Runloop 学习之概念

Runloop 学习之概念

原文

runloop 介绍
  • RunLoop 还是比较顾名思义的一个东西,说白了就是一种循环,只不过它这种循环比较高级。一般的 while 循环会导致 CPU 进入忙等待状态,而 RunLoop 则是一种“闲”等待

  • 一个RunLoop对象,主要包含了一个线程,若干个Mode,若干个commonMode,还有一个当前运行的Mode

  • 当我们需要一个常驻线程,可以让线程在需要做事的时候忙起来,不需要的话就让线程休眠。我们就在线程里面执行下面这个代码,一直等待消息,线程就不会退出了。

do {
   //获取消息
   //处理消息
} while (消息 != 退出)

上面的这种循环模型被称作 Event Loop,事件循环模型在众多系统里都有实现
  • 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 和线程是绑定在一起的。每个线程(包括主线程)都有一个对应的 Runloop 对象。我们并不能自己创建 Runloop 对象,但是可以获取到系统提供的 Runloop 对象。

  • 主线程的 Runloop 会在应用启动的时候完成启动,其他线程的 Runloop 默认并不会启动,需要我们手动启动。

runloop mode
  • 一个CFRunLoopMode对象有一个name,若干source0、source1、timer、observer和若干port,可见事件都是由Mode在管理,而RunLoop管理Mode。

  • Runloop总是运行在某种特定的CFRunLoopModeRef下(每次运行__CFRunLoopRun()函数时必须指定Mode)

  • 而通过CFRunloopRef对应结构体的定义可以很容易知道每种Runloop都可以包含若干个Mode,每个Mode又包含Source/Timer/Observer。

  • 每次调用Runloop的主函数__CFRunLoopRun()时必须指定一种Mode,这个Mode称为 _currentMode,当切换Mode时必须退出当前Mode,然后重新进入Runloop以保证不同Mode的Source/Timer/Observer互不影响。

  • iOS 中公开暴露出来的只有 NSDefaultRunLoopMode 和 NSRunLoopCommonModes。

  • 并不是说Runloop会运行在kCFRunLoopCommonModes这种模式下,而是相当于分别注册了 NSDefaultRunLoopMode和 UITrackingRunLoopMode

RunLoop Source

Run Loop Source分为Source、Observer、Timer三种,他们统称为ModeItem。

CFRunLoopSource

CFRunLoopSource是对input sources的抽象。CFRunLoopSource分source0和source1两个版本,它的结构如下:

struct __CFRunLoopSource {
    CFRuntimeBase _base;
    uint32_t _bits; //用于标记Signaled状态,source0只有在被标记为Signaled状态,才会被处理
    pthread_mutex_t _lock;
    CFIndex _order;         /* immutable */
    CFMutableBagRef _runLoops;
    union {
        CFRunLoopSourceContext version0;     /* immutable, except invalidation */
        CFRunLoopSourceContext1 version1;    /* immutable, except invalidation */
    } _context;
};
  • source0是App内部事件,由App自己管理的UIEvent、CFSocket都是source0。当一个source0事件准备执行的时候,必须要先把它标记为signal状态,以下是source0的结构体:
typedef struct {
    CFIndex version;
    void *  info;
    const void *(*retain)(const void *info);
    void    (*release)(const void *info);
    CFStringRef (*copyDescription)(const void *info);
    Boolean (*equal)(const void *info1, const void *info2);
    CFHashCode  (*hash)(const void *info);
    void    (*schedule)(void *info, CFRunLoopRef rl, CFStringRef mode);
    void    (*cancel)(void *info, CFRunLoopRef rl, CFStringRef mode);
    void    (*perform)(void *info);
} CFRunLoopSourceContext;

source0是非基于Port的。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。

source1由RunLoop和内核管理,source1带有mach_port_t,可以接收内核消息并触发回调,以下是source1的结构体(看来能不能主动触发,得看有没有 port)

typedef struct {
    CFIndex version;
    void *  info;
    const void *(*retain)(const void *info);
    void    (*release)(const void *info);
    CFStringRef (*copyDescription)(const void *info);
    Boolean (*equal)(const void *info1, const void *info2);
    CFHashCode  (*hash)(const void *info);
#if (TARGET_OS_MAC && !(TARGET_OS_EMBEDDED || TARGET_OS_IPHONE)) || (TARGET_OS_EMBEDDED || TARGET_OS_IPHONE)
    mach_port_t (*getPort)(void *info);
    void *  (*perform)(void *msg, CFIndex size, CFAllocatorRef allocator, void *info);
#else
    void *  (*getPort)(void *info);
    void    (*perform)(void *info);
#endif
} CFRunLoopSourceContext1;

Source1除了包含回调指针外包含一个mach port,Source1可以监听系统端口和通过内核和其他线程通信,接收、分发系统事件,它能够主动唤醒RunLoop(由操作系统内核进行管理,例如CFMessagePort消息)。

官方也指出可以自定义Source,因此对于CFRunLoopSourceRef来说它更像一种协议,框架已经默认定义了两种实现,如果有必要开发人员也可以自定义

CFRunLoopObserver

CFRunLoopObserver是观察者,可以观察RunLoop的各种状态,并抛出回调。

CFRunLoopObserver可以观察的状态有如下6种

/* Run Loop Observer Activities */
typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
    kCFRunLoopEntry = (1UL << 0), //即将进入run 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),//被唤醒但是还没开始处理事件
    kCFRunLoopExit = (1UL << 7),//run loop已经退出
    kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU
};
CFRunLoopTimer

CFRunLoopTimer是定时器,可以在设定的时间点抛出回调,它的结构如下:

struct __CFRunLoopTimer {
    CFRuntimeBase _base;
    uint16_t _bits;  //标记fire状态
    pthread_mutex_t _lock;
    CFRunLoopRef _runLoop;        //添加该timer的runloop
    CFMutableSetRef _rlModes;     //存放所有 包含该timer的 mode的 modeName,意味着一个timer可能会在多个mode中存在
    CFAbsoluteTime _nextFireDate;
    CFTimeInterval _interval;     //理想时间间隔  /* immutable */
    CFTimeInterval _tolerance;    //时间偏差      /* mutable */
    uint64_t _fireTSR;          /* TSR units */
    CFIndex _order;         /* immutable */
    CFRunLoopTimerCallBack _callout;    /* immutable */
    CFRunLoopTimerContext _context; /* immutable, except invalidation */
};

所以CFRunLoopTimer具有以下特性:

  • CFRunLoopTimer 是定时器,可以在设定的时间点抛出回
  • CFRunLoopTimer和NSTimer是toll-free bridged的,可以相互转换
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