORK();
    CFRunLoopRef rl = (CFRunLoopRef)_CFGetTSD(__CFTSDKeyRunLoop);
    if (rl) return rl;
    return _CFRunLoopGet0(pthread_self());
}

// 查看_CFRunLoopGet0方法内部
CF_EXPORT CFRunLoopRef _CFRunLoopGet0(pthread_t t) {
    if (pthread_equal(t, kNilPthreadT)) {
    t = pthread_main_thread_np();
    }
    __CFLock(&loopsLock);
    if (!__CFRunLoops) {
        __CFUnlock(&loopsLock);
    CFMutableDictionaryRef dict = CFDictionaryCreateMutable(kCFAllocatorSystemDefault, 0, NULL, &kCFTypeDictionaryValueCallBacks);
    // 根据传入的主线程获取主线程对应的RunLoop
    CFRunLoopRef mainLoop = __CFRunLoopCreate(pthread_main_thread_np());
    // 保存主线程 将主线程-key和RunLoop-Value保存到字典中
    CFDictionarySetValue(dict, pthreadPointer(pthread_main_thread_np()), mainLoop);
    if (!OSAtomicCompareAndSwapPtrBarrier(NULL, dict, (void * volatile *)&__CFRunLoops)) {
        CFRelease(dict);
    }
    CFRelease(mainLoop);
        __CFLock(&loopsLock);
    }
    
    // 从字典里面拿，将线程作为key从字典里获取一个loop
    CFRunLoopRef loop = (CFRunLoopRef)CFDictionaryGetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t));
    __CFUnlock(&loopsLock);
    
    // 如果loop为空，则创建一个新的loop，所以runloop会在第一次获取的时候创建
    if (!loop) {  
    CFRunLoopRef newLoop = __CFRunLoopCreate(t);
        __CFLock(&loopsLock);
    loop = (CFRunLoopRef)CFDictionaryGetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t));
    
    // 创建好之后，以线程为key runloop为value，一对一存储在字典中，下次获取的时候，则直接返回字典内的runloop
    if (!loop) { 
        CFDictionarySetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t), newLoop);
        loop = newLoop;
    }
        // don't release run loops inside the loopsLock, because CFRunLoopDeallocate may end up taking it
        __CFUnlock(&loopsLock);
    CFRelease(newLoop);
    }
    if (pthread_equal(t, pthread_self())) {
        _CFSetTSD(__CFTSDKeyRunLoop, (void *)loop, NULL);
        if (0 == _CFGetTSD(__CFTSDKeyRunLoopCntr)) {
            _CFSetTSD(__CFTSDKeyRunLoopCntr, (void *)(PTHREAD_DESTRUCTOR_ITERATIONS-1), (void (*)(void *))__CFFinalizeRunLoop);
        }
    }
    return loop;
}

从上面的代码可以看出，获取RunLoop时需要传pthread_t t作为参数，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）。

RunLoop和线程间的关系

  1. 每条线程都有唯一的一个与之对应的RunLoop对象；
  2. RunLoop保存在一个全局的Dictionary里，线程作为key，RunLoop作为value；
  3. 主线程的RunLoop已经自动创建好了，子线程的RunLoop需要主动创建；
  4. 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。

只能在一个线程的内部获取其 RunLoop（主线程除外）。

坚持原创技术分享，您的支持将鼓励我继续创作！