iOS开发基础122-RunLoop

标签：__ 定时器 iOS currentMode 122 rl RunLoop mach

深入探讨 RunLoop 的底层实现需要了解 Core Foundation 框架中的 CFRunLoop 以及与 RunLoop 工作机制紧密相关的操作系统底层 API。这些底层实现主要涉及到事件源、定时器和线程的调度机制。本文将深入剖析 RunLoop 的底层结构及其运行流程。

一、RunLoop 底层数据结构

涉及 RunLoop 的核心数据结构主要包括：

CFRunLoopRef ：表示一个 RunLoop 对象。
CFRunLoopModeRef ：表示 RunLoop 的运行模式。每个 RunLoop 可以有多个模式，但同一时刻只能使用一个模式。
CFRunLoopSourceRef ：表示输入源，用于处理异步事件。
CFRunLoopTimerRef ：表示定时器事件。
CFRunLoopObserverRef ：观察者，用于监听 RunLoop 的状态变化。

每个 RunLoop 都维护一个输入源列表、定时器列表和观察者列表，并按模式分组管理。

二、RunLoop 的核心组件和工作机制

1. CFRunLoopMode

RunLoop 有五种预定义模式：

kCFRunLoopDefaultMode ：默认模式，通常 UI 操作、定时器等在这个模式下运行。
UITrackingRunLoopMode ：用于检测用户 UI 交互的模式，如滚动等。
kCFRunLoopCommonModes ：一个伪类别的模式，被标记为公共模式的事件源会应用于所有的公共模式。
GSEventReceiveRunLoopMode ：基础设施的一部分，用于接收系统事件。
kCFRunLoopDefaultMode ：具体用于 CA。

每个 CFRunLoopMode 包含以下内容：

Sources0 ：不自动触发的输入源。
Sources1 ：基于端口的输入源。
Timers ：定时器。
Observers ：状态观察者。

2. CFRunLoopSource

CFRunLoopSource 分为两类：

Source0 ：手动触发，由应用负责管理。
Source1 ：基于内核机制（如端口、Socket等）的输入源，自动触发。

3. CFRunLoopTimer

定时器事件，基于时间的触发机制。CFRunLoopTimer 会在设置的时间间隔后被触发，并且可以配置为重复或单次触发。

4. CFRunLoopObserver

用于监控 RunLoop 的状态变化，包含以下几种状态：

kCFRunLoopEntry ：进入 RunLoop。
kCFRunLoopBeforeTimers ：准备处理定时器。
kCFRunLoopBeforeSources ：准备处理输入源。
kCFRunLoopBeforeWaiting ：即将进入休眠。
kCFRunLoopAfterWaiting ：刚从休眠中唤醒。
kCFRunLoopExit ：退出 RunLoop。

三、RunLoop 实现原理

1. RunLoop 运行的主要流程

创建 CFRunLoopMode ：初始化并添加各种事件源（Source、Timer、Observer）到对应的 Mode 中。
运行 CFRunLoopRun 方法 ：按如下步骤进行：

void CFRunLoopRun(void) {
    CFRunLoopRef rl = CFRunLoopGetCurrent();
    CFRunLoopRunSpecific(rl, kCFRunLoopDefaultMode, 1.0e10, false);  // 默认模式，无超时
}

void CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopRef rl, CFStringRef mode, CFTimeInterval seconds, Boolean returnAfterSourceHandled) {
    CFRunLoopModeRef currentMode = __CFRunLoopFindMode(rl, mode);
    if(!currentMode) return;

    while (1) {
        // 通知观察者即将进入 RunLoop
        __CFRunLoopDoObservers(rl, currentMode, kCFRunLoopEntry);
        // 处理已到时间的定时器
        __CFRunLoopDoTimers(rl, currentMode, mach_absolute_time());
        // 处理输入源（Source0 和 Source1）
        __CFRunLoopDoSources(rl, currentMode, mach_absolute_time());
        // 通知观察者即将进入休眠
        __CFRunLoopDoObservers(rl, currentMode, kCFRunLoopBeforeWaiting);
        // 进入休眠等待事件
        __CFRunLoopWait(rl, currentMode);
        // 从休眠中唤醒
        __CFRunLoopHandleWakeUpSources(rl, currentMode);
        // 通知观察者已从休眠中唤醒
        __CFRunLoopDoObservers(rl, currentMode, kCFRunLoopAfterWaiting);
        // 处理定时器
        __CFRunLoopDoTimers(rl, currentMode, mach_absolute_time());
        // 处理输入源
        if(__CFRunLoopDoSources(rl, currentMode, mach_absolute_time())) break;
    }
    __CFRunLoopModeUnlock(currentMode);
}

2. 休眠和唤醒机制

RunLoop 的底层依靠系统 API 实现休眠和唤醒：

休眠：使用 mach_msg 和 select 等系统调用，将线程睡眠，等待事件触发。
唤醒：通过 mach_port 和 CFRunLoopSource1 来唤醒线程。

void __CFRunLoopWait(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopModeRef rlm) {
    mach_msg_timeout_t timeout = TIMEOUT_INFINITY; // 无限期等待
    int32_t result = mach_msg(..., timeout, ...);
    if (result == MACH_MSG_SUCCESS) {
        return result;
    }
}

四、应用场景的实现原理及代码

1. 保持后台线程存活

- (void)startBackgroundThread {
    [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(threadEntryPoint) toTarget:self withObject:nil];
}

- (void)threadEntryPoint {
    @autoreleasepool {
        [[NSThread currentThread] setName:@"BackgroundThread"];
        NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];
        [runLoop addPort:[NSPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
        [runLoop run];
    }
}

2. 管理定时器任务

NSTimer *timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:1.0 target:self selector:@selector(timerMethod) userInfo:nil repeats:YES];
[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];

3. 处理 UI 事件

UI 事件处理的核心在于主线程的 RunLoop，包含屏幕渲染、事件分发等。 Cocoa Touch 框架将这些操作都自动集成在主线程的 RunLoop 中，确保 UI 事件的及时响应。

// 主线程默认 RunLoop
[[NSRunLoop mainRunLoop] run];

4. 异步网络请求

网络请求使用 NSURLSession 的回调机制，可以在 RunLoop 中进行处理。

NSURLSession *session = [NSURLSession sharedSession];
NSURLSessionDataTask *task = [session dataTaskWithURL:[NSURL URLWithString:@"https://example.com"] completionHandler:^(NSData *data, NSURLResponse *response, NSError *error) {
    dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
        if (data) {
            // 更新 UI
        }
    });
}];
[task resume];

5. 自动释放池的管理

每次 RunLoop 执行一次循环时，系统会自动构建和销毁一个自动释放池。

- (void)runLoopWithAutoreleasePool {
    while (self.keepRunning) {
        @autoreleasepool {
            [[NSRunLoop currentRunLoop] runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate:[NSDate distantFuture]];
        }
    }
}

总结

通过深入分析 RunLoop 的底层实现，我们可以了解该机制如何高效地调度任务和处理事件，从而保持应用的响应性。掌握 RunLoop 的原理有助于开发者在日常编码中更高效地进行系统调优和解决复杂问题。

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From： https://www.cnblogs.com/chglog/p/18307807