高唐网站建设服务商,网站的百度地图怎么做的,做自媒体网站需要注册什么公司,兴平网站建设RunLoop 是 iOS 和 OSX 开发中非常基础的一个概念#xff0c;这篇文章将从 CFRunLoop 的源码入手#xff0c;介绍 RunLoop 的概念以及底层实现原理。之后会介绍一下在 iOS 中#xff0c;苹果是如何利用 RunLoop 实现自动释放池、延迟回调、触摸事件、屏幕刷新等功能的。
一…RunLoop 是 iOS 和 OSX 开发中非常基础的一个概念这篇文章将从 CFRunLoop 的源码入手介绍 RunLoop 的概念以及底层实现原理。之后会介绍一下在 iOS 中苹果是如何利用 RunLoop 实现自动释放池、延迟回调、触摸事件、屏幕刷新等功能的。
一、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
function loop() {initialize();do {var message get_next_message();process_message(message);} while (message ! quit);
}
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。
OSX/iOS 系统中提供了两个这样的对象NSRunLoop 和 CFRunLoopRef。 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。
CFRunLoopRef 的代码是开源的你可以在这里 http://opensource.apple.com/tarballs/CF/ 下载到整个 CoreFoundation 的源码来查看。
(Update: Swift 开源后苹果又维护了一个跨平台的 CoreFoundation 版本https://github.com/apple/swift-corelibs-foundation/这个版本的源码可能和现有 iOS 系统中的实现略不一样但更容易编译而且已经适配了 Linux/Windows。) 二、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Dictionarykey 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。 三、RunLoop 对外的接口
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。
CFRunLoopSourceRef 是事件产生的地方。Source有两个版本Source0 和 Source1。 • Source0 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 包含了一个 mach_port 和一个回调函数指针被用于通过内核和其他线程相互发送消息。这种 Source 能主动唤醒 RunLoop 的线程其原理在下面会讲到。
CFRunLoopTimerRef 是基于时间的触发器它和 NSTimer 是toll-free bridged 的可以混用。其包含一个时间长度和一个回调函数指针。当其加入到 RunLoop 时RunLoop会注册对应的时间点当时间点到时RunLoop会被唤醒以执行那个回调。
CFRunLoopObserverRef 是观察者每个 Observer 都包含了一个回调函数指针当 RunLoop 的状态发生变化时观察者就能通过回调接受到这个变化。可以观测的时间点有以下几个
typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {kCFRunLoopEntry (1UL 0), // 即将进入LoopkCFRunLoopBeforeTimers (1UL 1), // 即将处理 TimerkCFRunLoopBeforeSources (1UL 2), // 即将处理 SourcekCFRunLoopBeforeWaiting (1UL 5), // 即将进入休眠kCFRunLoopAfterWaiting (1UL 6), // 刚从休眠中唤醒kCFRunLoopExit (1UL 7), // 即将退出Loop
};
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。 四、RunLoop 的 Mode
CFRunLoopMode 和 CFRunLoop 的结构大致如下
struct __CFRunLoopMode {CFStringRef _name; // Mode Name, 例如 kCFRunLoopDefaultModeCFMutableSetRef _sources0; // SetCFMutableSetRef _sources1; // SetCFMutableArrayRef _observers; // ArrayCFMutableArrayRef _timers; // Array...
};struct __CFRunLoop {CFMutableSetRef _commonModes; // SetCFMutableSetRef _commonModeItems; // SetSource/Observer/TimerCFRunLoopModeRef _currentMode; // Current Runloop ModeCFMutableSetRef _modes; // Set...
