- Runloop学习背景
在调研卡顿监控的过程中，接触到了Runloop机制及其用法，其中一种方案是通过监听每次Runloop循环的时间来判断是否出现时间的阻塞，并同时dump出正在执行的调用栈来定位执行时间较长的函数，进一步进行优化。同时还有通过开启另外的线程给主线程发送消息，看主线程Runloop是否能够处理Source事件来进行处理返回的时间来判断阻塞状况。
- RunLoop定义
在有持续的异步任务需求场景下，我们会创建一个独立的生命周期可控的线程。每个线程都存在一个RunLoop，并且RunLoop就是控制线程生命周期并接收事件进行处理的机制。RunLoop是iOS事件响应与任务处理最核心的机制，它贯穿iOS整个系统。
通过RunLoop机制能够根据具体情况进行代码优化，达到省电，提升流畅度和响应速度的目的，从而提升用户体验。
- Runloop特性
- 主线程的RunLoop在应用启动的时候就会自动创建
- 其他线程则需要在该线程下自己启动
不能自己创建RunLoop - RunLoop并不是线程安全的，所以需要避免在其他线程上调用当前线程的RunLoop
- RunLoop负责管理autorelease pools
- RunLoop负责处理消息事件，即输入源事件和计时器事件
- RunLoop支持的消息事件(Events)
- Runloop结构
从Runloop.h文件中可以看到四个字段，如下图所示：
同时我们也可以通过以下代码来打印出Runloop的信息：
NSLog(@"%@", [NSRunLoop mainRunLoop]);
由上图可以看到一个Runloop包含了modes，而它当前只运行在一个mode下，而每个mode都包含CFRunLoopSource，CFRunLoopObserver还有一个CFRunLoopTimerRef。
- CFRunLoopMode
RunloopMode就是流水线上支持生产的产品类型，流水线在一个时刻只能在一种模式下运行，生产某一类型的产品。消息事件就是订单。
CFRunLoopModeRef
CFRunLoopModeRef 代表 RunLoop 的运行模式
每个RunLoop都包含若干个Mode，每个Mode又包含若干个 Source/Timer/Observer，每次RunLoop 启动时，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(可以通过切换 Mode，完成不同的 timer/source/observer)。
Cocoa系统默认注册了5个Mode：
NSDefaultRunLoopMode： App的默认 Mode，通常主线程是在这个 Mode 下运行(默认情况下运行)
UITrackingRunLoopMode： 界面跟踪 Mode，用于 ScrollView 追踪触摸滑动，保证界面滑动时不受其他 Mode 影响(操作 UI 界面的情况下运行)
UIInitializationRunLoopMode： 在刚启动 App 时进入的第一个 Mode，启动完成后就不再使用
GSEventReceiveRunLoopMode： 接受系统事件的内部 Mode，通常用不到(绘图服务)
NSRunLoopCommonModes： 这是一个占位用的 Mode，不是一种真正的 Mode (RunLoop无法启动该模式，设置这种模式下，默认和操作 UI 界面时线程都可以运行，但无法改变 RunLoop 同时只能在一种模式下运行的本质)
CFRunLoopTimerRef
CFRunLoopTimerRef 是基于事件的触发器
CFRunLoopTimerRef 基本上就是 NSTimer，它受 RunLoop的Mode 影响
创建 Timer 有两种方式，下面的这种方式必须手动添加到 RunLoop 中去才会被调用。
// 这种方式创建的timer 必须手动添加到RunLoop中去才会被调用
NSTimer *timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:2.0 target:self selector:@selector(time) userInfo:nil repeats:YES];
[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer
forMode:NSDefaultRunLoopMode];
Mode典型案例
RunLoop可以通过[acceptInputForMode:beforeDate:]和[runMode:beforeDate:]来指定在一段时间内的运行模式。如果不指定的话，RunLoop默认会运行在Default下（不断重复调用runMode:NSDefaultRunLoopMode beforDate:）
在主线程启动一个计时器Timer，然后拖动UITableView或者UIScrollView，计时器不执行。这是因为，为了更好的用户体验，在主线程中Event tracking模式的优先级最高。在用户拖动控件时，主线程的Run Loop是运行在Event tracking Mode下，而创建的Timer是默认关联为Default Mode，因此系统不会立即执行Default Mode下接收的事件。解决方法：
NSTimer * timer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1.0
target:self
selector:@selector(timerFireMethod:)
userInfo:nil
repeats:YES];
[[NSRunLoop mainRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];
//或
[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:UITrackingRunLoopMode];
[timer fire];
CFRunLoopSourceRef
