iOS面试题：RunLoop剖析

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一、RunLoop概念

RunLoop是通过内部维护的事件循环(Event Loop)来对事件/消息进行管理的一个对象。

1、没有消息解决时，休眠已避免资源占用，由客户态切换到内核态(CPU-内核态和客户态)
2、有消息需要解决时，立刻被唤醒，由内核态切换到客户态

为什么main函数不会退出？

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

UIApplicationMain内部默认开启了主线程的RunLoop，并执行了一段无限循环的代码（不是简单的for循环或者while循环）

//无限循环代码模式(伪代码)int main(int argc, char * argv[]) {            BOOL running = YES;    do {        // 执行各种任务，解决各种事件        // ......    } while (running);    return 0;}

UIApplicationMain函数一直没有返回，而是不断地接收解决消息以及等待休眠，所以运行程序之后会保持持续运行状态。

二、RunLoop的数据结构

NSRunLoop(Foundation)是CFRunLoop(CoreFoundation)的封装，提供了面向对象的API
RunLoop 相关的主要涉及五个类：

CFRunLoop：RunLoop对象
CFRunLoopMode：运行模式
CFRunLoopSource：输入源/事件源
CFRunLoopTimer：定时源
CFRunLoopObserver：观察者

1、CFRunLoop

由pthread(线程对象，说明RunLoop和线程是逐个对应的)、currentMode(当前所处的运行模式)、modes(多个运行模式的集合)、commonModes(模式名称字符串集合)、commonModelItems(Observer,Timer,Source集合)构成

2、CFRunLoopMode

由name、source0、source1、observers、timers构成

3、CFRunLoopSource

分为source0和source1两种

• source0:
  即非基于port的，也就是客户触发的事件。需要手动唤醒线程，将当前线程从内核态切换到客户态
• source1:
  基于port的，包含一个 mach_port 和一个回调，可监听系统端口和通过内核和其余线程发送的消息，能主动唤醒RunLoop，接收分发系统事件。
  具有唤醒线程的能力

4、CFRunLoopTimer

基于时间的触发器，基本上说的就是NSTimer。在预设的时间点唤醒RunLoop执行回调。由于它是基于RunLoop的，因而它不是实时的（就是NSTimer 是不精确的。 由于RunLoop只负责分发源的消息。假如线程当前正在解决繁重的任务，就有可能导致Timer本次延时，或者者少执行一次）。

5、CFRunLoopObserver

监听以下时间点:CFRunLoopActivity

• kCFRunLoopEntry
  RunLoop准备启动
• kCFRunLoopBeforeTimers
  RunLoop将要解决少量Timer相关事件
• kCFRunLoopBeforeSources
  RunLoop将要解决少量Source事件
• kCFRunLoopBeforeWaiting
  RunLoop将要进行休眠状态,即将由客户态切换到内核态
• kCFRunLoopAfterWaiting
  RunLoop被唤醒，即从内核态切换到客户态后
• kCFRunLoopExit
  RunLoop退出
• kCFRunLoopAllActivities
  监听所有状态

6、各数据结构之间的联络

线程和RunLoop逐个对应， RunLoop和Mode是一对多的，Mode和source、timer、observer也是一对多的

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三、RunLoop的Mode

关于Mode首先要知道一个RunLoop 对象中可能包含多个Mode，且每次调用 RunLoop 的主函数时，只能指定其中一个 Mode(CurrentMode)。切换 Mode，需要重新指定一个 Mode 。主要是为了分隔开不同的 Source、Timer、Observer，让它们之间互不影响。

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当RunLoop运行在Mode1上时，是无法接受解决Mode2或者Mode3上的Source、Timer、Observer事件的

总共是有五种CFRunLoopMode:

• kCFRunLoopDefaultMode：默认模式，主线程是在这个运行模式下运行

• UITrackingRunLoopMode：跟踪客户交互事件（用于 ScrollView 追踪触摸滑动，保证界面滑动时不受其余Mode影响）

• 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

• GSEventReceiveRunLoopMode：接受系统内部事件，通常用不到

• kCFRunLoopCommonModes：伪模式，不是一种真正的运行模式，是同步Source/Timer/Observer到多个Mode中的一种处理方案

四、RunLoop的实现机制

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这张图在网上流传比较广。
对于RunLoop而言最核心的事情就是保证线程在没有消息的时候休眠，在有消息时唤醒，以提高程序性能。RunLoop这个机制是依靠系统内核来完成的（苹果操作系统核心组件Darwin中的Mach）。