};
这里有个概念叫 “CommonModes”一个 Mode 可以将自己标记为”Common”属性通过将其 ModeName 添加到 RunLoop 的 “commonModes” 中。每当 RunLoop 的内容发生变化时RunLoop 都会自动将 _commonModeItems 里的 Source/Observer/Timer 同步到具有 “Common” 标记的所有Mode里。
应用场景举例主线程的 RunLoop 里有两个预置的 ModekCFRunLoopDefaultMode 和 UITrackingRunLoopMode。这两个 Mode 都已经被标记为”Common”属性。DefaultMode 是 App 平时所处的状态TrackingRunLoopMode 是追踪 ScrollView 滑动时的状态。当你创建一个 Timer 并加到 DefaultMode 时Timer 会得到重复回调但此时滑动一个TableView时RunLoop 会将 mode 切换为 TrackingRunLoopMode这时 Timer 就不会被回调并且也不会影响到滑动操作。
有时你需要一个 Timer在两个 Mode 中都能得到回调一种办法就是将这个 Timer 分别加入这两个 Mode。还有一种方式就是将 Timer 加入到顶层的 RunLoop 的 “commonModeItems” 中。”commonModeItems” 被 RunLoop 自动更新到所有具有”Common”属性的 Mode 里去。
CFRunLoop对外暴露的管理 Mode 接口只有下面2个:
CFRunLoopAddCommonMode(CFRunLoopRef runloop, CFStringRef modeName);
CFRunLoopRunInMode(CFStringRef modeName, ...);
Mode 暴露的管理 mode item 的接口有下面几个
CFRunLoopAddSource(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopSourceRef source, CFStringRef modeName);
CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopObserverRef observer, CFStringRef modeName);
CFRunLoopAddTimer(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopTimerRef timer, CFStringRef mode);
CFRunLoopRemoveSource(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopSourceRef source, CFStringRef modeName);
CFRunLoopRemoveObserver(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopObserverRef observer, CFStringRef modeName);
CFRunLoopRemoveTimer(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopTimerRef timer, CFStringRef mode);
你只能通过 mode name 来操作内部的 mode当你传入一个新的 mode name 但 RunLoop 内部没有对应 mode 时RunLoop会自动帮你创建对应的 CFRunLoopModeRef。对于一个 RunLoop 来说其内部的 mode 只能增加不能删除。
苹果公开提供的 Mode 有两个kCFRunLoopDefaultMode (NSDefaultRunLoopMode) 和 UITrackingRunLoopMode你可以用这两个 Mode Name 来操作其对应的 Mode。
同时苹果还提供了一个操作 Common 标记的字符串kCFRunLoopCommonModes (NSRunLoopCommonModes)你可以用这个字符串来操作 Common Items或标记一个 Mode 为 “Common”。使用时注意区分这个字符串和其他 mode name。 五、RunLoop 的内部逻辑
根据苹果在文档里的说明RunLoop 内部的逻辑大致如下: 其内部代码整理如下 太长了不想看可以直接跳过去后面会有说明
/// 用DefaultMode启动
void CFRunLoopRun(void) {CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopGetCurrent(), kCFRunLoopDefaultMode, 1.0e10, false);
}/// 用指定的Mode启动允许设置RunLoop超时时间
int CFRunLoopRunInMode(CFStringRef modeName, CFTimeInterval seconds, Boolean stopAfterHandle) {return CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopGetCurrent(), modeName, seconds, returnAfterSourceHandled);
}/// RunLoop的实现
