RunLoop ใน iOS: คืออะไร โหมดการทำงาน และวงจรเหตุการณ์

RunLoop คืออะไร

RunLoop — คือออบเจ็กต์โครงสร้างพื้นฐานของ Core Foundation ที่จัดระเบียบการประมวลผลเหตุการณ์บนเธรด โดยสาระสำคัญแล้วมันคือลูปอนันต์ (while true) ที่รอการมาถึงของเหตุการณ์ (sources) และส่งต่อไปยังตัวจัดการ เมื่อไม่มีเหตุการณ์ RunLoop จะทำให้เธรดเข้าสู่โหมดพัก (sleep) เพื่อประหยัดพลังงานแบตเตอรี่ เมื่อมีเหตุการณ์มา เธรดจะถูกปลุก ประมวลผลเหตุการณ์ และกลับเข้าสู่โหมดพักอีกครั้ง RunLoop มีอยู่ใน iOS/macOS เท่านั้น (XNU + Core Foundation) — ใน Android บทบาทนี้ดำเนินการโดย Looper

แต่ละเธรดมี RunLoop ไม่เกินหนึ่งตัว ซึ่งถูกสร้างแบบ lazy เมื่อมีการเรียกครั้งแรก สำหรับ Main Thread RunLoop จะถูกสร้างโดยอัตโนมัติเมื่อเปิดแอปพลิเคชัน สำหรับเธรดพื้นหลัง RunLoop จะไม่ถูกสร้างจนกว่าจะเรียก CFRunLoopGetCurrent() หรือ RunLoop.current RunLoop หลักของแอปพลิเคชันมีหน้าที่ประมวลผลเหตุการณ์สัมผัส การเรนเดอร์หน้าจอ การเรียกใช้บล็อก DispatchQueue.main และการดูแลเลเยอร์ Core Animation

RunLoop ไม่ใช่เธรด — เป็นกลไกภายในเธรด เธรดสามารถดำรงอยู่ได้โดยไม่มี RunLoop (ถ้าทำงานแบบซิงโครนัสและสิ้นสุด) แต่ RunLoop ไม่สามารถดำรงอยู่ได้โดยไม่มีเธรด เมื่อเธรดที่มี RunLoop ทำงานอยู่ไม่มีเหตุการณ์ มันจะไม่บล็อก CPU แต่อยู่ในสถานะรอ (waiting) — นี่คือความแตกต่างหลักจากลูป busy-wait ที่ใช้ CPU 100%

RunLoop ทำงานอย่างไร: กายวิภาคของวงจรเหตุการณ์

RunLoop ประมวลผลแหล่งเหตุการณ์สองประเภท: Input Sources (แหล่งข้อมูลนำเข้า) และ Timer Sources (ตัวจับเวลา) Input Sources ส่งเหตุการณ์แบบอะซิงโครนัส: การสัมผัส การเคลื่อนไหวของเมาส์ ข้อมูลจากซ็อกเก็ต ข้อความจากเธรดอื่น (performSelector:onThread:) Timer Sources ส่งเหตุการณ์แบบซิงโครนัสตามกำหนดเวลา: NSTimer, CADisplayLink นอกจากนี้ยังมี Observer — จุดเข้าสำหรับตรวจสอบสถานะของ RunLoop

วงจรของ RunLoop ประกอบด้วยเฟสตามลำดับ: เข้าสู่โหมด (kCFRunLoopEntry), การประมวลผล timer (kCFRunLoopBeforeTimers), การประมวลผลแหล่งข้อมูลนำเข้า (kCFRunLoopBeforeSources), การประมวลผลแหล่งที่มา (kCFRunLoopAfterWaiting), การรอ (sleep), การออกจากโหมด (kCFRunLoopExit) หากไม่มีเหตุการณ์ใดถูกประมวลผลในการวนซ้ำปัจจุบัน RunLoop จะทำให้เธรดเข้าสู่โหมดพักเป็นระยะเวลาไม่จำกัดจนกว่าจะถูกปลุกด้วยเหตุการณ์ใหม่

