RunLoop的定義與概念

RunLoop的主要作用

main函數中的RunLoop

RunLoop與線程的關系

RunLoop的消息種類

RunLoop的對外接口

RunLoop的mode

RunLoop的內部邏輯

RunLoop在iOS中內部的應用

RunLoop在iOS開發中的實踐

總結

參考文獻

RunLoop的定義與概念

• 顧名思義 RunLoop， 就是一個在Run的loop，就是一個一直在跑的圈。其本質就是無休止的while循環。一般的程序都是執行完任務后便結束。但由于手機應用的特殊性，在其不執行任務時，也不能將其殺死，而是暫時休眠狀態，直到有外部或內部因素將其喚醒，繼續run。直到用戶手動將該程序徹底關閉。
• 這種模型通常被稱作 Event Loop。 Event Loop 在很多系統和框架里都有實現，比如 Node.js 的事件處理，比如 Windows 程序的消息循環，再比如 OSX/iOS 里的 RunLoop。實現這種模型的關鍵點在于：如何管理事件/消息，如何讓線程在沒有處理消息時休眠以避免資源占用、在有消息到來時立刻被喚醒。
• RunLoop 實際上就是一個對象，這個對象管理了其需要處理的事件和消息，并提供了一個入口函數來執行上面 Event Loop 的邏輯。線程執行了這個函數后，就會一直處于這個函數內部 “接受消息->等待->處理” 的循環中，直到這個循環結束（比如傳入 quit 的消息），函數返回。
• 程序例程如下：

    // 無Runloop，程序執行完后，直接返回
int main(int argc,char * argv[]){
        NSLog(@"execute main function");---->程序開始
        return 0; ------------------------->程序結束
}
// 有Runloop
int main(int argc,char * argv[]){
        BOOL running = YES; -------->程序開始
        do {------------------------------
    // 執行各種任務，處理各種事件------持續運行
        }while(running);---------------------
        return 0;
}

• OSX/iOS 系統中，提供了兩個這樣的對象：NSRunLoop 和 CFRunLoopRef。
  • CFRunLoopRef 是在 CoreFoundation 框架內的，它提供了純 C 函數的 API，所有這些 API 都是線程安全的。
  • NSRunLoop 是基于 CFRunLoopRef 的封裝，提供了面向對象的 API，但是這些 API 不是線程安全的。

RunLoop的主要作用

• 使程序一直運行并接收用戶的輸入
• 決定程序在何時處理哪些事件
• 調用解耦（主調方產生很多事件，不用等到被調方處理完事件之后，才能執行其他操作）
• 節省CPU時間（當程序啟動后，什么都沒有執行的話，就不用讓CPU來消耗資源來執行，直接進入睡眠狀態）

main函數中的RunLoop

• 由于手機應用的特殊性，所以在iOS程序中，main 函數內部也啟動了一個RunLoop
• 程序如下

int main(int argc, char * argv[]) {
  @autoreleasepool {
      return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
  }
}

• 其中 UIApplicationMain 函數內部幫我們開啟了主線程的 RunLoop ， UIApplicationMain 內部擁有一個無線循環的代碼。這個 UIApplicationMain 函數幫我們啟動的 RunLoop 屬于程序的主線程所有，所以我們不需要再為主線程開啟 RunLoop。由于我們的程序在主線程上擁有一個 RunLoop ，所以我們將程序打開后，執行完它所需要的任務后，不一定非要退出程序，而是可以選擇將其后臺掛起。一切都是因為 主線程上RunLoop 的關系，我們的程序才可以長時間持續運行。

RunLoop與線程的關系

• RunLoop 與線程可以說是一一對應的關系。但是不一定一定是一對一，有可能是0對1。因為只有在主線程中，我們的iOS程序幫助我們開啟了 RunLoop。而在我們自己定義或系統幫我們開啟的子線程中，如果我們不顯式的“創建” RunLoop ,我們的子線程就沒有Runloop。這里所謂的“創建”，并不是直接創建 RunLoop ，而是通過調用獲取 RunLoop 的方法來完成 RunLoop 的創建，因為在 RunLoop 的內部，實際上是通過懶加載方法創建的。這也是我們如果不調用 獲取 方法，就不會獲得 RunLoop 的原因。
• RunLoop 的創建是發生在第一次獲取時，RunLoop 的銷毀是發生在線程結束時。你只能在一個線程的內部獲取其 RunLoop（主線程除外）。
• 獲取 Runloop 的方法如下：

  • 在 Core Foundation 中

    • CFRunLoopGetMain() // 獲取主線程的Runloop
    • CFRunLoopGetCurrent() // 獲取當前線程的Runloop

  • 在 Cocoa 中

    • [NSRunLoop currentRunLoop]

