iOS —— NSRunLoop / NSPart

iOS多線程編程Part 1/3 - NSThread & Run Loop

前言

多線程的價值無需贅述，對於App性能和用戶體驗都有着至關重要的意義，在iOS開發中，Apple提供了不同的技術支持多線程編程，除了跨平臺的pthread之外，還提供了NSThread、NSOperationQueue、GCD等多線程技術，從本篇Blog開始介紹這幾種多線程技術的細節。

對於pthread這種跨平臺的多線程技術，這本Programming with POSIX Threads做了詳細介紹，不再提及。

NSThread

使用NSThead創建線程有很多方法：

• +detachNewThreadSelector:toTarget:withObject:類方法直接生成一個子線程

<span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">1</span>

[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(threadRoutine:) toTarget:self withObject:nil];

• 創建一個NSThread類實例，然後調用start方法。

<span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">1</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">2</span>

NSThread* aThread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(threadRoutine:) object:nil]; [aThread start];

• 調用NSObject的+performSelectorInBackground:withObject:方法生成子線程。

<span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">1</span>

[myObj performSelectorInBackground:@selector(threadRoutine:) withObject:nil];

• 創建一個NSThread子類，然後調用子類實例的start方法，。

創建線程也是有開銷的，iOS下主要成本包括構造內核數據結構（大約1KB）、棧空間（子線程512KB、主線程1MB，不過可以使用方法-setStackSize:自己設置，注意必須是4K的倍數，而且最小是16K），創建線程大約需要90毫秒的創建時間。

第二種和第四種方法創建的線程有個好處是擁有線程的對象，因此可以使用performSelector:onThread:withObject:waitUntilDone:在該線程上執行方法，這是一種非常方便的線程間通訊的方法（相對於設置麻煩的NSPort用於通訊），所要執行的方法可以直接添加到目標線程的Runloop中執行。Apple建議使用這個接口運行的方法不要是耗時或者頻繁的操作，以免子線程的負載過重。

第三種方法其實與第一種方法是一樣的，都會直接生成一個子線程。

上面四種方法生成的子線程都是detached狀態，即主線程結束時這些線程都會被直接殺死；如果要生成joinable狀態的子線程，只能使用pthread接口啦。

如果需要，可以設置線程的優先級(-setThreadPriority:)；如果要在線程中保存一些狀態信息，還可以使用到-threadDictionary得到一個NSMutableDictionary，以key-value的方式保存信息用於線程內讀寫。

NSThread的入口方法

要寫一個有效的子線程入口方法需要注意很多問題，示例代碼：

<span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">1</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">2</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">3</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">4</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">5</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">6</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">7</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">8</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">9</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">10</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">11</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">12</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">13</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">14</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">15</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">16</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">17</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">18</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">19</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">20</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">21</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">22</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">23</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">24</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">25</span>

- (void)threadRoutine { NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init]; BOOL moreWorkToDo = YES; BOOL exitNow = NO; NSRunLoop* runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop]; NSMutableDictionary* threadDict = [[NSThread currentThread] threadDictionary]; [threadDict setValue:[NSNumber numberWithBool:exitNow] forKey:@"ThreadShouldExitNow"]; //添加事件源 [self myInstallCustomInputSource]; while (moreWorkToDo && !exitNow) { //執行線程真正的工作方法，如果完成了可以設置moreWorkToDo爲False [runLoop runUntilDate:[NSDate date]]; exitNow = [[threadDict valueForKey:@"ThreadShouldExitNow"] boolValue]; } [pool release]; }