import Foundation

// การสาธิตเฟสของ RunLoop ผ่าน Observer
func observeRunLoopActivities() {
    let observer = CFRunLoopObserverCreateWithHandler(
        nil,
        CFOptionFlags([[.entry, .beforeTimers, .beforeSources,
                           .afterWaiting, .exit]]),
        true,           // repeats
        0               // priority
    ) { observer, activity in
        switch activity {
        case .entry:
            print("Entry — RunLoop ถูกเปิดใช้งาน")
        case .beforeTimers:
            print("BeforeTimers — การประมวลผล timer")
        case .beforeSources:
            print("BeforeSources — การประมวลผลแหล่งที่มา")
        case .afterWaiting:
            print("AfterWaiting — การปลุกหลังจากพัก")
        case .exit:
            print("Exit — RunLoop สิ้นสุด")
        default:
            break
        }
    }

    CFRunLoopAddObserver(
        CFRunLoopGetCurrent(),
        observer,
        .commonModes
    )
}

// ตัวอย่าง: RunLoop ประมวลผล timer บนเธรดหลัก
func timerOnMainRunLoop() {
    Timer.scheduledTimer(withTimeInterval: 1.0, repeats: true) { timer in
        print("Tick: \(Date())")
    }

    // RunLoop.current.run() บน Main Thread ถูกเรียกโดย UIApplicationMain
    // โดยอัตโนมัติ — ไม่จำเป็นต้องเริ่มด้วยตนเอง
    RunLoop.current.run() // การเรียกนี้จะไม่กลับมาที่ Main Thread
}

ตัวอย่าง observeRunLoopActivities ลงทะเบียน Observer บน RunLoop หลักที่บันทึกแต่ละเฟสของวงจร ซึ่งมีประโยชน์สำหรับการดีบัก: หากคุณเห็นช่วงเวลาที่ยาวนานระหว่าง .beforeTimers และ .afterWaiting หมายความว่า RunLoop ถูกบล็อกโดยการดำเนินการบน Main Thread timerOnMainRunLoop แสดงให้เห็นว่า NSTimer ทำงานโดยอัตโนมัติบน RunLoop หลักอย่างไร — เมื่อสร้าง Timer.scheduledTimer timer จะถูกเพิ่มใน RunLoop ปัจจุบันในโหมดเริ่มต้น (.default mode)

RunLoop vs Looper (Android)

Android Looper — คือสิ่งที่คล้ายกับ RunLoop Looper.prepare() สร้างคิวข้อความ (MessageQueue) บนเธรด Looper.loop() เริ่มลูปประมวลผลอนันต์ Handler ส่งข้อความและ Runnable ไปยังคิวนี้ ความแตกต่างหลัก: RunLoop รองรับโหมด (modes) ในขณะที่ Android Looper ไม่รองรับ Looper ประมวลผลข้อความทั้งหมดโดยไม่มีการกรองตามโหมด ซึ่งทำให้เรียบง่ายกว่าแต่ยืดหยุ่นน้อยกว่าสำหรับสถานการณ์ที่มีลำดับความสำคัญ (เช่น การสกรอลล์ใน iOS จะถูกประมวลผลในโหมด .tracking แยกจากเหตุการณ์อื่น)

โหมด RunLoop: default, tracking, common

RunLoop Mode — คือชุดของแหล่งที่มา timer และผู้สังเกตการณ์ที่ทำงานอยู่ในขณะนั้น โหมดช่วยให้แยกการประมวลผลเหตุการณ์ตามลำดับความสำคัญ เมื่อผู้ใช้สกรอลล์ UITableView RunLoop จะสลับไปยังโหมด .tracking ซึ่งจะประมวลผลเฉพาะเหตุการณ์สกรอลล์และ timer/แอนิเมชันที่เกี่ยวข้องเท่านั้น แหล่งที่มาอื่นๆ ทั้งหมด (เช่น NSURLConnection) จะถูกหยุดชั่วคราวจนกว่าจะออกจากโหมดสกรอลล์

