深入学习iOS定时器

sweet说好的幸福

发布于 2020-12-23 10:12:32

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发布于 2020-12-23 10:12:32

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定时器，用来延迟或重复执行某些方法，例如：网络定时刷新，UI间隔刷新，动画效果......iOS中的定时器大致分为这几类： <pre> NSObject GCD定时器 NSTimer CADisplayLink </pre>

RunLoop

在讲解定时器之前，先普及下RunLoop的基本知识。传送门: iOS - RunLoop 深入理解感谢ibireme整理了一份完整讲解，从 CFRunLoop 的源码入手，介绍 RunLoop 的概念以及底层实现原理。在此，总结性的介绍下。

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 Loop。 Event Loop 在很多系统和框架里都有实现，比如 Node.js 的事件处理，比如 Windows 程序的消息循环，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。苹果不允许直接创建 RunLoop，需要类似像主线程调用一样调用，即[NSRunLoop mainRunLoop]，在 CoreFoundation 里面关于 RunLoop 有5个类:

CFRunLoopRef
CFRunLoopModeRef
CFRunLoopSourceRef
CFRunLoopTimerRef
CFRunLoopObserverRef

其中CFRunLoopTimerRef 是基于时间的触发器，其包含一个时间长度和一个回调（函数指针）。当其加入到 RunLoop 时，RunLoop会注册对应的时间点，当时间点到时，RunLoop会被唤醒以执行那个回调。后面要讲的NSTimer 其实就是 CFRunLoopTimerRef。

NSObject

iOS框架图在object-c中，绝大部分类的基类都是NSObject，使用NSObject延迟执行也被用于网络定时刷新，配套使用代码cancelPreviousPerformRequestsWithTarget与performSelector，相对而言比较简洁。当然NSObject与RunLoop之间的联系远不只于此，例如事件响应和手势识别，就不做展开。

- (void)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(nullable id)anArgument afterDelay:(NSTimeInterval)delay;
+ (void)cancelPreviousPerformRequestsWithTarget:(id)aTarget selector:(SEL)aSelector object:(nullable id)anArgument;

当调用 NSObject 的 performSelecter:afterDelay: 后，实际上其内部会创建一个 Timer 并添加到当前线程的 RunLoop 中。所以如果当前线程没有 RunLoop，则这个方法会失效。当调用 performSelector:onThread: 时，实际上其会创建一个 Timer 加到对应的线程去，同样的，如果对应线程没有 RunLoop 该方法也会失效。当调用 cancelPreviousPerformRequestsWithTarget时，实际上就是讲Timer 从RunLoop中移除。

GCD

GCD定时器其实是一种特殊的分派源，它是基于分派队列的，而NSTimer是基于运行循环的，所以，尤其是在多线程中，GCD定时器要比NSTimer好用的多。另外，GCD定时器使用dispatch_block_t，而不是方法选择器，也就是说GCD实现的定时器是不受RunLoop约束。实际上 RunLoop 底层也会用到 GCD 的东西，在<pre>CFRrunLoop.c</pre>中我们能发现引用了<pre>#include <dispatch/dispatch.h></pre>，例如RunLoop 的超时时间就是使用 GCD 中的 dispatch_source_t来实现的，摘自 __CFRunLoopRun中的源码：

 dispatch_source_t timeout_timer = NULL;
    struct __timeout_context *timeout_context = (struct __timeout_context *)malloc(sizeof(*timeout_context));
    if (seconds <= 0.0) { // instant timeout
        seconds = 0.0;
        timeout_context->termTSR = 0ULL;
    } else if (seconds <= TIMER_INTERVAL_LIMIT) { //超时时间在最大限制内，才创建timeout_timer
        dispatch_queue_t queue = pthread_main_np() ? __CFDispatchQueueGetGenericMatchingMain() : __CFDispatchQueueGetGenericBackground();
        timeout_timer = dispatch_source_create(DISPATCH_SOURCE_TYPE_TIMER, 0, 0, queue);
            dispatch_retain(timeout_timer);
        timeout_context->ds = timeout_timer;
        timeout_context->rl = (CFRunLoopRef)CFRetain(rl);
        timeout_context->termTSR = startTSR + __CFTimeIntervalToTSR(seconds);
        dispatch_set_context(timeout_timer, timeout_context); // source gets ownership of context
        dispatch_source_set_event_handler_f(timeout_timer, __CFRunLoopTimeout);
        dispatch_source_set_cancel_handler_f(timeout_timer, __CFRunLoopTimeoutCancel);
        uint64_t ns_at = (uint64_t)((__CFTSRToTimeInterval(startTSR) + seconds) * 1000000000ULL);
        dispatch_source_set_timer(timeout_timer, dispatch_time(1, ns_at), DISPATCH_TIME_FOREVER, 1000ULL);
        dispatch_resume(timeout_timer);
    } else { // infinite timeout
        seconds = 9999999999.0;
        timeout_context->termTSR = UINT64_MAX;
    }