• 必須創建一個NSAutoreleasePool，因爲子線程不會自動創建。同時要注意這個pool因爲是最外層pool，如果線程中要進行長時間的操作生成大量autoreleased的對象，則只有在該子線程退出時纔會回收，因此如果線程中會大量創建autoreleased對象，那麼需要創建額外的NSAutoreleasePool，可以在NSRunloop每次迭代時創建和銷燬一個NSAutoreleasePool。
• 如果你的子線程會拋出異常，最好在子線程中設置一個異常處理函數，因爲如果子線程無法處理拋出的異常，會導致程序直接Crash關閉。
• (可選)設置Run Loop，如果子線程只是做個一次性的操作，那麼無需設置Run Loop；如果子線程進入一個循環需要不斷處理一些事件，那麼設置一個Run Loop是最好的處理方式，如果需要Timer，那麼Run Loop就是必須的。
• 如果需要在子線程運行的時候讓子線程結束操作，子線程每次Run Loop迭代中檢查相應的標誌位來判斷是否還需要繼續執行，可以使用threadDictionary以及設置Input Source的方式來通知這個子線程。那麼什麼是Run Loop呢？這是涉及NSThread及線程相關的編程時無法迴避的一個問題。

Run Loop

Run Loop本身並不具備併發執行的功能，但是和多線程開發息息相關，而且概念令人迷惑，相關的介紹資料也很少，它的主要的特性如下：

• 每個線程都有一個Run Loop，主線程的Run Loop會在App運行時自動運行，子線程中需要手動運行。
• 每個Run Loop都會以一個模式mode來運行，可以使用NSRunLoop的- (BOOL)runMode:(NSString *)mode beforeDate:(NSDate *)limitDate 方法運行在某個特定模式mode。
• Run Loop的處理兩大類事件源：Timer Source和Input Source(包括performSelector***方法簇、Port或者自定義Input Source)，每個事件源都會綁定在Run Loop的某個特定模式mode上，而且只有RunLoop在這個模式運行的時候纔會觸發該Timer和Input Source。
• 如果沒有任何事件源添加到Run Loop上，Run Loop就會立刻exit。

Run Loop接口

要操作Run Loop，Foundation層和Core Foundation層都有對應的接口可以操作Run Loop。

Foundation層對應的是NSRunLoop:

Core Foundation層對應的是CFRunLoopRef：

兩組接口差不多，不過功能上還是有許多區別的，例如CF層可以添加自定義Input Source事件源(CFRunLoopSourceRef)和Run Loop觀察者Observer(CFRunLoopObserverRef)，很多類似功能的接口特性也是不一樣的。

Run Loop運行

Run Loop如何運行呢？在上一節NSThread的入口函數中使用了一種NSRunLoop的使用場景，再看一例：

<span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">1</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">2</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">3</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">4</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">5</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">6</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">7</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">8</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">9</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">10</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">11</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">12</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">13</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">14</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">15</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">16</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">17</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">18</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">19</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">20</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">21</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">22</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">23</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">24</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">25</span>

- (void)main { @autoreleasepool { NSLog(@"starting thread......."); NSTimer *timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:2 target:self selector:@selector(doTimerTask) userInfo:nil repeats:YES]; [[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode]; [timer release]; while (! self.isCancelled) { [self doOtherTask]; BOOL ret = [[NSRunLoop currentRunLoop] runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate:[NSDate distantFuture]]; NSLog(@"after runloop counting.........: %d", ret); } NSLog(@"finishing thread........."); } } - (void)doTimerTask { NSLog(@"do timer task"); } - (void)doOtherTask { NSLog(@"do other task"); }

我們看到入口方法裏創建了一個NSTimer，並且以NSDefaultRunLoopMode模式加入到當前子線程的NSRunLoop中。進入循環後肯定會執行-doOtherTask方式法一次，然後再以NSDefaultRunLoopMode模式運行NSRunLoop，如果一次Timer事件觸發處理後，這個Run Loop會返回嗎？答案是不會，Why？

NSRunLoop的底層是由CFRunLoopRef實現的，你可以想象成一個循環或者類似Linux下select或者epoll，當沒有事件觸發時，你調用的Run Loop運行方法不會立刻返回，它會持續監聽其他事件源，如果需要Run Loop會讓子線程進入sleep等待狀態而不是空轉，只有當Timer Source或者Input Source事件發生時，子線程纔會被喚醒，然後處理觸發的事件，然而由於Timer source比較特殊，Timer Source事件發生處理後，Run Loop運行方法- (BOOL)runMode:(NSString *)mode beforeDate:(NSDate *)limitDate;也不會返回；而其他非Timer事件的觸發處理會讓這個Run Loop退出並返回YES。當Run Loop運行在一個特定模式時，如果該模式下沒有事件源，運行Run Loop會立刻返回NO。