สามโหมดหลัก: .default (NSDefaultRunLoopMode) — โหมดหลักที่ประมวลผลเหตุการณ์ทั้งหมดยกเว้นการสกรอลล์; .tracking (UITrackingRunLoopMode) — เปิดใช้งานเมื่อสกรอลล์หรือนำทางด้วยท่าทาง; .common (NSRunLoopCommonModes) — ไม่ใช่โหมดแยก แต่เป็นชุดนามแฝงที่รวม .default + .tracking การเพิ่มแหล่งที่มาใน .commonModes จะเพิ่มโดยอัตโนมัติในทุกโหมดของชุด

ทำไม NSTimer ถึงไม่ทำงานระหว่างการสกรอลล์

ปัญหาคลาสสิก: NSTimer ที่เพิ่มในโหมด .default จะหยุดทำงานระหว่างการสกรอลล์เพราะ RunLoop สลับไปยังโหมด .tracking และไม่ประมวลผล timer จาก .default วิธีแก้ไข — เพิ่ม timer ใน .commonModes: RunLoop.current.add(timer, forMode: .common) ซึ่งจะทำให้ Timer ทำงานทั้งใน .default และ .tracking ทางเลือกอื่น — ใช้ DispatchQueue.main.async แทน NSTimer เนื่องจาก GCD ทำงานในระดับเธรด ไม่ใช่โหมด RunLoop

RunLoop ในเธรดพื้นหลัง

เธรดพื้นหลัง ไม่มี RunLoop โดยค่าเริ่มต้น หากในเธรดพื้นหลังจำเป็นต้องเรียกใช้ NSTimer ประมวลผล NSInputStream/NSOutputStream หรือตอบสนองต่อ performSelector: ต้องสร้างและเริ่ม RunLoop ด้วยตนเอง หากไม่มี RunLoop timer และ performSelector: จะไม่มีวันทำงาน — เธรดจะเรียกใช้โค้ดและสิ้นสุดลงโดยไม่รอเหตุการณ์

ในการสร้าง RunLoop ในเธรดพื้นหลัง เพียงเรียก RunLoop.current.run() ที่ส่วนท้ายของการทำงานของเธรด การเรียกนี้จะบล็อกเธรดอย่างไม่มีกำหนดเพื่อประมวลผลเหตุการณ์ ในการหยุด ให้ใช้ CFRunLoopStop(CFRunLoopGetCurrent()) สิ่งสำคัญ: RunLoop.current สร้าง RunLoop แบบ lazy ในการเรียกครั้งแรก — ถ้าไม่เรียก run() มันจะไม่ประมวลผลเหตุการณ์ รูปแบบ: การกำหนดค่าแหล่งที่มา -> เพิ่มใน RunLoop -> เรียก run()

import Foundation

// เธรดพื้นหลังที่มี RunLoop ของตัวเอง
class BackgroundRunLoopManager {

    private let thread: Thread
    private var isRunning = false

    init() {
        thread = Thread { [weak self] in
            // RunLoop ถูกสร้างโดยอัตโนมัติเมื่อเรียก RunLoop.current
            let runLoop = RunLoop.current

            // เราเพิ่ม Port ว่างเพื่อให้ RunLoop ทำงานอยู่
            runLoop.add(Port(), forMode: .default)

            // เริ่มการประมวลผลเหตุการณ์
            var isFinished = false
            while !isFinished {
                // run(mode:before:) คืนค่า true ถ้าประมวลผลเหตุการณ์แล้ว
                isFinished = !runLoop.run(mode: .default, before: Date.distantFuture)
            }
        }
        thread.name = "com.app.background-runloop"
    }

    func start() {
        thread.start()
        isRunning = true
    }

    func stop() {
        // การหยุด RunLoop บนเธรดพื้นหลัง
        self.perform(
            #selector(BackgroundRunLoopManager.stopRunLoop),
            on: thread,
            with: nil,
            waitUntilDone: false
        )
    }

