iOS并发编程（Concurrency Programming）系列之一：Run Loop

本文主要是介绍iOS并发编程（Concurrency Programming）系列之一：Run Loop，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

http://oncenote.com/2015/03/22/Threading-Run-Loop/

引言: 并发编程是每一个开发工程师需要掌握的基本技能，而只有在深入了解了多线程相关基础之后，我们才能根据需要设计出健壮的多线程机制。本系列主要面向中级的iOS开发工程师，结合个人的开发实践，深入系统地探讨并发编程中核心思想。该系列主要分为：

Run Loop
Operation Queues VS Dispatch Queues (酝酿中)
GCD该怎么用 (酝酿中)
锁 (酝酿中)

1. 线程？

并发编程，首先不是应该先谈谈线程么？个人不准备详谈线程有以下几个原因：

线程是基础的知识，是每个CS相关专业的同学都可以铭记入骨的基础概念；
基本原理方面，本人能力有限，还是《操作系统》这些的经典书籍解释得更清楚明白；

当然，可以看看阮一峰老师的文章进程与线程的一个简单解释，来形象地重温下线程和进程方面的知识。

进程和线程

2. Run Loop 基本概念

在实际iOS的实际开发中，简单线程任务是不建议手动创建一个线程来实现，因为手动创建并管理线程的生命周期比较麻烦，通常会使用系统提供的一些异步方法(performSelectorInBackground: withObject:等)、Operation Queues或者是Dispatch Queues等来实现。而只有当有持续的异步任务需求时，我们才会创建一个独立的生命周期可控的线程，而Run Loop就是控制线程生命周期并接收事件进行处理的机制。

以下是Run Loop的官方定义：

Run loops are part of the fundamental infrastructure associated with threads. A run loop is an event processing loop that you use to schedule work and coordinate the receipt of incoming events. The purpose of a run loop is to keep your thread busy when there is work to do and put your thread to sleep when there is none.

Run Loop

假设进程是一个工厂，线程是一个流水线，那么Run Loop就是流水线上的主管；当接工厂到商家订单，分配给这个流水线时，Run Loop就启动这个流水线，让流水线动起来，生产产品；而当订单的产品生产完毕时，Run Loop就会暂时停下流水线，节约资源。有Run Loop这个主管分配生产任务，流水线才不会因为无所事事被工厂干掉；而工厂转型或者产能升级等原因，不需要这个流水线时，就会辞掉Run Loop这个主管，不再接收任何的订单，即退出线程，把所有的资源释放。

流水线

Run Loop并非iOS/OSX平台专属的概念，在任何平台的多线程编程中，为控制线程生命周期，接收处理异步消息，都需要类似Run Loop的循环机制来实现：从简单的一个无限顺序do{sleep(1);//执行消息}while(true)，到高级平台，如Android的Looper，都是类似的机制。

主线程的Run Loop在应用启动的时候就会自动创建，而其他自己创建的线程则需要在该线程下显式地调用[NSRunLoop currentRunLoop]，假如该线程还没有线程的话，系统会自动创建一个返回。你不能自己去创建一个Run Loop。需要注意的是Run Loop并非线程安全的，所以需要避免在其他线程上调用当前线程的Run Loop。

3. Run Loop支持的消息事件(Events)

Run Loop支持处理输入源（Input Source）事件和计时器（Timer）事件。其中输入源事件包括：系统的Mach Port事件、以及其他自定义输入事件。其中Mach Port是iOS/OSX系统支持的一种通讯事件；而自定义输入事件则故名思议，是需要你自己根据Run Loop的接口，实现相关的回调，来配置自定义的输入源，让Run Loop能够支持对这写输入源的监听和处理。

Cocoa中已经为开发者实现了一些常用的自定义输入源，如Perform Selector、NSConnection等；如何配置输入源的使用场景较少，个人也没多少研究，有兴趣的通讯可以查看官方文档

需要注意的是，在启动Run Loop之前，必须先添加监听的输入源事件或者Timer事件，否则调用[runLoop run]会直接返回，而不会进入循环让线程长驻。很多初学的开发者会写如下代码：

- (void)main
{NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];while (!self.isCancelled && !self.isFinished) {[runLoop runUntilDate:[NSDate dateWithTimeIntervalSinceNow:3]];};
}

上述代码，因为Run Loop没有添加任何输入源事件或Timer事件，会立刻返回，这样的话，线程其实是一直在无限循环空转中，虽然是让线程长驻不退出，但会一直占用着CPU的时间片，而没有实现资源的合理分配；在其他线程发送一个事件给该线程，系统会自动为Run Loop添加对应输入源或者Timer，让Run Loop正常运行。也可以手动添加输入源或者Timer来让Run Loop正常运行。添加了输入源或Timer事件的Run Loop在没有事件需要处理时，会让线程进行休眠，而不会占用着CPU的时间片。

而对于没有While循环直接使用Run Loop，而且没有添加输入源或Timer的线程，那么线程会直接完成并进入死亡状态，被系统回收。

正确的使用方法应如下：

- (void)main
{NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];[runLoop addPort:[NSMachPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];while (!self.isCancelled && !self.isFinished) {@autoreleasepool {[runLoop runUntilDate:[NSDate dateWithTimeIntervalSinceNow:3]];}}
}

注意，Run Loop的每个循环必须加上@autoreleasepool，用于释放每个循环结束后不再需要的内存。

4. Run Loop Modes

官方文档定义：

A run loop mode is a collection of input sources and timers to be monitored and a collection of run loop observers to be notified.