NSRunLoop的運行接口：

<span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">1</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">2</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">3</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">4</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">5</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">6</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">7</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">8</span>

//運行 NSRunLoop，運行模式爲默認的NSDefaultRunLoopMode模式，沒有超時限制 - (void)run; //運行 NSRunLoop: 參數爲運行模式、時間期限，返回值爲YES表示是處理事件後返回的，NO表示是超時或者停止運行導致返回的 - (BOOL)runMode:(NSString *)mode beforeDate:(NSDate *)limitDate; //運行 NSRunLoop: 參數爲運時間期限，運行模式爲默認的NSDefaultRunLoopMode模式 -(void)runUntilDate:(NSDate *)limitDate;

CFRunLoopRef的運行接口：

<span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">1</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">2</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">3</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">4</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">5</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">6</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">7</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">8</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">9</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">10</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">11</span>

//運行 CFRunLoopRef void CFRunLoopRun(); //運行 CFRunLoopRef: 參數爲運行模式、時間和是否在處理Input Source後退出標誌，返回值是exit原因 SInt32 CFRunLoopRunInMode (mode, seconds, returnAfterSourceHandled); //停止運行 CFRunLoopRef void CFRunLoopStop( CFRunLoopRef rl ); //喚醒 CFRunLoopRef void CFRunLoopWakeUp ( CFRunLoopRef rl );

詳細講解下NSRunLoop的三個運行接口：

• - (void)run; 無條件運行

不建議使用，因爲這個接口會導致Run Loop永久性的運行在NSDefaultRunLoopMode模式，即使使用CFRunLoopStop(runloopRef);也無法停止Run Loop的運行，那麼這個子線程就無法停止，只能永久運行下去。

• - (void)runUntilDate:(NSDate *)limitDate; 有一個超時時間限制

比上面的接口好點，有個超時時間，可以控制每次Run Loop的運行時間，也是運行在NSDefaultRunLoopMode模式。這個方法運行Run Loop一段時間會退出給你檢查運行條件的機會，如果需要可以再次運行Run Loop。注意CFRunLoopStop(runloopRef);也無法停止Run Loop的運行，因此最好自己設置一個合理的Run Loop運行時間。示例：

<span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">1</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">2</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">3</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">4</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">5</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">6</span>

while (!Done) { [[NSRunLoop currentRunLoop] runUntilDate:[NSDate dateWithTimeIntervalSinceNow:10]]; NSLog(@"exiting runloop.........:"); }

• - (BOOL)runMode:(NSString *)mode beforeDate:(NSDate *)limitDate; 有一個超時時間限制，而且設置運行模式

這個接口在非Timer事件觸發、顯式的用CFRunLoopStop停止Run Loop、到達limitDate後會退出返回。如果僅是Timer事件觸發並不會讓Run Loop退出返回；如果是PerfromSelector***事件或者其他Input Source事件觸發處理後，Run Loop會退出返回YES。示例：

<span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">1</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">2</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">3</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">4</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">5</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">6</span>

while (!Done) { BOOL ret = [[NSRunLoop currentRunLoop] runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate:[NSDate distantFuture]]; NSLog(@"exiting runloop.........: %d", ret); }

那麼如何知道一個Run Loop是因爲什麼原因exit退出的呢？NSRunLoop中沒有接口可以知道，而需要通過Core Foundation的接口來運行CFRunLoopRef，NSRunLoop其實就是CFRunLoopRef的二次封裝。使用CFRunLoop的接口(C的接口)來運行Run Loop，有兩個接口：

• void CFRunLoopRun(void);

運行在默認的kCFRunLoopDefaultMode模式下，直到使用CFRunLoopStop接口停止這個Run Loop，或者Run Loop的所有事件源都被刪除。

• SInt32 CFRunLoopRunInMode(CFStringRef mode, CFTimeInterval seconds, Boolean returnAfterSourceHandled);