int CFRunLoopRunSpecific(runloop, modeName, seconds, stopAfterHandle) {/// 首先根据modeName找到对应modeCFRunLoopModeRef currentMode __CFRunLoopFindMode(runloop, modeName, false);/// 如果mode里没有source/timer/observer, 直接返回。if (__CFRunLoopModeIsEmpty(currentMode)) return;/// 1. 通知 Observers: RunLoop 即将进入 loop。__CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopEntry);/// 内部函数进入loop__CFRunLoopRun(runloop, currentMode, seconds, returnAfterSourceHandled) {Boolean sourceHandledThisLoop NO;int retVal 0;do {/// 2. 通知 Observers: RunLoop 即将触发 Timer 回调。__CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeTimers);/// 3. 通知 Observers: RunLoop 即将触发 Source0 (非port) 回调。__CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeSources);/// 执行被加入的block__CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode);/// 4. RunLoop 触发 Source0 (非port) 回调。sourceHandledThisLoop __CFRunLoopDoSources0(runloop, currentMode, stopAfterHandle);/// 执行被加入的block__CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode);/// 5. 如果有 Source1 (基于port) 处于 ready 状态直接处理这个 Source1 然后跳转去处理消息。if (__Source0DidDispatchPortLastTime) {Boolean hasMsg __CFRunLoopServiceMachPort(dispatchPort, msg)if (hasMsg) goto handle_msg;}/// 通知 Observers: RunLoop 的线程即将进入休眠(sleep)。if (!sourceHandledThisLoop) {__CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeWaiting);}/// 7. 调用 mach_msg 等待接受 mach_port 的消息。线程将进入休眠, 直到被下面某一个事件唤醒。/// • 一个基于 port 的Source 的事件。/// • 一个 Timer 到时间了/// • RunLoop 自身的超时时间到了/// • 被其他什么调用者手动唤醒__CFRunLoopServiceMachPort(waitSet, msg, sizeof(msg_buffer), livePort) {mach_msg(msg, MACH_RCV_MSG, port); // thread wait for receive msg}/// 8. 通知 Observers: RunLoop 的线程刚刚被唤醒了。__CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopAfterWaiting);/// 收到消息处理消息。handle_msg:/// 9.1 如果一个 Timer 到时间了触发这个Timer的回调。if (msg_is_timer) {__CFRunLoopDoTimers(runloop, currentMode, mach_absolute_time())}/// 9.2 如果有dispatch到main_queue的block执行block。else if (msg_is_dispatch) {__CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__(msg);}/// 9.3 如果一个 Source1 (基于port) 发出事件了处理这个事件else {CFRunLoopSourceRef source1 __CFRunLoopModeFindSourceForMachPort(runloop, currentMode, livePort);sourceHandledThisLoop __CFRunLoopDoSource1(runloop, currentMode, source1, msg);if (sourceHandledThisLoop) {mach_msg(reply, MACH_SEND_MSG, reply);}}/// 执行加入到Loop的block__CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode);if (sourceHandledThisLoop stopAfterHandle) {/// 进入loop时参数说处理完事件就返回。retVal kCFRunLoopRunHandledSource;} else if (timeout) {/// 超出传入参数标记的超时时间了retVal kCFRunLoopRunTimedOut;} else if (__CFRunLoopIsStopped(runloop)) {/// 被外部调用者强制停止了retVal kCFRunLoopRunStopped;} else if (__CFRunLoopModeIsEmpty(runloop, currentMode)) {/// source/timer/observer一个都没有了retVal kCFRunLoopRunFinished;}/// 如果没超时mode里没空loop也没被停止那继续loop。} while (retVal 0);}/// 10. 通知 Observers: RunLoop 即将退出。__CFRunLoopDoObservers(rl, currentMode, kCFRunLoopExit);
}
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。 六、RunLoop 的底层实现
从上面代码可以看到RunLoop 的核心是基于 mach port 的其进入休眠时调用的函数是 mach_msg()。为了解释这个逻辑下面稍微介绍一下 OSX/iOS 的系统架构。 苹果官方将整个系统大致划分为上述4个层次 应用层包括用户能接触到的图形应用例如 Spotlight、Aqua、SpringBoard 等。 应用框架层即开发人员接触到的 Cocoa 等框架。 核心框架层包括各种核心框架、OpenGL 等内容。 Darwin 即操作系统的核心包括系统内核、驱动、Shell 等内容这一层是开源的其所有源码都可以在 opensource.apple.com 里找到。