在Run Loop的概念中，Run Loop Mode是一个较难理解的概念，继续上述流水线的例子：Run Loop Mode就是这条流水线上支持生成的产品类型，比如流水线即可生成塑胶类产品，也可以生成纺织类产品，但流水线在一个时刻只能在一种模式下运行，生成某一类型的产品；那当流水线进入生产塑胶类产品的模式时，而消息事件（输入事件Input Source 和计时器事件）则是订单；接收到标记为塑胶类产品的胶手套的订单时，就可以直接排队放入流水线中生产；而那些标记为纺织类的产品如内衣等，就只能等待，只要当流水线切到生成纺织类模式的时候，才可以生产；而有些订单如鞋子，比较急着出产品，就跟流水线的主管说，可以是胶鞋也可以是布鞋，只要是鞋子就好了，此时，不管此时流水线在那种模式下，都可以直接生产鞋子。

Cocoa定义了四种Mode：

Default：NSDefaultRunLoopMode (Cocoa) kCFRunLoopDefaultMode (Core Foundation)，默认的模式，在Run Loop没有指定Mode的时候，默认就跑在Default Mode下；
Connection：NSConnectionReplyMode (Cocoa)，用来监听处理网络请求NSConnection的事件；
Modal：NSModalPanelRunLoopMode (Cocoa)，OS X的Modal面板事件。
Event tracking：UITrackingRunLoopMode(iOS) NSEventTrackingRunLoopMode (Cocoa)，用户鼠标触碰的拖动事件；
Common modes：NSRunLoopCommonModes (Cocoa) kCFRunLoopCommonModes (Core Foundation)。可以配置的通用模式(通过方法CFRunLoopAddCommonMode来配置添加其他需要支持的模式)，在Cocoa中，默认包含了Default、Modal和Event tracking的模式，而在Core Foundation中，只包含了Default模式；

Run Loop可以通过[acceptInputForMode:beforeDate:]和[runMode:beforeDate:]来指定在一时间之内运行模式。假如不指定的话，Run Loop默认会运行在Default模式下（不断重复调用runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate:...）。

在Run Loop模式中我们经常会遇到的一个问题是，在主线程，启动了一个计时器Timer，然后将手指放在一个UITableView或者UIScrollView上拖动时，计时器到了时间也不会执行。这是因为，为了更好的用户体验，在主线程中定义了Event tracking模式的优先级是最高的。当用户在拖动一个控件时，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，因此线程不会立刻执行Default Mode下接收的事件。解决的方法是：

    NSTimer * timer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1.0target:selfselector:@selector(timerFireMethod:)userInfo:nilrepeats:YES];[[NSRunLoop mainRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];//或 [[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:UITrackingRunLoopMode];[timer fire];

5. Run Loop的应用实践

Run Loop主要有以下三个应用场景：

5.1 可维护生命周期的线程

该场景较为常见，Run Loop的作用主要是用于维护线程的生命周期，让线程不自动退出，但可以根据需要调用[thread cancel]，或者执行完某任务之后，在isFinished返回YES来退出线程。如下代码：

- (void)main
{NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];[runLoop addPort:[NSMachPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];while (!self.isCancelled && !self.isFinished) {@autoreleasepool {[runLoop runUntilDate:[NSDate dateWithTimeIntervalSinceNow:3]];}}
}

5.2 长驻线程，用于执行一些预期会一直存在的任务

如下代码，摘自AFNetworking库，创建一个长驻的线程，该线程的生命周期跟App相同，用于发送请求和接收回调。注意，该线程在启动之后，无法通过调用[thread cancel]俩结束线程（甚至removePort:forMode:也无法保证Run Loop会退出，因为系统可能会给Run Loop添加另外一些输入源）：

- (void)main
{@autoreleasepool {NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];[runLoop addPort:[NSMachPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];[runLoop run];}
}

5.3 在一定时间内监听某种事件，或执行某种任务的线程

如下代码所示，在30分钟内，每隔30s执行onTimerFired:。这种场景一般会出现在，如我需要在应用启动之后，在一定时间内持续更新某项数据。

- (void)main
{@autoreleasepool {NSRunLoop * runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];NSTimer * udpateTimer = [NSTimer timerWithTimeInterval:30target:selfselector:@selector(onTimerFired:)userInfo:nilrepeats:YES];[runLoop addTimer:udpateTimer forMode:NSRunLoopCommonModes];[runLoop runUntilDate:[NSDate dateWithTimeIntervalSinceNow:60*30]];}
}