    @objc
    private func stopRunLoop() {
        CFRunLoopStop(CFRunLoopGetCurrent())
        isRunning = false
    }
}

// การใช้งาน: timer บน RunLoop พื้นหลัง
let manager = BackgroundRunLoopManager()
manager.start()

// การส่งงานไปยัง RunLoop พื้นหลังผ่าน performSelector
manager.perform(
    #selector(BackgroundRunLoopManager.backgroundTask),
    on: manager.thread,
    with: nil,
    waitUntilDone: false
)

BackgroundRunLoopManager สร้างเธรดพื้นหลังที่มี RunLoop ถาวร การเพิ่ม Port() ว่างเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้ RunLoop ไม่สิ้นสุดทันที — หากไม่มีแหล่งที่มา RunLoop.run() จะคืนค่า false และออก performSelector:onThread: ส่งข้อความไปยัง RunLoop พื้นหลัง — มันจะถูกประมวลผลเมื่อ RunLoop เข้าสู่เฟส BeforeSources Stop เรียก CFRunLoopStop บนเธรดพื้นหลังเพื่อสิ้นสุดวงจร

NSTimer, CADisplayLink และ RunLoop

NSTimer สร้างเหตุการณ์ timer ที่ RunLoop ประมวลผลในเฟส BeforeTimers timer มีทั้งแบบ repeating (ทำซ้ำ) และ non-repeating (ครั้งเดียว) NSTimer ไม่รับประกันความแม่นยำ: ถ้า RunLoop ถูกบล็อกโดยการดำเนินการที่ยาวนาน timer จะทำงานหลังจากปลดบล็อก และการทำงานที่พลาดทั้งหมดจะรวมเป็นการทำงานเดียว (สำหรับ repeating timer — ไม่เกินหนึ่งการทำงานที่ “ตามทัน”)

CADisplayLink — timer เฉพาะทางที่ซิงค์กับอัตราการรีเฟรชหน้าจอ (60/120/144 Hz) ใช้สำหรับแอนิเมชันและการอัปเดตวิดีโอ CADisplayLink ถูกเพิ่มใน RunLoop และทำงานก่อนทุกเฟรมการเรนเดอร์ (ก่อนที่ Core Animation จะส่งเลเยอร์ไปเรนเดอร์) หากเฟรมถูกข้าม (display link ไม่สามารถทำงานใน 16 ms) การเรียกครั้งถัดไปจะเกิดขึ้นในรอบ VSync ถัดไป

import UIKit

class AnimationController {

    private var displayLink: CADisplayLink?
    private var displayLinkTimer: Timer?
    private var startTime: CFTimeInterval = 0

    // CADisplayLink — แอนิเมชันกับ vsync
    func startDisplayLinkAnimation() {
        displayLink = CADisplayLink(target: self,
                                       selector: #selector(step))
        // การเพิ่มในโหมด .common — ทำงานแม้ระหว่างสกรอลล์
        displayLink?.add(to: .current, forMode: .common)
        startTime = CACurrentMediaTime()
    }

    @objc
    private func step(displayLink: CADisplayLink) {
        let elapsed = CACurrentMediaTime() - startTime
        // เรียกทุกเฟรม (60 FPS → ทุก 16.6 มิลลิวินาที)
        print("Frame at \(elapsed) seconds")

        if elapsed > 5.0 {
            displayLink.invalidate() // หยุดหลังจาก 5 วินาที
        }
    }

    // NSTimer — งานเป็นระยะ
    func startTimerInCommonMode() {
        displayLinkTimer?.invalidate()
        displayLinkTimer = Timer.scheduledTimer(
            withTimeInterval: 1.0,
            repeats: true
        ) { [weak self] timer in
            print("Timer tick")
        }

