NSRunLoop与iOS中的倒计时（GCD,CADisplaylink,NSTimer）

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相信在iOS开发中大家都用过倒计时的功能，而NSTimer也是大家用得最多用来实现该功能的类，但是可能有人不太清楚NSTimer存在计时不准并且可能会导致引用循环资源无法释放的情况，接下来我会介绍一下使用GCD以及CADisplaylink来实现倒计时以及他们三者的利弊。

RunLoop

在开始介绍下面三种方法之前，我想我们有必要先来介绍一下RunLoop，因为CADisplaylink和NSTimer都是需要通过运行在RunLoop里面才保证了每次到特定的时间点就会执行对应的事件

RunLoop是什么

一般来说线程只能执行一次任务，执行完任务之后就会退出，可是如果需要处理多个任务呢，那就需要RunLoop来保证线程能随时处理事件并且不会退出。

RunLoop实际上像是一个对象，该对象提供了一个入口函数，该入口函数会实现像不断的循环获取任务执行任务的功能，当线程执行了这个入口函数之后，就会一直处于函数内部：接受任务->等待->处理这样的循环中，知道接受到quit消息，就会推出该入口函数，然后线程销毁。

RunLoop和线程之间的关系

RunLoop和线程是一一对应的，它们通过key-value的形式保存在一个全局的字典里面（key是p_thread,value是CFRunLoopRef），iOS中不允许直接创建RunLoop，可以通过两个方法获取RunLoop ，CFRunLoopGetMain() 和 CFRunLoopGetCurrent()。这两个方法内部会调用CFRunLoopRef _CFRunLoopGet(pthread_t thread)方法，调用该方法时，会优先判断该字典是不是为空，如果是的话就创建一个以pthread_main_thread_np()为key的runloop并且放到字典里面。然后在字典中寻找thread为key的runloop，如果不存在则创建一个新的RunLoop并且注册一个回调，当线程销毁时，也销毁RunLoop。

RunLoopMode

苹果提供了两个公开的RunLoopMode，NSDefaultRunLoop以及UITrackingRunLoopMode，第一个mode程序默认的mode，当程序中有ScrollView滚动的时候，RunLoop就会将当前的mode切换为UITrackingRunLoopMode。

相信很多人都有过NSTimer在默认情况下可用，当APP有ScrollView在滚动的时候就不可用的回调，那是因为NSTimer加到runloop里面的时候默认是NSDefaultRunLoop，当页面滑动的时候RunLoop切换到了UITrackingRunLoopMode，所以timer就不起作用了，这个时候需要使用[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];将timer标记为NSRunLoopCommonModes，NSRunLoopCommonModes默认是包含了NSDefaultRunLoop和UITrackingRunLoopMode两个model。

RunLoop的结构

我们首先来看一下RunLoop的都包含什么东西：

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struct __CFRunLoopMode {
    CFStringRef _name;            // Mode Name, 例如 @"kCFRunLoopDefaultMode"
    CFMutableSetRef _sources0;    // Set
    CFMutableSetRef _sources1;    // Set
    CFMutableArrayRef _observers; // Array
    CFMutableArrayRef _timers;    // Array
    ...
};
 
struct __CFRunLoop {
    CFMutableSetRef _commonModes;     // Set
    CFMutableSetRef _commonModeItems; // Set<Source/Observer/Timer>
    CFRunLoopModeRef _currentMode;    // Current Runloop Mode
    CFMutableSetRef _modes;           // Set
    ...
};

_CFRunLoop:

  • _commonModes： 一个标记为common的集合，通过CFRunLoopAddCommonMode(CFRunLoopRef runloop, CFStringRef modeName);可以将一个mode加到commonModes里面，当RunLoop的内容变化的时候，RunLoop都会将Timer/Observer/Sources同步到标记为“common”的Mode里面

  • _commonModeItems： 被加到CommonModes里面的所有的Item的集合，一个Item包含_source0,_source1,_observers，_timers。

  • _currentMode： 当前RunLoop的mode，可以通过 CFRunLoopRunInMode(CFStringRef modeName, ...);来切换mode

  • _modes：RunLoop包含的mode

_CFRunLoopMode:

  • source0(CFRunLoopSourceRef)： mode的事件源，source0只包含一个回调（函数指针），它并不会自动触发，需要先调用 CFRunLoopSourceSinal(source)将source标为待处理，然后调用CFRunLoopSourceWakeUp(source)来唤醒RunLoop才会调用这个方法。

  • _sources1(CFRunLoopSourceRef)： mode的另外一个事件源，source1包含了回调以及一个mach-port，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

  • _timers: 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）

  • _observers: 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。

更多的关于RunLoop的内容可以看深入理解RunLoop

NSTimer

我们通常会使用以下的代码来创建一个Timer并且将Timer加到RunLoop里面。

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sellf.timer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:2 target:self selector:@selector(doSomeThing) userInfo:nil repeats:YES];
[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];