第一個參數是指RunLoop運行的模式（例如kCFRunLoopDefaultMode或者kCFRunLoopCommonModes），第二個參數是運行時間，第三個參數是是否在處理事件後讓Run Loop退出返回。 示例：

<span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">1</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">2</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">3</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">4</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">5</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">6</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">7</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">8</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">9</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">10</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">11</span>

while (!self.isCancelled) { [self doOtherTask]; SInt32 result = CFRunLoopRunInMode(kCFRunLoopDefaultMode, 2, YES); if (result == kCFRunLoopRunStopped) { [self cancel]; } NSLog(@"exit run loop.........: %ld", result); }

如果Run Loop退出返回後，返回值是SInt32類型(signed long)，表明Run Loop返回的原因，目前有四種：

<span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">1</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">2</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">3</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">4</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">5</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">6</span>

enum { kCFRunLoopRunFinished = 1, //Run Loop結束，沒有Timer或者其他Input Source kCFRunLoopRunStopped = 2, //Run Loop被停止，使用CFRunLoopStop停止Run Loop kCFRunLoopRunTimedOut = 3, //Run Loop超時 kCFRunLoopRunHandledSource = 4 ////Run Loop處理完事件，注意Timer事件的觸發是不會讓Run Loop退出返回的，即使CFRunLoopRunInMode的第三個參數是YES也不行 };

注意：Run Loop是可以嵌套調用的(就像NSAutoreleasePool)，例如一個Run Loop運行過程中一個事件觸發後，那麼在觸發方法裏可以再運行當前子線程的Run Loop，然後由這個Run Loop等待其他事件觸發。不過這種嵌套Run Loop調用方式我用的比較少。

以上Run Loop運行方法參考本文最後的Sample Code自行嘗試。

Run Loop的運行模式Mode

iOS下Run Loop的主要運行模式mode有：

1) NSDefaultRunLoopMode: 默認的運行模式，除了NSConnection對象的事件。

2) NSRunLoopCommonModes: 是一組常用的模式集合，將一個input source關聯到這個模式集合上，等於將input source關聯到這個模式集合中的所有模式上。在iOS系統中NSRunLoopCommonMode包含NSDefaultRunLoopMode、NSTaskDeathCheckMode、UITrackingRunLoopMode，我有個timer要關聯到這些模式上，一個個註冊很麻煩，我可以用CFRunLoopAddCommonMode([[NSRunLoop currentRunLoop] getCFRunLoop],(__bridge CFStringRef) NSEventTrackingRunLoopMode)將NSEventTrackingRunLoopMode或者其他模式添加到這個NSRunLoopCommonModes模式中，然後只需要將Timer關聯到NSRunLoopCommonModes，即可以實現Run Loop運行在這個模式集合中任何一個模式時，這個Timer都可以被觸發。默認情況下NSRunLoopCommonModes包含了NSDefaultRunLoopMode和UITrackingRunLoopMode。注意：讓Run Loop運行在NSRunLoopCommonModes下是沒有意義的，因爲一個時刻Run Loop只能運行在一個特定模式下，而不可能是個模式集合。

3) UITrackingRunLoopMode: 用於跟蹤觸摸事件觸發的模式（例如UIScrollView上下滾動），主線程當觸摸事件觸發時會設置爲這個模式，可以用來在控件事件觸發過程中設置Timer。

4) GSEventReceiveRunLoopMode: 用於接受系統事件，屬於內部的Run Loop模式。

5) 自定義Mode：可以設置自定義的運行模式Mode，你也可以用CFRunLoopAddCommonMode添加到NSRunLoopCommonModes中。

Run Loop運行時只能以一種固定的模式運行，只會監控這個模式下添加的Timer Source和Input Source，如果這個模式下沒有相應的事件源，Run Loop的運行也會立刻返回的。注意Run Loop不能在運行在NSRunLoopCommonModes模式，因爲NSRunLoopCommonModes其實是個模式集合，而不是一個具體的模式，我可以在添加事件源的時候使用NSRunLoopCommonModes，只要Run Loop運行在NSRunLoopCommonModes中任何一個模式，這個事件源都可以被觸發。