我们在深入看一下 Darwin 这个核心的架构 其中在硬件层上面的三个组成部分Mach、BSD、IOKit (还包括一些上面没标注的内容)共同组成了 XNU 内核。 XNU 内核的内环被称作 Mach其作为一个微内核仅提供了诸如处理器调度、IPC (进程间通信)等非常少量的基础服务。 BSD 层可以看作围绕 Mach 层的一个外环其提供了诸如进程管理、文件系统和网络等功能。 IOKit 层是为设备驱动提供了一个面向对象(C)的一个框架。
Mach 本身提供的 API 非常有限而且苹果也不鼓励使用 Mach 的 API但是这些API非常基础如果没有这些API的话其他任何工作都无法实施。在 Mach 中所有的东西都是通过自己的对象实现的进程、线程和虚拟内存都被称为”对象”。和其他架构不同 Mach 的对象间不能直接调用只能通过消息传递的方式实现对象间的通信。”消息”是 Mach 中最基础的概念消息在两个端口 (port) 之间传递这就是 Mach 的 IPC (进程间通信) 的核心。
Mach 的消息定义是在 mach/message.h 头文件的很简单
typedef struct {mach_msg_header_t header;mach_msg_body_t body;
} mach_msg_base_t;typedef struct {mach_msg_bits_t msgh_bits;mach_msg_size_t msgh_size;mach_port_t msgh_remote_port;mach_port_t msgh_local_port;mach_port_name_t msgh_voucher_port;mach_msg_id_t msgh_id;
} mach_msg_header_t;
一条 Mach 消息实际上就是一个二进制数据包 (BLOB)其头部定义了当前端口 local_port 和目标端口 remote_port 发送和接受消息是通过同一个 API 进行的其 option 标记了消息传递的方向
mach_msg_return_t mach_msg(
mach_msg_header_t *msg,
mach_msg_option_t option,
mach_msg_size_t send_size,
mach_msg_size_t rcv_size,
mach_port_name_t rcv_name,
mach_msg_timeout_t timeout,
mach_port_name_t notify);
为了实现消息的发送和接收mach_msg() 函数实际上是调用了一个 Mach 陷阱 (trap)即函数mach_msg_trap()陷阱这个概念在 Mach 中等同于系统调用。当你在用户态调用 mach_msg_trap() 时会触发陷阱机制切换到内核态内核态中内核实现的 mach_msg() 函数会完成实际的工作如下图 这些概念可以参考维基百科: System_call、Trap_(computing)。
RunLoop 的核心就是一个 mach_msg() (见上面代码的第7步)RunLoop 调用这个函数去接收消息如果没有别人发送 port 消息过来内核会将线程置于等待状态。例如你在模拟器里跑起一个 iOS 的 App然后在 App 静止时点击暂停你会看到主线程调用栈是停留在 mach_msg_trap() 这个地方。
关于具体的如何利用 mach port 发送信息可以看看 NSHipster 这一篇文章或者这里的中文翻译 。
关于Mach的历史可以看看这篇很有趣的文章Mac OS X 背后的故事三Mach 之父 Avie Tevanian。 七、苹果用 RunLoop 实现的功能
首先我们可以看一下 App 启动后 RunLoop 的状态
CFRunLoop {current mode kCFRunLoopDefaultModecommon modes {UITrackingRunLoopModekCFRunLoopDefaultMode}common mode items {// source0 (manual)CFRunLoopSource {order -1, {callout _UIApplicationHandleEventQueue}}CFRunLoopSource {order -1, {callout PurpleEventSignalCallback }}CFRunLoopSource {order 0, {callout FBSSerialQueueRunLoopSourceHandler}}// source1 (mach port)CFRunLoopSource {order 0, {port 17923}}CFRunLoopSource {order 0, {port 12039}}CFRunLoopSource {order 0, {port 16647}}CFRunLoopSource {order -1, {callout PurpleEventCallback}}CFRunLoopSource {order 0, {port 2407,callout _ZL20notify_port_callbackP12__CFMachPortPvlS1_}}CFRunLoopSource {order 0, {port 1c03,callout __IOHIDEventSystemClientAvailabilityCallback}}CFRunLoopSource {order 0, {port 1b03,callout __IOHIDEventSystemClientQueueCallback}}CFRunLoopSource {order 1, {port 1903,callout __IOMIGMachPortPortCallback}}// OvserverCFRunLoopObserver {order -2147483647, activities 0x1, // Entrycallout _wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler}CFRunLoopObserver {order 0, activities 0x20, // BeforeWaitingcallout _UIGestureRecognizerUpdateObserver}CFRunLoopObserver {order 1999000, activities 0xa0, // BeforeWaiting | Exitcallout _afterCACommitHandler}CFRunLoopObserver {order 2000000, activities 0xa0, // BeforeWaiting | Exitcallout _ZN2CA11Transaction17observer_callbackEP19__CFRunLoopObservermPv}CFRunLoopObserver {order 2147483647, activities 0xa0, // BeforeWaiting | Exitcallout _wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler}// TimerCFRunLoopTimer {firing No, interval 3.1536e09, tolerance 0,next fire date 453098071 (-4421.76019 96223387169499),callout _ZN2CAL14timer_callbackEP16__CFRunLoopTimerPv (QuartzCore.framework)}},modes {CFRunLoopMode {sources0 { /* same as common mode items */ },sources1 { /* same as common mode items */ },observers { /* same as common mode items */ },timers { /* same as common mode items */ },},CFRunLoopMode {sources0 { /* same as common mode items */ },sources1 { /* same as common mode items */ },observers { /* same as common mode items */ },timers { /* same as common mode items */ },},CFRunLoopMode {sources0 {CFRunLoopSource {order 0, {callout FBSSerialQueueRunLoopSourceHandler}}},sources1 (null),observers {CFRunLoopObserver {activities 0xa0, order 2000000,callout _ZN2CA11Transaction17observer_callbackEP19__CFRunLoopObservermPv})},timers (null),},CFRunLoopMode {sources0 {CFRunLoopSource {order -1, {callout PurpleEventSignalCallback}}},sources1 {CFRunLoopSource {order -1, {callout PurpleEventCallback}}},observers (null),timers (null),},CFRunLoopMode {sources0 (null),sources1 (null),observers (null),timers (null),}}
}
可以看到系统默认注册了5个Mode: 1. kCFRunLoopDefaultMode: App的默认 Mode通常主线程是在这个 Mode 下运行的。 2. 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。 3. UIInitializationRunLoopMode: 在刚启动 App 时第进入的第一个 Mode启动完成后就不再使用。 4: GSEventReceiveRunLoopMode: 接受系统事件的内部 Mode通常用不到。 5: kCFRunLoopCommonModes: 这是一个占位的 Mode没有实际作用。
你可以在这里看到更多的苹果内部的 Mode但那些 Mode 在开发中就很难遇到了。
当 RunLoop 进行回调时一般都是通过一个很长的函数调用出去 (call out), 当你在你的代码中下断点调试时通常能在调用栈上看到这些函数。下面是这几个函数的整理版本如果你在调用栈中看到这些长函数名在这里查找一下就能定位到具体的调用地点了
{/// 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);
}
①、AutoreleasePool
App启动后苹果在主线程 RunLoop 里注册了两个 Observer其回调都是 _wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler()。
第一个 Observer 监视的事件是 Entry(即将进入Loop)其回调内会调用 _objc_autoreleasePoolPush() 创建自动释放池。其 order 是-2147483647优先级最高保证创建释放池发生在其他所有回调之前。
第二个 Observer 监视了两个事件 BeforeWaiting(准备进入休眠) 时调用_objc_autoreleasePoolPop() 和 _objc_autoreleasePoolPush() 释放旧的池并创建新池Exit(即将退出Loop) 时调用 _objc_autoreleasePoolPop() 来释放自动释放池。这个 Observer 的 order 是 2147483647优先级最低保证其释放池子发生在其他所有回调之后。
在主线程执行的代码通常是写在诸如事件回调、Timer回调内的。这些回调会被 RunLoop 创建好的 AutoreleasePool 环绕着所以不会出现内存泄漏开发者也不必显示创建 Pool 了。 ②、事件响应
苹果注册了一个 Source1 (基于 mach port 的) 用来接收系统事件其回调函数为 __IOHIDEventSystemClientQueueCallback()。