CFRunLoopSourceRef 其实是事件源(输入源)
按照官方文档，Source的分类：
- Port-Based Sources： 基于端口的：跟其他线程进行交互的，Mac内核发过来一些消息
- Custom Input Sources： 自定义输入源
- Cocoa Perform Selector Sources: (self performSelector:…)
按照函数调用栈，Source的分类:
- Source0： 非基于Port的(触摸事件、按钮点击事件)
- Source1： 基于Port的，通过内核和其他线程通信，接收分发系统事件
(触摸硬件，通过 Source1 接收和分发系统事件到 Source0 处理)
可以看到在调用点击事件时，中间会经过 CFRunLoopSource0 ，这说明点击事件是属于 Source0 的。
而 Source1 是基于 Port 的，就是说，Source1 是和硬件交互的，触摸首先在屏幕上被包装成一个 event 事件，再通过 Source1 进行分发到 Source0，最后通过 Source0 进行处理。
CFRunLoopObserverRef
CFRunLoopObserverRef 是观察者，能够监听 RunLoop 的状态改变，主要监听以下几个时间节点：
/* Run Loop Observer Activities */
typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity)
{
kCFRunLoopEntry = (1UL << 0), // 1 即将进入 Loop
kCFRunLoopBeforeTimers = (1UL << 1), // 2 即将处理 Timer
kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2), // 4 即将处理 Source
kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5), // 32 即将进入休眠
kCFRunLoopAfterWaiting = (1UL << 6), // 64 刚从休眠中唤醒
kCFRunLoopExit = (1UL << 7), // 128 即将退出 Loop
kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU // 监听所有事件
};
// 1.创建观察者 监听 RunLoop
// 参1: 有个默认值 CFAllocatorRef :CFAllocatorGetDefault()
// 参2: CFOptionFlags activities 监听RunLoop的活动 枚举 见上面
// 参3: 重复监听 Boolean repeats YES
// 参4: CFIndex order 传0
CFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreateWithHandler(CFAllocatorGetDefault(), kCFRunLoopAllActivities, YES, 0, ^(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity) {
// 该方法可以在添加timer之前做一些事情， 在添加source之前做一些事情
NSLog(@"%zd", activity);
});
// 2.添加观察者，监听当前的RunLoop对象
CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetCurrent(), observer, kCFRunLoopDefaultMode);
CFRelease(observer);
通过打印可以观察的 RunLoop 的状态
- RunLoop工作机制
在CFRunLoop.c中，可以看到RunLoop的执行代码大致如下：
{
/// 1. 通知Observers，即将进入RunLoop
/// 此处有Observer会创建AutoreleasePool: _objc_autoreleasePoolPush();
__CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopEntry);
do {
/// 2. 通知 Observers: 即将触发 Timer 回调。
__CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopBeforeTimers);
/// 3. 通知 Observers: 即将触发 Source (非基于port的,Source0) 回调。
__CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopBeforeSources);
__CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_BLOCK__(block);
/// 4. 触发 Source0 (非基于port的) 回调。
__CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE0_PERFORM_FUNCTION__(source0);
__CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_BLOCK__(block);
/// 6. 通知Observers，即将进入休眠
/// 此处有Observer释放并新建AutoreleasePool: _objc_autoreleasePoolPop(); _objc_autoreleasePoolPush();
__CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopBeforeWaiting);
/// 7. sleep to wait msg.