Run Loop的事件源

歸根結底，Run Loop就是個處理事件的Loop，可以添加Timer和其他Input Source等各種事件源，如果事件源沒有發生時，Run Loop就可能讓線程進入asleep狀態，而事件源發生時就會喚醒休眠的(asleep)的子線程來處理事件。Run Loop的事件源事件源分兩類：Timer Source和Input Source(包括-performSelector:***API調用簇，Port Input Source、自定義Input Source)。

從上圖可以看出Run Loop就是處理事件的一個循環，不同的是Timer Source事件處理後不會使Run Loop結束，而Input Source事件處理後會讓Run Loop退出。因此你需要自己的一個Loop去不斷運行Run Loop來處理事件，就像本文開頭的示例那樣。

細分下Run Loop的事件源：

1) Timer Souce就是創建Timer添加到Run Loop中，沒啥好說的，Cocoa或者Core Foundation都有相應接口實現。需要注意的是scheduledTimerWith****開頭生成的Timer會自動幫你以默認NSDefaultRunLoopMode模式加載到當前的Run Loop中，而其他接口生成的Timer則需要你手動使用-addTimer:forMode添加到Run Loop中。需要額外注意的是Timer的觸發不會讓Run Loop返回。(Timer sources deliver events to their handler routines but do not cause the run loop to exit.) 具體實驗可以看下面的Sample Code。

2) Input Source中的-performSelector:***API調用簇方法，有以下這些接口：

<span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">1</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">2</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">3</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">4</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">5</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">6</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">7</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">8</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">9</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">10</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">11</span>

performSelectorOnMainThread:withObject:waitUntilDone: performSelectorOnMainThread:withObject:waitUntilDone:modes: performSelector:onThread:withObject:waitUntilDone: performSelector:onThread:withObject:waitUntilDone:modes: performSelector:withObject:afterDelay: performSelector:withObject:afterDelay:inModes: cancelPreviousPerformRequestsWithTarget: cancelPreviousPerformRequestsWithTarget:selector:object:

這些API最後兩個是取消當前線程中調用，其他API是在主線程或者當前線程下的Run Loop中執行指定的@selector。

3) Port Input Source：概念上也比較簡單，可以用NSMachPort作爲線程之間的通訊通道。例如在主線程創建子線程時傳入一個NSPort對象，這樣主線程就可以和這個子線程通訊啦，如果要實現雙向通訊，那麼子線程也需要回傳給主線程一個NSPort。

NSPort的子類除了NSMachPort，還可以使用NSMessagePort或者Core Foundation中的CFMessagePortRef。

注意：雖然有這麼棒的方式實現線程間通訊方式，但是估計是由於危及iOS的Sandbox沙盒環境，所以這些API都是私有接口，如果你用到NSPortMessage，XCode會提示'NSPortMessage' for instance message is a forward declaration。

4) 自定義Input Source：

向Run Loop添加自定義Input Source只能使用Core Foundation的接口：CFRunLoopSourceCreate創建一個source，CFRunLoopAddSource向Run Loop中添加source，CFRunLoopRemoveSource從Run Loop中刪除source，CFRunLoopSourceSignal通知source，CFRunLoopWakeUp喚醒Run Loop。

Apple官方文檔提供了一個自定義Input Source使用模式。

主線程持有包含子線程的Run Loop和Source的context對象，還有一個用於保存需要運行操作的數據buffer。主線程需要子線程幹活時，首先將需要的操作數據添加到數據buffer，然後通知source，喚醒子線程Run Loop（因爲子線程可能正在sleep狀態，CFRunLoopWakeUp喚醒Run Loop可以通知線程醒來幹活），由於子線程也持有這個source和數據buffer，因此在觸發喚醒時可以使用這個數據buffer的數據來執行相關操作（需要注意數據buffer訪問時的同步）。

具體實現參見本文最後的Sample Code。

Run Loop的Observer

Core Foundation層的接口可以定義一個Run Loop的觀察者在Run Loop進入以下某個狀態時得到通知：

• Run loop的進入
• Run loop處理一個Timer的時刻
• Run loop處理一個Input Source的時刻
• Run loop進入睡眠的時刻
• Run loop被喚醒的時刻，但在喚醒它的事件被處理之前
• Run loop的終止

