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iOS底层—Runloop的详解
2019-03-20 22:44 评论:0 阅读:491 胖虎_callmeV
iOS开发 iOS底层

有人做了两年多的IOS开发,对IOS和Objective-C深层次的了解还十分有限,大多还停留在会用API的级别,这是件挺可悲的事情。想学好一门语言还是需要深层次的了解它,这样才能在使用的时候得心应手,出现各种怪异的问题时不至于不知所措。

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废话少说,进入今天的正题。

RunLoop 的概念

一般来讲,一个线程一次只能执行一个任务,执行完成后线程就会退出。如果我们需要一个机制,让线程能随时处理事件但并不退出,通常的代码逻辑是这样的:

这种模型通常被称作Event Loop。 Event Loop 在很多系统和框架里都有实现,比如 Node.js 的事件处理,比如 Windows 程序的消息循环,再比如 OSX/iOS 里的 RunLoop。实现这种模型的关键点在于:如何管理事件/消息,如何让线程在没有处理消息时休眠以避免资源占用、在有消息到来时立刻被唤醒。

所以,RunLoop 实际上就是一个对象,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上面 Event Loop 的逻辑。线程执行了这个函数后,就会一直处于这个函数内部 “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),函数返回。

RunLoop 与线程的关系

首先,iOS 开发中能遇到两个线程对象: pthread_t 和 NSThread。过去苹果有份文档标明了 NSThread 只是 pthread_t 的封装,但那份文档已经失效了,现在它们也有可能都是直接包装自最底层的 mach thread。苹果并没有提供这两个对象相互转换的接口,但不管怎么样,可以肯定的是 pthread_t 和 NSThread 是一一对应的。比如,你可以通过 pthread_main_thread_np() 或 [NSThread mainThread] 来获取主线程;也可以通过 pthread_self() 或 [NSThread currentThread] 来获取当前线程。CFRunLoop 是基于 pthread 来管理的。

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 CFRunLoopRef

static 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)。

NSRunLoop 和 CFRunLoopRef

我们不能再一个线程中去操作另外一个线程的run loop对象,那很可能会造成意想不到的后果。不过幸运的是CoreFundation中的不透明类CFRunLoopRef是线程安全的,而且两种类型的run loop完全可以混合使用。Cocoa中的NSRunLoop类可以通过实例方法:

  • (CFRunLoopRef)getCFRunLoop

获取对应的CFRunLoopRef类,来达到线程安全的目的。

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。

 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。

RunLoop 对外接口/ RunLoop 的几个类

在 CoreFoundation 里面关于 RunLoop 有5个类:

CFRunLoopRef

CFRunLoopModeRef

CFRunLoopSourceRef

CFRunLoopTimerRef

CFRunLoopObserverRef

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。

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。

RunLoop 内部逻辑

可以看到,实际上 RunLoop 就是这样一个函数,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。

RunLoop 的实际应用举例

AFULConnectionOPeration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: 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。 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。

最后

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