RunLoop初级

当前环境: Xcode10.0 Swift4.2 iOS SDK 12.1

RunLoop 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 LoopEvent Loop 在很多系统和框架里都有实现,比如 Node.js 的事件处理,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:NSRunLoopCFRunLoopRefCFRunLoopRef 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。

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。

RunLoop 与线程的关系

首先,iOS 开发中能遇到两个线程对象: pthread_tNSThread。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_tNSThread 是一一对应的。比如,你可以通过 pthread_main_thread_np()[NSThread mainThread] 来获取主线程;也可以通过 pthread_self()[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()CFRunLoopGetCurrent()。 这两个函数内部的逻辑大概是下面这样:

/// 全局的Dictionary,key 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)。

总结

  1. RunLoop 是为了保持线程存活而生的,没有 RunLoop 的线程当执行完任务就会退出。

  2. 在 iOS 当中,MainThread 默认 RunLoop 是开启的,平时无任务处于休眠状态,一旦接收到其他线程回调,RunLoop 被唤醒,开始执行任务。

  3. iOS 底层是用 Mach 框架进行线程信息的传递的,比如操作系统,内核线程有消息需要告诉当前 App 的主线程,那么操作系统就会发送 Message 通过 Mach 框架,App 的 MainThread 的 RunLoop 一直监听 Mach Port,一旦有消息,就会唤醒 MainThread,来处理收到的消息。

  4. iOS 中,主线线程默认 RunLoop 开启,子线程 RunLoop 默认不会创建,开发者不能直接创建 RunLoop,需要在线程的上下文中获取(在子线程调用 RunLoop.current,如果子线程没有 RunLoop 就会创建一个 RunLoop

    let queue = DispatchQueue(label: "SomeQueue")
    queue.async {
        let currentThread = Thread.current
        currentThread.name = "常驻后台线程"
        // 当前子线程 如果没有RunLoop会自动创建一个RunLoop
        let runloop = RunLoop.current
        // 一定要 执行run 否则RunLoop不会工作。
        runloop.run()
        print("currentThread:\(currentThread)")
    }

本文参考: https://blog.ibireme.com/2015/05/18/runloop/ https://developer.apple. com/library/archive/documentation/Cocoa/Conceptual/Multithreading/RunLoopManagement/RunLoopManagement.html

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