在GCD API 记录（三）中的 dispatch_source中的timer中有详细讲解。但同时 GCD 提供的某些接口也用到了 RunLoop，例如 dispatch_async()。当调用 dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), block) 时，libDispatch 会向主线程的 RunLoop 发送消息，RunLoop会被唤醒，并从消息中取得这个 block，并在回调 CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE() 里执行这个 block。

GCD定时器实现：

执行一次

double delayTimer = 1.0;    
dispatch_time_t popTime = dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, delayTimer * NSEC_PER_SEC);   
 dispatch_after(popTime, dispatch_get_main_queue(), ^(void){ 
          //do
});

重复执行

NSTimeInterval delayTimer = 1.0;     
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);    
dispatch_source_t _timer = dispatch_source_create(DISPATCH_SOURCE_TYPE_TIMER, 0, 0, queue);    dispatch_source_set_timer(_timer, dispatch_walltime(NULL, 0), delayTimer * NSEC_PER_SEC, 0);     
dispatch_source_set_event_handler(_timer, ^{   
       //do    
});
 dispatch_resume(_timer);

NSTimer

在介绍RunLoop时已经提到过:NSTimer 其实就是 CFRunLoopTimerRef。他们之间是 toll-free bridged 的。一个 NSTimer 注册到 RunLoop 后，RunLoop 会为其重复的时间点注册好事件。例如 10:00, 10:10, 10:20 这几个时间点。RunLoop为了节省资源，并不会在非常准确的时间点回调这个Timer。Timer 有个属性叫做 Tolerance (宽容度)，标示了当时间点到后，容许有多少最大误差。如果某个时间点被错过了，例如执行了一个很长的任务，则那个时间点的回调也会跳过去，不会延后执行。就比如等公交，如果 10:10 时我忙着玩手机错过了那个点的公交，那我只能等 10:20 这一趟了。

使用方法：

创建方法

  NSTimer *timer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1.0 target:self selector:@selector(action:) userInfo:nil repeats:NO];
[[NSRunLoop mainRunLoop] addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode];

其中， TimerInterval : 执行之前等待的时间。比如设置成1.0，就代表1秒后执行方法 target : 需要执行方法的对象。 selector : 需要执行的方法 repeats : 是否需要循环

结束方法

[timer invalidate];

CADisplayLink

简单地说，CADisplayLink就是一个定时器，保持跟屏幕刷新率相同的频率刷新。虽然CADisplayLink使用场合相对专一，只适合做UI的不停重绘，但并不妨碍他成为很多高手热爱的技巧之一。在做精细的动画效果时，CADisplayLink将是一个很好的助手，例如自定义动画引擎或者视频播放的渲染；类似于siri语音输入效果就用到了CADisplayLink；很多模仿wave效果也多采用CADisplayLink刷新界面。 iOS设备的屏幕刷新频率是固定的，我们在使用时不用关心屏幕的刷新频率，因为它本身就是跟屏幕刷新同步的。CADisplayLink在正常情况下会在每次刷新结束都被调用，精确度相当高。

属性

timestamp：只读，屏幕显示的上一帧的时间戳，timestamp = duration * frameInterval。
duration：只读，系统屏幕每次刷新的时间戳，在target的selector被首次调用以后被系统赋值。
targetTimestamp：只读
paused：读写，控制CADisplayLink的运行，即暂停操作。结束一个CADisplayLink实例需要调用invalidate从runloop删除
frameInterval：读写，标识间隔多少帧调用一次selector 方法，默认为1，即每帧都调用一次。对于iOS设备来说那刷新频率就是60HZ也就是每秒60次，如果将 frameInterval 设为2 那么就会两帧调用一次，也就是变成了每秒刷新30次。
preferredFramesPerSecond：

使用方法：

创建方法

  CADisplayLink *timer = [CADisplayLink displayLinkWithTarget:self selector:@selector(wave)];
    [timer addToRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSRunLoopCommonModes];