執行個體化講解runloop
之前看過很多有關runloop的文章，其中要麼是主要介紹runloop的基本概念，要麼是主要講解runloop的底層原理，很少用真正的執行個體來講解runloop的，這其中有大部分原因是由于大家在項目中很少能用到runloop吧。基于這種原因，本文中将用很少的篇幅來對基礎内容做以介紹，然後主要利用執行個體來加深大家對runloop的了解,本文中的代碼已經上傳github,大家可以下載下傳檢視，有問題歡迎issue我。本文主要分為如下幾個部分:
runloop的基礎知識
初識runloop，如何讓runloop進駐線程
深入了解perform selector
一直”活着”的背景線程
深入了解nstimer
讓兩個背景線程有依賴性的一種方式
nsurlconnetction的内部實作
afnetworking中是如何使用runloop的?
其它:利用gcd實作定時器功能
延伸閱讀
一、runloop的基本概念:
什麼是runloop？提到runloop，我們一般都會提到線程，這是為什麼呢？先來看下官方對runloop的定義:runloop系統中和線程相關的基礎架構的組成部分(和線程相關)，一個runloop是一個事件處理環，系統利用這個事件處理環來安排事務，協調輸入的各種事件。runloop的目的是讓你的線程在有工作的時候忙碌，沒有工作的時候休眠(和線程相關)。可能這樣說你還不是特别清楚runloop究竟是用來做什麼的，打個比方來說明:我們把線程比作一輛跑車，把這輛跑車的主人比作runloop，那麼在沒有’主人’的時候，這個跑車的生命是直線型的，其啟動，運作完之後就會廢棄(沒有人對其進行控制，’撞壞’被收回)，當有了runloop這個主人之後，‘線程’這輛跑車的生命就有了保障，這個時候，跑車的生命是環形的，并且在主人有比賽任務的時候就會被runloop這個主人所喚醒,在沒有任務的時候可以休眠(在ios中，開啟線程是很消耗性能的，開啟主線程要消耗1m記憶體，開啟一個背景線程需要消耗512k記憶體，我們應當線上程沒有任務的時候休眠，來釋放所占用的資源，以便cpu進行更加高效的工作)，這樣可以增加跑車的效率,也就是說runloop是為線程所服務的。這個例子有點不是很貼切，線程和runloop之間是以鍵值對的形式一一對應的，其中key是thread，value是runloop(這點可以從蘋果公開的源碼中看出來)，其實runloop是管理線程的一種機制，這種機制不僅在ios上有，在node.js中的eventloop，android中的looper，都有類似的模式。剛才所說的比賽任務就是喚醒跑車這個線程的一個source;runloop mode就是，一系列輸入的source,timer以及observer，runloop mode包含以下幾種: nsdefaultrunloopmode,nseventtrackingrunloopmode,uiinitializationrunloopmode,nsrunloopcommonmodes,nsconnectionreplymode,nsmodalpanelrunloopmode,至于這些mode各自的含義，讀者可自己查詢，網上不乏這類資源;
二、初識runloop，如何讓runloop進駐線程
我們在主線程中添加如下代碼:
while (1) { nslog(@"while begin"); // the thread be blocked here nsrunloop *runloop = [nsrunloop currentrunloop]; [runloop runmode:nsdefaultrunloopmode beforedate:[nsdate distantfuture]]; // this will not be executed nslog(@"while end"); }
這個時候我們可以看到主線程在執行完[runloop runmode:nsdefaultrunloopmode beforedate:[nsdate distantfuture]]; 之後被阻塞而沒有執行下面的nslog(@"while end");同時，我們利用gcd，将這段代碼放到一個背景線程中:
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(dispatch_queue_priority_default, 0), ^{ while (1) { nslog(@"while begin"); nsrunloop *subrunloop = [nsrunloop currentrunloop]; [subrunloop runmode:nsdefaultrunloopmode beforedate:[nsdate distantfuture]]; nslog(@"while end"); } });
這個時候我們發現這個while循環會一直在執行；這是為什麼呢?我們先将這兩個runloop分别列印出來:
主線程的runloop
由于這個日志比較長，我就隻截取了上面的一部分。
我們再看我們建立的子線程中的runloop,列印出來之後:
backgroundthreadrunloop.png
從中可以看出來：我們建立的線程中:
sources0 = (null), sources1 = (null), observers = (null), timers = (null),
我們看到雖然有mode，但是我們沒有給它soures,observer,timer，其實mode中的這些source,observer,timer，統稱為這個mode的item，如果一個mode中一個item都沒有，則這個runloop會直接退出，不進入循環(其實線程之是以可以一直存在就是由于runloop将其帶入了這個循環中)。下面我們為這個runloop添加個source:
while (1) { nsport *macport = [nsport port]; [subrunloop addport:macport formode:nsdefaultrunloopmode]; nslog(@"%@",subrunloop); }