当一个硬件事件(触摸/锁屏/摇晃等)发生后首先由 IOKit.framework 生成一个 IOHIDEvent 事件并由 SpringBoard 接收。这个过程的详细情况可以参考这里。SpringBoard 只接收按键(锁屏/静音等)触摸加速接近传感器等几种 Event随后用 mach port 转发给需要的App进程。随后苹果注册的那个 Source1 就会触发回调并调用 _UIApplicationHandleEventQueue() 进行应用内部的分发。
_UIApplicationHandleEventQueue() 会把 IOHIDEvent 处理并包装成 UIEvent 进行处理或分发其中包括识别 UIGesture/处理屏幕旋转/发送给 UIWindow 等。通常事件比如 UIButton 点击、touchesBegin/Move/End/Cancel 事件都是在这个回调中完成的。 ③、手势识别
当上面的 _UIApplicationHandleEventQueue() 识别了一个手势时其首先会调用 Cancel 将当前的 touchesBegin/Move/End 系列回调打断。随后系统将对应的 UIGestureRecognizer 标记为待处理。
苹果注册了一个 Observer 监测 BeforeWaiting (Loop即将进入休眠) 事件这个Observer的回调函数是 _UIGestureRecognizerUpdateObserver()其内部会获取所有刚被标记为待处理的 GestureRecognizer并执行GestureRecognizer的回调。
当有 UIGestureRecognizer 的变化(创建/销毁/状态改变)时这个回调都会进行相应处理。 ④、界面更新
当在操作 UI 时比如改变了 Frame、更新了 UIView/CALayer 的层次时或者手动调用了 UIView/CALayer 的 setNeedsLayout/setNeedsDisplay方法后这个 UIView/CALayer 就被标记为待处理并被提交到一个全局的容器去。
苹果注册了一个 Observer 监听 BeforeWaiting(即将进入休眠) 和 Exit (即将退出Loop) 事件回调去执行一个很长的函数 _ZN2CA11Transaction17observer_callbackEP19__CFRunLoopObservermPv()。这个函数里会遍历所有待处理的 UIView/CAlayer 以执行实际的绘制和调整并更新 UI 界面。
这个函数内部的调用栈大概是这样的 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 _ZN2CA11Transaction17observer_callbackEP19__CFRunLoopObservermPv() QuartzCore:CA::Transaction::observer_callback: CA::Transaction::commit(); CA::Context::commit_transaction(); CA::Layer::layout_and_display_if_needed(); CA::Layer::layout_if_needed(); [CALayer layoutSublayers]; [UIView layoutSubviews]; CA::Layer::display_if_needed(); [CALayer display]; [UIView drawRect]; ⑤、定时器
NSTimer 其实就是 CFRunLoopTimerRef他们之间是 toll-free bridged 的。一个 NSTimer 注册到 RunLoop 后RunLoop 会为其重复的时间点注册好事件。例如 10:00, 10:10, 10:20 这几个时间点。RunLoop为了节省资源并不会在非常准确的时间点回调这个Timer。Timer 有个属性叫做 Tolerance (宽容度)标示了当时间点到后容许有多少最大误差。
如果某个时间点被错过了例如执行了一个很长的任务则那个时间点的回调也会跳过去不会延后执行。就比如等公交如果 10:10 时我忙着玩手机错过了那个点的公交那我只能等 10:20 这一趟了。
CADisplayLink 是一个和屏幕刷新率一致的定时器但实际实现原理更复杂和 NSTimer 并不一样其内部实际是操作了一个 Source。如果在两次屏幕刷新之间执行了一个长任务那其中就会有一帧被跳过去和 NSTimer 相似造成界面卡顿的感觉。在快速滑动TableView时即使一帧的卡顿也会让用户有所察觉。Facebook 开源的 AsyncDisplayLink 就是为了解决界面卡顿的问题其内部也用到了 RunLoop这个稍后我会再单独写一页博客来分析。 ⑥、PerformSelecter
当调用 NSObject 的 performSelecter:afterDelay: 后实际上其内部会创建一个 Timer 并添加到当前线程的 RunLoop 中。所以如果当前线程没有 RunLoop则这个方法会失效。
当调用 performSelector:onThread: 时实际上其会创建一个 Timer 加到对应的线程去同样的如果对应线程没有 RunLoop 该方法也会失效。 ⑦、关于GCD
实际上 RunLoop 底层也会用到 GCD 的东西比如 RunLoop 是用 dispatch_source_t 实现的 Timer评论中有人提醒NSTimer 是用了 XNU 内核的 mk_timer我也仔细调试了一下发现 NSTimer 确实是由 mk_timer 驱动而非 GCD 驱动的。但同时 GCD 提供的某些接口也用到了 RunLoop 例如 dispatch_async()。
当调用 dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), block) 时libDispatch 会向主线程的 RunLoop 发送消息RunLoop会被唤醒并从消息中取得这个 block并在回调 __CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__() 里执行这个 block。但这个逻辑仅限于 dispatch 到主线程dispatch 到其他线程仍然是由 libDispatch 处理的。 ⑧、关于网络请求