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RunLoop通过mach_msg()函数接收、发送消息。它的本质是调用函数mach_msg_trap()，相当于是一个系统调用，会触发内核状态切换。在客户态调用 mach_msg_trap()时会切换到内核态；内核态中内核实现的mach_msg()函数会完成实际的工作。
即基于port的source1，监听端口，端口有消息就会触发回调；而source0，要手动标记为待解决和手动唤醒RunLoop

Mach消息发送机制
大致逻辑为：
1、通知观察者 RunLoop 即将启动。
2、通知观察者即将要解决Timer事件。
3、通知观察者即将要解决source0事件。
4、解决source0事件。
5、假如基于端口的源(Source1)准备好并处于等待状态，进入步骤9。
6、通知观察者线程即将进入休眠状态。
7、将线程置于休眠状态，由客户态切换到内核态，直到下面的任一事件发生才唤醒线程。

• 一个基于 port 的Source1 的事件(图里应该是source0)。
• 一个 Timer 到时间了。
• RunLoop 自身的超时时间到了。
• 被其余调用者手动唤醒。

8、通知观察者线程将被唤醒。
9、解决唤醒时收到的事件。

• 假如客户定义的定时器启动，解决定时器事件并重启RunLoop。进入步骤2。
• 假如输入源启动，传递相应的消息。
• 假如RunLoop被显示唤醒而且时间还没超时，重启RunLoop。进入步骤2

10、通知观察者RunLoop结束。

五、RunLoop与NSTimer

一个比较常见的问题：滑动tableView时，定时器还会生效吗？
默认情况下RunLoop运行在kCFRunLoopDefaultMode下，而当滑动tableView时，RunLoop切换到UITrackingRunLoopMode，而Timer是在kCFRunLoopDefaultMode下的，就无法接受解决Timer的事件。
怎样去处理这个问题呢？把Timer增加到UITrackingRunLoopMode上并不能处理问题，由于这样在默认情况下就无法接受定时器事件了。
所以我们需要把Timer同时增加到UITrackingRunLoopMode和kCFRunLoopDefaultMode上。
那么如何把timer同时增加到多个mode上呢？就要用到NSRunLoopCommonModes了

[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];

Timer就被增加到多个mode上，这样即便RunLoop由kCFRunLoopDefaultMode切换到UITrackingRunLoopMode下，也不会影响接收Timer事件

六、RunLoop和线程

• 线程和RunLoop是逐个对应的,其映射关系是保存在一个全局的 Dictionary 里
• 自己创立的线程默认是没有开启RunLoop的

1、怎样创立一个常驻线程？

1、为当前线程开启一个RunLoop（第一次调用 [NSRunLoop currentRunLoop]方法时实际是会先去创立一个RunLoop）
1、向当前RunLoop中增加一个Port/Source等维持RunLoop的事件循环（假如RunLoop的mode中一个item都没有，RunLoop会退出）
2、启动该RunLoop

   @autoreleasepool {        NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];        [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:[NSMachPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];        [runLoop run];    }

2、输出下边代码的执行顺序

 NSLog(@"1");dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{    NSLog(@"2");    [self performSelector:@selector(test) withObject:nil afterDelay:10];    NSLog(@"3");});NSLog(@"4");- (void)test{    NSLog(@"5");}

答案是1423，test方法并不会执行。
起因是假如是带afterDelay的延时函数，会在内部创立一个 NSTimer，而后增加到当前线程的RunLoop中。也就是假如当前线程没有开启RunLoop，该方法会失效。
那么我们改成:

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{        NSLog(@"2");        [[NSRunLoop currentRunLoop] run];        [self performSelector:@selector(test) withObject:nil afterDelay:10];        NSLog(@"3");    });

然而test方法仍然不执行。
起因是假如RunLoop的mode中一个item都没有，RunLoop会退出。即在调用RunLoop的run方法后，因为其mode中没有增加任何item去维持RunLoop的时间循环，RunLoop随即还是会退出。
所以我们自己启动RunLoop，肯定要在增加item后

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{        NSLog(@"2");        [self performSelector:@selector(test) withObject:nil afterDelay:10];        [[NSRunLoop currentRunLoop] run];        NSLog(@"3");    });

3、怎么保证子线程数据回来升级UI的时候不打断客户的滑动操作？

当我们在子请求数据的同时滑动浏览当前页面，假如数据请求成功要切回主线程升级UI，那么就会影响当前正在滑动的体验。
我们即可以将升级UI事件放在主线程的NSDefaultRunLoopMode上执行就可，这样就会等客户不再滑动页面，主线程RunLoop由UITrackingRunLoopMode切换到NSDefaultRunLoopMode时再去升级UI

[self performSelectorOnMainThread:@selector(reloadData) withObject:nil waitUntilDone:NO modes:@[NSDefaultRunLoopMode]];

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