這樣我們可以看到能夠實作了和主線程中相同的效果，線程在這個地方暫停了，為什麼呢？我們明天讓runloop在distantfuture之前都一直run的啊？相信大家已經猜出出來了。這個時候線程被runloop帶到‘坑’裡去了，這個‘坑’就是一個循環，在循環中這個線程可以在沒有任務的時候休眠，在有任務的時候被喚醒；當然我們隻用一個while(1)也可以讓這個線程一直存在，但是這個線程會一直在喚醒狀态，及時它沒有任務也一直處于運轉狀态，這對于cpu來說是非常不高效的。
小結:我們的runloop要想工作，必須要讓它存在一個item(source,observer或者timer)，主線程之是以能夠一直存在，并且随時準備被喚醒就是應為系統為其添加了很多item
三、深入了解perform selector
我們先在主線程中使用下performselector:<br/>
- (void)tryperformselectoronmianthread{ [self performselector:@selector(mainthreadmethod) withobject:nil]; } - (void)mainthreadmethod{ nslog(@"execute %s",__func__); // print: execute -[viewcontroller mainthreadmethod]
這樣我們在viewdidload中調用tryperformselectoronmianthread,就會立即執行，并且輸出:print: execute -[viewcontroller mainthreadmethod];
和上面的例子一樣，我們使用gcd,讓這個方法在背景線程中執行
- (void)tryperformselectoronbackgroundthread{ [self performselector:@selector(backgroundthread) onthread:[nsthread currentthread] withobject:nil waituntildone:no]; - (void)backgroundthread{ nslog(@"%u",[nsthread ismainthread]); nslog(@"execute %s",__function__);
同樣的，我們調用tryperformselectoronbackgroundthread這個方法，我們會發現，下面的backgroundthread不會被調用，這是什麼原因呢？
這是因為，在調用performselector:onthread: withobject: waituntildone的時候，系統會給我們建立一個timer的source，加到對應的runloop上去，然而這個時候我們沒有runloop,如果我們加上runloop:
nsrunloop *runloop = [nsrunloop currentrunloop]; [runloop run];
這時就會發現我們的方法正常被調用了。那麼為什麼主線程中的perfom selector卻能夠正常調用呢？通過上面的例子相信你已經猜到了，主線程的runloop是一直存在的，是以我們在主線程中執行的時候，無需再添加runloop。
小結:當perform selector在背景線程中執行的時候，這個線程必須有一個開啟的runloop
四、一直”活着”的背景線程
現在有這樣一個需求，每點選一下螢幕，讓子線程做一個任務,然後大家一般會想到這樣的方式:
@interface viewcontroller () @property(nonatomic,strong) nsthread *mythread; @end @implementation viewcontroller - (void)alwayslivebackgoundthread{ nsthread *thread = [[nsthread alloc]initwithtarget:self selector:@selector(mythreadrun) object:@"etund"]; self.mythread = thread; [self.mythread start]; - (void)mythreadrun{ nslog(@"my thread run"); - (void)touchesbegan:(nsset<uitouch *> *)touches withevent:(uievent *)event{ nslog(@"%@",self.mythread); [self performselector:@selector(dobackgroundthreadwork) onthread:self.mythread withobject:nil waituntildone:no]; - (void)dobackgroundthreadwork{ nslog(@"do some work %s",__function__);
這個方法中，我們利用一個強引用來擷取了後天線程中的thread,然後在點選螢幕的時候，在這個線程上執行dobackgroundthreadwork這個方法，此時我們可以看到，在touchesbegin方法中，self.mythread是存在的，但是這是為是什麼呢？這就要從線程的五大狀态來說明了:建立狀态、就緒狀态、運作狀态、阻塞狀态、死亡狀态，這個時候盡管記憶體中還有線程，但是這個線程在執行完任務之後已經死亡了，經過上面的論述，我們應該怎樣處理呢？我們可以給這個線程的runloop添加一個source，那麼這個線程就會檢測這個source等待執行，而不至于死亡(有工作的強烈願望而不死亡):
[[nsrunloop currentrunloop] addport:[[nsport alloc] init] formode:nsdefaultrunloopmode]; [[nsrunloop currentrunloop] run] nslog(@"my thread run");