Observer的創建以及添加到Run Loop中需要使用Core Foundation的接口：

<span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">1</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">2</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">3</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">4</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">5</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">6</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">7</span>

CFRunLoopObserverContext context = {0, (__bridge void *)(self), NULL, NULL, NULL}; CFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreate(kCFAllocatorDefault, kCFRunLoopBeforeTimers, YES, 0, &myRunLoopObserver, &context); if (observer) { CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetCurrent(), observer, kCFRunLoopCommonModes); }

首先創建Observer的context，然後調用Core Foundation方法CFRunLoopObserverCreate創建Observer，再加入到當前線程的Run Loop中，注意CFRunLoopObserverCreate方法的第二個參數是Observer觀察類型，有如下幾種：

<span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">1</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">2</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">3</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">4</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">5</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">6</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">7</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">8</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">9</span> <span class="line-number" style="margin: 0px; padding: 0px;">10</span>

/* Run Loop Observer Activities */ typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) { kCFRunLoopEntry = (1UL << 0), kCFRunLoopBeforeTimers = (1UL << 1), kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2), kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5), kCFRunLoopAfterWaiting = (1UL << 6), kCFRunLoopExit = (1UL << 7), kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU };

對應Run Loop的各種事件，kCFRunLoopAllActivities比較特殊，可以觀察所有事件。具體樣例代碼請參考Sample Code。

總結

Run Loop就是一個處理事件源的循環，你可以控制這個Run Loop運行多久，如果當前沒有事件發生，Run Loop會讓這個線程進入睡眠狀態(避免再浪費CPU時間)，如果有事件發生，Run Loop就處理這個事件。Run Loop處理事件和發送給Observer通知的流程如下：

• 1) 進入Run Loop運行，此時會通知觀察者進入Run Loop；
• 2) 如果有Timer即將觸發時，通知觀察者；
• 3) 如果有非Port的Input Sourc即將e觸發時，通知觀察者；
• 4）觸發非Port的Input Source事件源；
• 5）如果基於Port的Input Source事件源即將觸發時，立即處理該事件，跳轉到步驟9；
• 6）通知觀察者當前線程將進入休眠狀態；
• 7）將線程進入休眠狀態直到有以下事件發生：基於Port的Input Source被觸發、Timer被觸發、Run Loop運行時間到了過期時間、Run Loop被喚醒。
• 8) 通知觀察者線程將要被喚醒。
• 9) 處理被觸發的事件：
  • 如果是用戶自定義的Timer，處理Timer事件後重新啓動Run Loop進入步驟2；
  • 如果線程被喚醒又沒有到過期時間，則進入步驟2；
  • 如果是其他Input Source事件源有事件發生，直接處理這個事件；
• 10)到達此步驟說明Run Loop運行時間到期，或者是非Timer的Input Source事件被處理後，Run Loop將要退出，退出前通知觀察者線程已退出。

什麼時候需要用到Run Loop？官方文檔的建議是：

• 需要使用Port或者自定義Input Source與其他線程進行通訊。
• 需要在線程中使用Timer。
• 需要在線程上使用performSelector*****方法。
• 需要讓線程執行週期性的工作。

我個人在開發中遇到的需要使用Run Loop的情況有：

• 使用自定義Input Source和其他線程通信
• 子線程中使用了定時器
• 使用任何performSelector*****到子線程中運行方法
• 使用子線程去執行週期性任務
• NSURLConnection在子線程中發起異步請求

Sample Code

RunLoop剛開始用確實坑很多，理解概念最好的方式還是動手寫代碼，寫了個例子放在GitHub上（工程NSThreadExample），歡迎大家討論。

Apple官方也有一個基於Run Loop的異步網絡請求示例程序SimpleURLConnections。

參考資料

Threading Programming Guide

NSRunLoop Class Reference

CFRunLoop Reference

CFRunLoopObserver Reference