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前言

  • iOS中的RunLoop除了面试中跟面试官的讨论, 在实践开发中就没用了吗? 初入iOS开发大门时, 或许很多人都会有这个疑问.
  • 固然, 日常的iOS开发中, RunLoop的直接运用频率的确相对不高, 可是一旦深入了解RunLoop的原理和机制, 咱们就会发现, iOS开发中的方方面面都包括着RunLoop的影子.
  • RunLoop的数据结构设计和机制也表现着iOS操作体系兼顾性能和耗电的用户态和内核态切换的精妙.
  • 下面就RunLoop的底层数据结构原理及应用, 跟各位同仁聊一聊自己的浅见, 抛砖引玉.
  • 文章纯手打, 抛砖引玉, 如有过错还请谈论区指正, 先行谢过了:)

1. RunLoop的概念和数据结构

1.1 RunLoop的概念

  • 有事做的时分干事,没事做的时分休息
  • 经过内部保护的事情循环来对事情/音讯进行办理的一个 目标
  • 没有音讯需求处理时, 休眠以防止资源占用
    • 用户态到内核态切换
  • 有音讯需求处理时, 马上被唤醒
    • 内核态到用户态切换
      iOS老司机的RunLoop原理探究及实用Tips

iOS老司机的RunLoop原理探究及实用Tips

1.2 RunLoop的数据结构

  • NSRunLoop是CFRunLoop的封装, 提供了面向目标的API
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1.3 RunLoop形式有哪些?

  • 常用的3个Mode:
  • NSDefaultRunLoopMode, 默许的形式, 有事情呼应的时分, 会阻塞旧事情
  • NSRunLoopCommonModes, 普通形式, 不会影响任何事情
  • UITrackingRunLoopMode, 只能是有事情的时分才会呼应的形式
  • App刚发动的时分会履行一次的形式
  • 体系检测App各种事情的形式
  • 苹果官方文档对5个Mode的介绍:
### System Run Loop Modes
[`NSRunLoopCommonModes`]()
A pseudo-mode that includes one or more other run loop modes.
[`NSDefaultRunLoopMode`]()
The mode set to handle input sources other than connection objects.
[`NSEventTrackingRunLoopMode`]()
The mode set when tracking events modally, such as a mouse-dragging loop.
[`NSModalPanelRunLoopMode`]()
The mode set when waiting for input from a modal panel, such as a save or open panel.
[`UITrackingRunLoopMode`]()
The mode set while tracking in controls takes place.

1.4 关于RunLoop的5个类

  1. CFRunLoopRef: 代表RunLoop的目标
  2. CFRunLoopModeRef: 代表RunLoop的运转形式
  3. CFRunLoopSourceRef: 便是RunLoop模型图中说到的输入源(事情源)
  4. CFRunLoopTimerRef: 便是RunLoop模型图中说到的定时源
  5. CFRunLoopObserverRef: 观察者, 可以监听RunLoop的状况改变.
  • 一个RunLoop目标中包括若干个运转形式.每一个运转形式下又包括若干个输入源、定时源、观察者.
    • 每次RunLoop发动时, 只能指定其间一个运转形式, 这个运转形式被称作当时运转形式CurrentMode.
    • 假如需求切换运转形式, 只能退出当时Loop, 再重新指定一个运转形式进入.
    • 这样做首要是为了分隔开不同组的输入源、定时源、观察者, 让其互不影响.
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1.5 CFRunLoopSourceRef

  • CFRunLoopSourceRef是事情源, 有两种分类办法.
  1. 依照官方文档来分类
    • Port-Based Sources (根据端口)
    • Custom Input Sources (自界说)
    • Cocoa Perform Selector Sources
  1. 依照函数调用栈来分类
    • Source0: 非根据Port
    • Source1: 根据Port, 经过内核和其他线程通信, 接纳、分发体系事情

1.6 RunLoop的根本履行原理

  • 原本体系就有一个RunLoop在检测App内的事情, 当输入源有履行操作的时分, 体系的RunLoop会监听输入源的状况, 进而在体系内部做一些对应的操作. 处理完事情后, 会自动回到睡觉状况, 等候下一次被唤醒.

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  • 在每次运转敞开RunLoop的时分, 所在线程的RunLoop会自动处理之前未处理的事情, 并且告诉相关的观察者.
  1. 告诉观察者RunLoop现已发动
  2. 告诉观察者行将要开端定时器
  3. 告诉观察者任何行将发动的非根据端口的源Source0
  4. 发动任何准备好的非根据端口的源Source0
  5. 假如根据端口的源Source1准备好并处于等候状况, 立即发动, 并进入过程9
  6. 告诉观察者线程进入休眠状况
  7. 将线程置于休眠直到下面任一种事情发生:
    • 某一事情抵达根据端口的源Source1
    • 定时器发动
    • RunLoop设置的时刻现已超时
    • RunLoop被显现唤醒
  1. 告诉观察者线程将被唤醒
  2. 处理未处理的事情
    • 假如用户界说的定时器发动, 处理定时器事情并重启RunLoop, 进入过程2
    • 假如输入源发动, 传递相应的音讯
    • 假如RunLoop被显现唤醒并且时刻还没超时, 重启RunLoop. 进入过程2
  1. 告诉观察者RunLoop完毕.