這個時候再次點選螢幕，我們就會發現，背景線程中執行的任務可以正常進行了。
小結:正常情況下，背景線程執行完任務之後就處于死亡狀态，我們要避免這種情況的發生可以利用runloop，并且給它一個source這樣來保證線程依舊還在
五、深入了解nstimer
我們平時使用nstimer，一般是在主線程中的，代碼大多如下:
- (void)trytimeronmainthread{ nstimer *mytimer = [nstimer scheduledtimerwithtimeinterval:0.5 target:self selector:@selector(timeraction) userinfo:nil repeats:yes]; [mytimer fire]; - (void)timeraction{ nslog(@"timer action");
這個時候代碼按照我們預定的結果運作，如果我們把這個tiemr放到背景線程中呢?
nstimer *mytimer = [nstimer scheduledtimerwithtimeinterval:0.5 target:self selector:@selector(timeraction) userinfo:nil repeats:yes]; [mytimer fire];
這個時候我們會發現，這個timer隻執行了一次，就停止了。這是為什麼呢？通過上面的講解，想必你已經知道了，nstimer,隻有注冊到runloop之後才會生效，這個注冊是由系統自動給我們完成的,既然需要注冊到runloop,那麼我們就需要有一個runloop,我們在背景線程中加入如下的代碼:
[runloop run];
這樣我們就會發現程式正常運作了。在timer注冊到runloop之後，runloop會為其重複的時間點注冊好事件，比如1：10，1：20，1：30這幾個時間點。有時候我們會在這個線程中執行一個耗時操作，這個時候runloop為了節省資源，并不會在非常準确的時間點回調這個timer，這就造成了誤差(timer有個備援度屬性叫做tolerance,它标明了目前點到後，容許有多少最大誤差)，可以在執行一段循環之後調用一個耗時操作，很容易看到timer會有很大的誤差，這說明線上程很閑的時候使用nstiemr是比較傲你準确的，當線程很忙碌時候會有較大的誤差。系統還有一個cadisplaylink,也可以實作定時效果，它是一個和螢幕的重新整理率一樣的定時器。如果在兩次螢幕重新整理之間執行一個耗時的任務，那其中就會有一個幀被跳過去，造成界面卡頓。另外gcd也可以實作定時器的效果，由于其和runloop沒有關聯，是以有時候使用它會更加的準确，這在最後會給予說明。
六、讓兩個背景線程有依賴性的一種方式
給兩個背景線程添加依賴可能有很多的方式，這裡說明一種利用runloop實作的方式。原理很簡單，我們先讓一個線程工作，當工作完成之後喚醒另外的一線程,通過上面對runloop的說明，相信大家很容易能夠了解這些代碼:
- (void)runloopadddependance{ self.runloopthreaddidfinishflag = no; nslog(@"start a new run loop thread"); nsthread *runloopthread = [[nsthread alloc] initwithtarget:self selector:@selector(handlerunloopthreadtask) object:nil]; [runloopthread start]; nslog(@"exit handlerunloopthreadbuttontouchupinside"); dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{ while (!_runloopthreaddidfinishflag) { self.mythread = [nsthread currentthread]; nslog(@"begin runloop"); nsrunloop *runloop = [nsrunloop currentrunloop]; nsport *myport = [nsport port]; [runloop addport:myport formode:nsdefaultrunloopmode]; [[nsrunloop currentrunloop] runmode:nsdefaultrunloopmode beforedate:[nsdate distantfuture]]; nslog(@"end runloop"); [self.mythread cancel]; self.mythread = nil; - (void)handlerunloopthreadtask { nslog(@"enter run loop thread"); for (nsinteger i = 0; i < 5; i ++) { nslog(@"in run loop thread, count = %ld", i); sleep(1); #if 0 // 錯誤示範 _runloopthreaddidfinishflag = yes; // 這個時候并不能執行線程完成之後的任務，因為run loop所在的線程并不知道runloopthreaddidfinishflag被重新指派。run loop這個時候沒有被任務事件源喚醒。 // 正确的做法是使用 "selector"方法喚醒run loop。 即如下: #endif nslog(@"exit normal thread"); [self performselector:@selector(tryonmythread) onthread:self.mythread withobject:nil waituntildone:no]; // nslog(@"exit run loop thread");