iOS 中关于网络请求的接口自下至上有如下几层: 1 2 3 4 CFSocket CFNetwork -ASIHttpRequest NSURLConnection -AFNetworking NSURLSession -AFNetworking2, Alamofire
• CFSocket 是最底层的接口只负责 socket 通信。 • CFNetwork 是基于 CFSocket 等接口的上层封装ASIHttpRequest 工作于这一层。 • NSURLConnection 是基于 CFNetwork 的更高层的封装提供面向对象的接口AFNetworking 工作于这一层。 • NSURLSession 是 iOS7 中新增的接口表面上是和 NSURLConnection 并列的但底层仍然用到了 NSURLConnection 的部分功能 (比如 com.apple.NSURLConnectionLoader 线程)AFNetworking2 和 Alamofire 工作于这一层。
下面主要介绍下 NSURLConnection 的工作过程。
通常使用 NSURLConnection 时你会传入一个 Delegate当调用了 [connection start] 后这个 Delegate 就会不停收到事件回调。实际上start 这个函数的内部会会获取 CurrentRunLoop然后在其中的 DefaultMode 添加了4个 Source0 (即需要手动触发的Source)。CFMultiplexerSource 是负责各种 Delegate 回调的CFHTTPCookieStorage 是处理各种 Cookie 的。
当开始网络传输时我们可以看到 NSURLConnection 创建了两个新线程com.apple.NSURLConnectionLoader 和 com.apple.CFSocket.private。其中 CFSocket 线程是处理底层 socket 连接的。NSURLConnectionLoader 这个线程内部会使用 RunLoop 来接收底层 socket 的事件并通过之前添加的 Source0 通知到上层的 Delegate。 NSURLConnectionLoader 中的 RunLoop 通过一些基于 mach port 的 Source 接收来自底层 CFSocket 的通知。当收到通知后其会在合适的时机向 CFMultiplexerSource 等 Source0 发送通知同时唤醒 Delegate 线程的 RunLoop 来让其处理这些通知。CFMultiplexerSource 会在 Delegate 线程的 RunLoop 对 Delegate 执行实际的回调。 八、RunLoop 的实际应用举例 ①、AFNetworking
AFURLConnectionOperation 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 (void)networkRequestThreadEntryPoint:(id)__unused object {autoreleasepool {[[NSThread currentThread] setName:AFNetworking];NSRunLoop *runLoop [NSRunLoop currentRunLoop];[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;
}
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。
- (void)start {[self.lock lock];if ([self isCancelled]) {[self performSelector:selector(cancelConnection) onThread:[[self class] networkRequestThread] withObject:nil waitUntilDone:NO modes:[self.runLoopModes allObjects]];} else if ([self isReady]) {self.state AFOperationExecutingState;[self performSelector:selector(operationDidStart) onThread:[[self class] networkRequestThread] withObject:nil waitUntilDone:NO modes:[self.runLoopModes allObjects]];}[self.lock unlock];
}
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。 ②、AsyncDisplayKit
AsyncDisplayKit 是 Facebook 推出的用于保持界面流畅性的框架其原理大致如下
UI 线程中一旦出现繁重的任务就会导致界面卡顿这类任务通常分为3类排版绘制UI对象操作。
排版通常包括计算视图大小、计算文本高度、重新计算子式图的排版等操作。 绘制一般有文本绘制 (例如 CoreText)、图片绘制 (例如预先解压)、元素绘制 (Quartz)等操作。 UI对象操作通常包括 UIView/CALayer 等 UI 对象的创建、设置属性和销毁。
其中前两类操作可以通过各种方法扔到后台线程执行而最后一类操作只能在主线程完成并且有时后面的操作需要依赖前面操作的结果 例如TextView创建时可能需要提前计算出文本的大小。ASDK 所做的就是尽量将能放入后台的任务放入后台不能的则尽量推迟 (例如视图的创建、属性的调整)。
为此ASDK 创建了一个名为 ASDisplayNode 的对象并在内部封装了 UIView/CALayer它具有和 UIView/CALayer 相似的属性例如 frame、backgroundColor等。所有这些属性都可以在后台线程更改开发者可以只通过 Node 来操作其内部的 UIView/CALayer这样就可以将排版和绘制放入了后台线程。但是无论怎么操作这些属性总需要在某个时刻同步到主线程的 UIView/CALayer 去。
ASDK 仿照 QuartzCore/UIKit 框架的模式实现了一套类似的界面更新的机制即在主线程的 RunLoop 中添加一个 Observer监听了 kCFRunLoopBeforeWaiting 和 kCFRunLoopExit 事件在收到回调时遍历所有之前放入队列的待处理的任务然后一一执行。