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2. RunLoop在iOS中的落地运用细节

2.1 RunLoop和线程的联系

  • 在默许情况下, 线程履行完之后就会退出, 就不能再继续使命了. 这时咱们需求采用一种办法来让线程可以不断地处理使命, 并不退出. 所以, 咱们就有了RunLoop.
  1. 一条线程对应一个RunLoop目标, 每条线程都有仅有一个与之对应的RunLoop目标.
  2. RunLoop并不确保线程安全. 咱们只能在当时线程内部操作当时线程的RunLoop目标, 而不能在当时线程内部去操作其他线程的RunLoop目标办法.
  3. RunLoop目标在第一次获取RunLoop时创立, 销毁则是在线程完毕的时分.
  4. 主线程的RunLoop目标体系自动协助咱们创立好了(UIApplicationMain函数), 子线程的RunLoop目标需求咱们自动创立和保护.
#import <UIKit/UIKit.h>
#import "AppDelegate.h"
int main(int argc, char * argv[]) {
  @autoreleasepool {
    return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
  }
}

2.1.1 RunLoop与常驻线程

  • 常驻线程
    • 指的便是那些不会中止，一向存在于内存中的线程。
  • 后台常驻线程测验代码:
- (void)viewDidLoad {
    // 创立线程，并调用run1办法履行使命 
    self.thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run1) object:nil]; 
    // 敞开线程 
    [self.thread start];
}
- (void)run1 {
    // 这儿写使命 
    NSLog(@"----run1-----");
    // 增加下边两句代码，就可以敞开RunLoop，之后self.thread就变成了常驻线程，可随时增加使命，并交于RunLoop处理 
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:[NSPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode]; 
    [[NSRunLoop currentRunLoop] run];
    // 测验是否敞开了RunLoop，假如敞开RunLoop，则来不了这儿，由于RunLoop敞开了循环。 
    NSLog(@"未敞开RunLoop");
}
- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    // 运用performSelector，在self.thread的线程中调用run2办法履行使命 
    [self performSelector:@selector(run2) onThread:self.thread withObject:nil waitUntilDone:NO];
}
- (void)run2 {
     NSLog(@"----run2-----");
}

2.1.2 AFN2.0 和3.0的首要差异–去除常驻线程

  • AFN3.0去除了一切NSURLConnection恳求的API
  • AFN3.0运用NSURLSession替代AFN2.0的常驻线程

2.1.2.1 AFN2.X常驻线剖析

  • 常驻线程
    • 指的便是那些不会中止，一向存在于内存中的线程。
    • AFNetworking 2.0 专门创立了一个线程来接纳 NSOperationQueue 的回调，这个线程其实便是一个常驻线程。
+ (void)networkRequestThreadEntryPoint:(id)__unused object {
    @autoreleasepool {
        // 先用 NSThread 创立了一个线程
        [[NSThread currentThread] setName:@"AFNetworking"];
        // 运用 run 办法增加 runloop
        NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];
        [runLoop addPort:[NSMachPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
        [runLoop run];
    }
}

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  • 虽然说，在一个 App 里网络恳求这个动作的占比很高，但也有很多不需求网络的场景，所以线程一向常驻在内存中，也是不合理的。
  1. 在恳求完成后咱们需求对数据进行一些处理, 假如咱们在主线程中处理就会导致UI卡顿
  2. 这时咱们就需求一个子线程来处理事情和网络恳求的回调. 可是子线程在处理完事情后就会自动完毕生命周期,
    • 这时后面的一些网络恳求的回调咱们就无法接纳了,
    • 所以咱们就需求敞开子线程的RunLoop使线程常驻来保活线程.

2.1.2.2 AFN3.X不在常驻线程的剖析

  • AFNetworking 在 3.0 版别时，运用苹果公司新推出的 NSURLSession 替换了 NSURLConnection，从而防止了常驻线程这个坑。
    • NSURLSession 可以指定回调 NSOperationQueue，这样恳求就不需求让线程一向常驻在内存里去等候回调了。
self.operationQueue = [[NSOperationQueue alloc] init];
self.operationQueue.maxConcurrentOperationCount = 1;
self.session = [NSURLSession sessionWithConfiguration:self.sessionConfiguration delegate:self delegateQueue:self.operationQueue];
    • NSURLSession 发起的恳求，可以指定回调的 delegateQueue，不再需求在当时线程进行代理办法的回调。所以说，NSURLSession 处理了 NSURLConnection 的线程回调问题。
  • AFNetworking 2.0 运用常驻线程也是无法之举，一旦有计划可以替代常驻线程，它就会毫不犹豫地抛弃常驻线程。
  1. 在AFN3.X中运用的是NSURLSession进行封装,
    • 对比NSURLConnection, NSURLSession不需求再当时的线程等候网络回调,
    • 而是可以让开发者自己设定需求回调的队列.
  1. 在AFN3.X中运用了NSOperationQueue办理网络,
    • 并设置self.operationQueue.maxConcurrentOperationCount = 1;,确保了最大的并发数为1,
    • 也便是说让网络恳求串行履行. 防止了多线程环境下的资源争夺问题.
    • AFNetworking 2.0 专门创立了一个线程来接纳 NSOperationQueue 的回调，这个线程其实便是一个常驻线程。
+ (void)networkRequestThreadEntryPoint:(id)__unused object {
    @autoreleasepool {
        // 先用 NSThread 创立了一个线程
        [[NSThread currentThread] setName:@"AFNetworking"];
        // 运用 run 办法增加 runloop
        NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];
        [runLoop addPort:[NSMachPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
        [runLoop run];
    }
}