以上的代码会有两个问题：

  1. 内存泄漏的问题，首先RunLoop会强引用timer，而timer会强引用self,所以timer不释放的时候，self也无法释放。通常我们会用以下的代码来释放Timer，但是需要找一个合适的时机去释放它，加入我们像以下代码那样在viewWillDisapper那样释放它，当回到主屏幕的时候那timer又要被销毁了，然后重新进入重新创建一个timer，这样就会非常麻烦，需要多个地方维护timer的状态。
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- (void)viewWillDisappear:(BOOL)animated{
    [super viewWillDisappear:animated];
    [self.timer invalidate];
    self.timer  = nil;
}

很明显我们这里要解决的就是timer的释放时机的问题，我们当然是希望持有timer的视图控制器执行dealloc释放的时候释放它，但是这时候千万别企图在dealloc方法里面做这个事情，原因自己想。

我们的思路就是通过创建一个MagicClass来弱应用这个target，然后timer的target强引用这个MagicClass，执行MagicClass的一个替身Action，在这个Action里面我们可以判断target是不是被销毁了（因为这个时候没有Timer强引用它，所以不会有有内存泄漏的问题），然后没有被销毁则执行真正的Action，如果Target已经被销毁了则调用invalidate销毁timer。

here is the code

NSTimer+LMExtension.h

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#import <Foundation/Foundation.h>

@interface NSTimer (LMExtension)
+ (instancetype)lmScheduledTimerWithTimeInterval:(NSTimeInterval)interval target:(id)target selector:(SEL)selector userInfo:(id)userInfo;
@end

NSTimer+LMExtension.m

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#import "NSTimer+LMExtension.h"

@interface LMMagicTarget : NSObject
@property (nonatomic, weak) id target;
@property (nonatomic, assign) SEL selector;
@property (nonatomic, weak) NSTimer *timer;
@end

@implementation LMMagicTarget
- (void)LMTimerStarAction:(NSTimer *)timer
{
    if (self.target) {
        [self.target performSelector:self.selector withObject:timer afterDelay:0.0];
    } else {
        [self.timer invalidate];
        self.timer = nil;
    }
}

@end


@implementation NSTimer (LMExtension)
+ (instancetype)lmScheduledTimerWithTimeInterval:(NSTimeInterval)interval target:(id)target selector:(SEL)selector userInfo:(id)userInfo{
    LMMagicTarget *magicTarget = [[LMMagicTarget alloc]init];
    magicTarget.target = target;
    magicTarget.selector = selector;
    NSTimer *timer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:interval target:magicTarget selector:@selector(LMTimerStarAction:) userInfo:nil repeats:YES];
    magicTarget.timer = timer;
    return  timer;
}
@end
  1. 第二个问题，精度问题。NSTimer其实就是 CFRunLoopTimerRef，他们之间是 toll-free bridged 的，一个timer注册好后，RunLoop会在其重复的时间点注册事件，但是如果这个时候RunLoop正在处理一个其他任务的时候，错过了该事件点，则该次不会执行timer的事件源，会跳过当前时间点，直到下一个时间点才执行该timer的事件源。所以timer会有一个Tolerance的属性，这属性就是宽容度，该属性标记当时间点到了后，容许有多少的误差。

CADisplayLink是一个以屏幕刷新频率同步的计时器。以下是创建方法：

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创建方法
self.displayLink = [CADisplayLink displayLinkWithTarget:self selector:@selector(handleDisplayLink:)];    
[self.displayLink addToRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
停止方法
[self.displayLink invalidate];  
self.displayLink = nil;

CADisplayLink的计算时间并不依靠RunLoop，当一个屏幕刷新完成时候则会通知RunLoop给对应的target执行action。但是CADisplayLink依然会有精度的问题，当两次界面刷新之间执行了一次长任务的时候，那就会有一帧被跳过去，也就是所谓的掉帧，那相应的此次也不会调用target的action。

GCD

GCD提供了一个计时的方法，GCD定时器的底层是由XNU内核中的select方法实现的。具体的代码如下：

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dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
    self.timer = dispatch_source_create(DISPATCH_SOURCE_TYPE_TIMER, 0, 0, queue);
    dispatch_source_set_timer(self.timer, DISPATCH_TIME_NOW , 1 * NSEC_PER_SEC, 0 * NSEC_PER_SEC);
    dispatch_source_set_event_handler(self.timer, ^{
        NSLog(@"GCD");
    });
    //开启定时器
    dispatch_resume(self.timer);
    
    //销毁定时器
    dispatch_source_cancel(self.timer);
    self.timer = nil;

总结

如果是对时间的要求不精确的计算，可以使用NSTimer，如果是对时间比较精确的，可以使用GCD提供的倒计时方法。如果是实现动画，需要高频率的绘制，可以使用CADisplayLink。

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