mach_msg() -> mach_msg_trap();
/// 8. 通知Observers，线程被唤醒
__CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopAfterWaiting);
/// 9. 如果是被Timer唤醒的，回调Timer
__CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_TIMER_CALLBACK_FUNCTION__(timer);
/// 9. 如果是被dispatch唤醒的，执行所有调用 dispatch_async 等方法放入main queue 的 block
__CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__(dispatched_block);
/// 9. 如果如果Runloop是被 Source1 (基于port的) 的事件唤醒了，处理这个事件
__CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE1_PERFORM_FUNCTION__(source1);
} while (...);
/// 10. 通知Observers，即将退出RunLoop
/// 此处有Observer释放AutoreleasePool: _objc_autoreleasePoolPop();
__CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopExit);
}
- Runloop的实例运用
通过Runloop实现卡顿的监控
主线程绝大部分计算或者绘制任务都是以Runloop为单位发生。单次Runloop如果时长超过16ms，就会导致UI体验的卡顿。那如何检测单次Runloop的耗时呢？
Runloop的生命周期及运行机制虽然不透明，但苹果提供了一些API去检测部分行为。我们可以通过如下代码监听Runloop每次进入的事件：
- (void)setupRunloopObserver{
static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{
CFRunLoopRef runloop = CFRunLoopGetCurrent();
CFRunLoopObserverRef enterObserver;
enterObserver = CFRunLoopObserverCreate(CFAllocatorGetDefault(),
kCFRunLoopEntry | kCFRunLoopExit,
true,
-0x7FFFFFFF,
_RunloopObserverCallBack,
NULL);
CFRunLoopAddObserver(runloop, enterObserver, kCFRunLoopCommonModes);
CFRelease(enterObserver);
});
}
static void _RunloopObserverCallBack(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity, void *info) {
switch (activity) {
case kCFRunLoopEntry: {
NSLog(@"Enter Runloop...");
}
break;
case kCFRunLoopExit: {
NSLog(@"Leave Runloop...");
}
break;
default: break;
}
最终kCFRunLoopExit的时间，减去kCFRunLoopEntry的时间，即为一次Runloop所耗费的时间，这样就能找出大于16ms的runloop。
通过Runloop解决界面图片过多的滑动卡顿问题
+ (void)_registerRunLoopWorkDistributionAsMainRunloopObserver:(DWURunLoopWorkDistribution *)runLoopWorkDistribution {
static CFRunLoopObserverRef defaultModeObserver;
_registerObserver(kCFRunLoopBeforeWaiting, defaultModeObserver, NSIntegerMax - 999, kCFRunLoopDefaultMode, (__bridge void *)runLoopWorkDistribution, &_defaultModeRunLoopWorkDistributionCallback);
}
static void _registerObserver(CFOptionFlags activities, CFRunLoopObserverRef observer, CFIndex order, CFStringRef mode, void *info, CFRunLoopObserverCallBack callback) {
CFRunLoopRef runLoop = CFRunLoopGetCurrent();
CFRunLoopObserverContext context = {
0,
info,
&CFRetain,
&CFRelease,
NULL
};
observer = CFRunLoopObserverCreate( NULL,
activities,
YES,
order,
callback,
&context);
CFRunLoopAddObserver(runLoop, observer, mode);
CFRelease(observer);
}
static void _runLoopWorkDistributionCallback(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity, void *info)
{
DWURunLoopWorkDistribution *runLoopWorkDistribution = (__bridge DWURunLoopWorkDistribution *)info;
if (runLoopWorkDistribution.tasks.count == 0) {
return;
}
BOOL result = NO;
while (result == NO && runLoopWorkDistribution.tasks.count) {
//加入Runloop分配的加载图片代码块
RunLoopWorkDistributionUnit unit = runLoopWorkDistribution.tasks.firstObject;
result = unit();
}
}
static void _defaultModeRunLoopWorkDistributionCallback(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity, void *info) {
_runLoopWorkDistributionCallback(observer, activity, info);
}
其原理是通过监听Runloop的运行状态，并在kCFRunLoopBeforeWaiting的时候也就是下一个Loop执行代码前去执行耗时操作，减少主线程Loop的负担。
AFNetworking中network的单开请求
下面是AFNetworking中的一部分源码
+ (void)networkRequestThreadEntryPoint:(id)__unused object {
@autoreleasepool {
[[NSThread currentThread] setName:@"AFNetworking"];
NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];
// 通过Runloop监听某个port，保持Thread不退出
[runLoop addPort:[NSMachPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
[runLoop run];
}
}
+ (NSThread *)networkRequestThread {
static NSThread *_networkRequestThread = nil;
static dispatch_once_t oncePredicate;
dispatch_once(&oncePredicate, ^{
_networkRequestThread =
[[NSThread alloc] initWithTarget:self
selector:@selector(networkRequestThreadEntryPoint:)
object:nil];
[_networkRequestThread start];
});
return _networkRequestThread;
}