        // สำคัญ: เราเพิ่มใน .common มิฉะนั้น timer จะหยุดทำงานเมื่อสกรอลล์
        RunLoop.current.add(displayLinkTimer!, forMode: .common)
    }

    func stop() {
        displayLink?.invalidate()
        displayLinkTimer?.invalidate()
    }
}

ใน AnimationController CADisplayLink ถูกเพิ่มในโหมด .common ซึ่งรับประกันว่า step จะถูกเรียกในทุกเฟรมโดยไม่ขึ้นกับการสกรอลล์ displayLink.add(to: .current, forMode: .common) — รูปแบบมาตรฐานสำหรับแอนิเมชันที่ไม่ควรถูกขัดจังหวะระหว่างการสกรอลล์ NSTimer ถูกเพิ่มในโหมด .common เพื่อให้ทำงานระหว่างการสกรอลล์ หากไม่มีสิ่งนี้ timer จะทำงานเฉพาะในโหมด .default

RunLoop Observers: การตรวจสอบเหตุการณ์ของวงจร

CFRunLoopObserver — กลไกสำหรับตรวจสอบเฟสของ RunLoop ด้วย Observer คุณสามารถรับการแจ้งเตือนเกี่ยวกับการเข้าสู่โหมด การเริ่มต้นประมวลผล timer การเริ่มต้นประมวลผลแหล่งที่มา การปลุกหลังพัก การออกจากโหมด Observer ถูกใช้โดยเฟรมเวิร์กสำหรับความต้องการของตนเอง: Core Animation ใช้สำหรับเรนเดอร์เลเยอร์ก่อน RunLoop พัก UIKit ใช้สำหรับอัปเดตเลย์เอาต์หลังประมวลผลเหตุการณ์

นักพัฒนายังสามารถเพิ่ม Observer สำหรับวัตถุประสงค์ของตนเองได้ เช่น การวัดเวลาประมวลผลเหตุการณ์ (profiling) การดำเนินการที่ถูกเลื่อนออกไปก่อน RunLoop พัก (เมื่อ UI ได้รับการอัปเดตแล้วและผู้ใช้ไม่ได้โต้ตอบ) การบันทึกข้อมูลอัตโนมัติเมื่อไม่มีการใช้งานเป็นเวลานาน Observer ลงทะเบียนผ่าน CFRunLoopAddObserver โดยระบุโหมดและ bit mask ของกิจกรรมที่ตรวจสอบ

จุดที่มีประโยชน์ที่สุดสำหรับ Observer: .afterWaiting — ทำงานหลังจาก RunLoop ถูกปลุกและสามารถมีโค้ดที่ควรทำงานหลังจากการประมวลผลเหตุการณ์; .beforeTimers — ก่อนการประมวลผล timer ช่วยให้วัดเวลาที่ผ่านไปตั้งแต่การประมวลผลครั้งก่อน; .exit — ทำงานเมื่อ RunLoop หยุด มีประโยชน์สำหรับการล้างทรัพยากรของเธรดพื้นหลัง

CFRunLoopStop และการสิ้นสุดวงจร

CFRunLoopStop — ฟังก์ชันที่บังคับให้สิ้นสุดการวนซ้ำปัจจุบันของ RunLoop เมื่อเรียก CFRunLoopStop(CFRunLoopGetCurrent()) RunLoop จะสิ้นสุดการประมวลผลเหตุการณ์ปัจจุบันและออกจาก run() โดยคืนค่า false นี่คือวิธีมาตรฐานในการหยุด RunLoop บนเธรดพื้นหลัง บน Main Thread ไม่แนะนำให้ใช้ CFRunLoopStop — RunLoop หลักควรทำงานตลอดอายุของแอปพลิเคชัน สำหรับเธรดพื้นหลัง หลังจาก CFRunLoopStop เธรดอาจสิ้นสุดหรือดำเนินการโค้ดถัดไปหลังจาก run() ต่อไป