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  • 虽然说，在一个 App 里网络恳求这个动作的占比很高，但也有很多不需求网络的场景，所以线程一向常驻在内存中，也是不合理的。
  • AFNetworking 在 3.0 版别时，运用苹果公司新推出的 NSURLSession 替换了 NSURLConnection，从而防止了常驻线程这个坑。
    • NSURLSession 可以指定回调 NSOperationQueue，这样恳求就不需求让线程一向常驻在内存里去等候回调了。
self.operationQueue = [[NSOperationQueue alloc] init];
self.operationQueue.maxConcurrentOperationCount = 1;
self.session = [NSURLSession sessionWithConfiguration:self.sessionConfiguration delegate:self delegateQueue:self.operationQueue];
    • NSURLSession 发起的恳求，可以指定回调的 delegateQueue，不再需求在当时线程进行代理办法的回调。所以说，NSURLSession 处理了 NSURLConnection 的线程回调问题。
  • AFNetworking 2.0 运用常驻线程也是无法之举，一旦有计划可以替代常驻线程，它就会毫不犹豫地抛弃常驻线程。

2.2 NSTimer与RunLoop

2.2.1 NSTimer中的scheduledTimerWithTimeInterval办法和RunLoop的联系.

NSTimer *timer1 = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:2.0 target:self selector:@selector(run) userInfo:nil repeats:YES];
/**
 上面这句代码调用了scheduledTimer回来的定时器,
 NSTimer会自动参与到RunLoop的NSDefaultRunLoop形式下, 相当于下面两句代码.
*/
NSTimer *timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:2.0 target:self selector:@selector(run) userInfo:nil repeats:YES]; 
[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode];
/**
 由于默许现已增加了NSDefaultRunLoopMode, 所以只给timer1增加了UITrackingRunLoopMode后,
 效果跟增加了NSRunLoopCommonModes共同, 拖动也不影响定时器
*/ 
[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer1 forMode:UITrackingRunLoopMode];
// 开发中推荐运用
NSTimer *timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:duration target:self selector:@selector(cs_toastTimerDidFinish:) userInfo:toast repeats:NO];
[[NSRunLoop mainRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];

2.2.2 为什么说NSTimer不准确

  • NSTimer的触发时刻到的时分, runloop假如在阻塞状况, 触发时刻就会推迟到下一个runloop周期
  • 可运用GCD优化
NSTimeInterval interval = 1.0;
_timer = dispatch_source_create(DISPATCH_SOURCE_TYPE_TIMER, 0, 0, 
dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0));
dispatch_source_set_timer(_timer, dispatch_walltime(NULL, 0), interval * NSEC_PER_SEC, 0);
dispatch_source_ser_evernt_handler(_timer, ^{
    NSLog(@"GCD timer test");
});
dispatch_resume(_timer);

2.3 RunLoop运用的其他小Tips

  1. NSTimer不被手势操作影响
  2. 滑动tableview时cell中的ImageView推迟显现
[self.imageView performSelector:@selector(setImage:) withObject:[UIImage imageNamed:@"tupian"] afterDelay:4.0 inModes:@[NSDefaultRunLoopMode]];

3. 如何用RunLoop原理去监控卡顿

  • 戴銘教师的RunLoop示意图
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  • 卡顿跟FPS联系不大, 24帧的动画也是流畅的
  • 经过监控RunLoop的状况, 就可以发现调用办法是否履行时刻过长, 从而判别出是否会出现卡顿.

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  1. 要想监听 RunLoop，你就首先需求创立一个 CFRunLoopObserverContext 观察者，代码如下：
CFRunLoopObserverContext context = {0,(__bridge void*)self,NULL,NULL};
runLoopObserver = CFRunLoopObserverCreate(kCFAllocatorDefault,kCFRunLoopAllActivities,YES,0,&runLoopObserverCallBack,&context);
  1. 将创立好的观察者 runLoopObserver 增加到主线程 RunLoop 的 common 形式下观察。然后，创立一个继续的子线程专门用来监控主线程的 RunLoop 状况。
  2. 一旦发现进入睡觉前的 kCFRunLoopBeforeSources 状况，或许唤醒后的状况 kCFRunLoopAfterWaiting，在设置的时刻阈值内一向没有改变，即可判定为卡顿。
  3. 接下来，咱们就可以经过三方库PLCrashReporter dump 出堆栈的信息，从而进一步剖析出详细是哪个办法的履行时刻过长。

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