七、nsurlconnection的執行過程
在使用nsurlconnection時，我們會傳入一個delegate,當我們調用了[connection start]之後，這個delegate會不停的收到事件的回調。實際上，start這個函數的内部會擷取currentrunloop，然後在其中的defaultmode中添加4個source。如下圖所示，cfmultiplexersource是負責各種delegate回調的，cfhttpcookiestorage是處理各種cookie的。如下圖所示:
nsurlconnection的執行過程
從中可以看出，當開始網絡傳輸是，我們可以看到nsurlconnection建立了兩個新的線程:com.apple.nsurlconnectionloader和com.apple.cfsocket.private。其中cfsocket是處理底層socket連結的。nsurlconnectionloader這個線程内部會使用runloop來接收底層socket的事件，并通過之前添加的source，來通知(喚醒)上層的delegate。這樣我們就可以了解我們平時封裝網絡請求時候常見的下面邏輯了:
while (!_isendrequest) nslog(@"entered run loop"); [[nsrunloop currentrunloop] runmode:nsdefaultrunloopmode beforedate:[nsdate distantfuture]]; nslog(@"main finished，task be removed"); - (void)connectiondidfinishloading:(nsurlconnection *)connection _isendrequest = yes;
這裡我們就可以解決下面這些疑問了:
為什麼這個while循環不停的執行，還需要使用一個runloop? 程式執行一個while循環是不會耗費很大性能的，我們這裡的目的是想讓子線程在有任務的時候處理任務，沒有任務的時候休眠，來節約cpu的開支。
如果沒有為runloop添加item,那麼它就會立即退出，這裡的item呢? 其實系統已經給我們預設添加了4個source了。
既然[[nsrunloop currentrunloop] runmode:nsdefaultrunloopmode beforedate:[nsdate distantfuture]];讓線程在這裡停下來，那麼為什麼這個循環會持續的執行呢？因為這個一直在處理任務，并且接受系統對這個delegate的回調，也就是這個回調喚醒了這個線程，讓它在這裡循環。
八、afnetworking中是如何使用runloop的?
在afn中afurlconnectionoperation是基于nsurlconnection建構的，其希望能夠在背景線程來接收delegate的回調。
為此afn建立了一個線程,然後在裡面開啟了一個runloop，然後添加item
+ (void)networkrequestthreadentrypoint:(id)__unused object { @autoreleasepool { [[nsthread currentthread] setname:@"afnetworking"]; [runloop addport:[nsmachport port] formode:nsdefaultrunloopmode]; + (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;
這裡這個nsmachport的作用和上文中的一樣，就是讓線程不至于在很快死亡，然後runloop不至于退出(如果要使用這個machport的話，調用者需要持有這個nsmachport，然後在外部線程通過這個port發送資訊到這個loop内部,它這裡沒有這麼做)。然後和上面的做法相似，在需要背景執行這個任務的時候，會通過調用:[nsobject performselector:onthread:..]來将這個任務扔給背景線程的runloop中來執行。
- (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];
gcd定時器的實作
- (void)gcdtimer{ // get the queue dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0); // creat timer self.timer = dispatch_source_create(dispatch_source_type_timer, 0, 0, queue); // config the timer (starting time，interval) // set begining time dispatch_time_t start = dispatch_time(dispatch_time_now, (int64_t)(1.0 * nsec_per_sec)); // set the interval uint64_t interver = (uint64_t)(1.0 * nsec_per_sec); dispatch_source_set_timer(self.timer, start, interver, 0.0); dispatch_source_set_event_handler(self.timer, ^{ // the tarsk needed to be processed async dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{ for (int i = 0; i < 100000; i++) { nslog(@"gcdtimer"); } dispatch_resume(self.timer);