  • CFRunLoopRef 和 NSRunLoop 可以轉化, NSRunLoop 使用 getCFRunLoop方法就可以得到 CFRunLoopRef 對象

• 示例代碼如下：

/// 全局的Dictionary，key 是 pthread_t， value 是 CFRunLoopRef
static CFMutableDictionaryRef loopsDic;
/// 訪問 loopsDic 時的鎖
static CFSpinLock_t loopsLock;
 
/// 獲取一個 pthread 對應的 RunLoop。
CFRunLoopRef _CFRunLoopGet(pthread_t thread) {
    OSSpinLockLock(&loopsLock);
    
    if (!loopsDic) {
        // 第一次進入時，初始化全局Dic，并先為主線程創建一個 RunLoop。
        loopsDic = CFDictionaryCreateMutable();
        CFRunLoopRef mainLoop = _CFRunLoopCreate();
        CFDictionarySetValue(loopsDic, pthread_main_thread_np(), mainLoop);
    }
    
    /// 直接從 Dictionary 里獲取。
    CFRunLoopRef loop = CFDictionaryGetValue(loopsDic, thread));
    
    if (!loop) {
        /// 取不到時，創建一個
        loop = _CFRunLoopCreate();
        CFDictionarySetValue(loopsDic, thread, loop);
        /// 注冊一個回調，當線程銷毀時，順便也銷毀其對應的 RunLoop。
        _CFSetTSD(..., thread, loop, __CFFinalizeRunLoop);
    }
    
    OSSpinLockUnLock(&loopsLock);
    return loop;
}
CFRunLoopRef CFRunLoopGetMain() {
    return _CFRunLoopGet(pthread_main_thread_np());
}
 
CFRunLoopRef CFRunLoopGetCurrent() {
    return _CFRunLoopGet(pthread_self());
}

• 由代碼可以看出，RunLoop 實際上是由字典來進行保存的，這也更加印證了 RunLoop 與線程之間一一對應的關系。

RunLoop的消息種類

• 這是apple官方文檔的一張圖, 表示了Runloop的消息種類。

  
  
  Runloop的消息種類

• 這張圖我也沒有特別看懂，主要是講的Runloop的兩種輸入源。官方文檔的解釋是

  • InputSources : 用來投遞異步消息,通常消息來自另外的線程或者程序.在接受到消息并調用指定的方法時,線程對應的 NSRunLoop 對象會通過執行 runUntilDate:方法來退出.
  • Timer Source: 用來投遞 timer 事件(Schedule 或者 Repeat)中的同步消息.在消息處理時,并不會退出 RunLoop.
    RunLoop 除了處理以上兩種 Input Soruce,它也會在運行過程中生成不同的 notifications,標識 runloop 所處的狀態,因此可以給 RunLoop 注冊觀察者 Observer,以便監控 RunLoop 的運行過程,并在 RunLoop 進入某些狀態時候進行相應的操作, Apple 只提供了 Core Foundation 的 API來給 RunLoop 注冊觀察者Observer.

RunLoop的對外接口

• 在 CoreFoundation 里面關于 RunLoop 有5個類:
  • CFRunLoopRef
  • CFRunLoopModeRef
  • CFRunLoopSourceRef
  • CFRunLoopTimerRef
  • CFRunLoopObserverRef

• 其中 CFRunLoopModeRef 類并沒有對外暴露，只是通過 CFRunLoopRef 的接口進行了封裝。他們的關系如下:

  
  
  Runloop的包含元素
• 由圖片可以看出，一個 Runloop 中，含有數個 mode ，而其中每個 mode 又包含數個 source， observer， timer。每次調用 RunLoop 的主函數時，只能指定其中一個 Mode，這個Mode被稱作 CurrentMode。如果需要切換 Mode，只能退出 Loop，再重新指定一個 Mode 進入。這樣做主要是為了分隔開不同組的 Source/Timer/Observer，讓其互不影響。
• 在這里需要注意的是，在輔助線程啟動 runloop 之前, 你必須至少在其中添加一個 input source 或者 timer（詳見第三章 Runloop的消息種類）. 如果一個 runloop 中沒有一個事件源sources, runloop 會在你啟動它以后立即退出.
• 在添加了 source 以后,你可以給 runloop 添加 observers 來監測 runloop 的不同的執行的狀態.為了加入 observer, 你應該創建一個 CFRunLoopObserverRef,使用 CFRunLoopAddObserver 函數添加 observer 到你的 runloop.
• 下面來具體介紹 Runloop 對外提供的這幾種接口
  • CFRunLoopSourceRef 是事件產生的地方。Source有兩個版本：Source0 和 Source1。
    • Source0 只包含了一個回調（函數指針），它并不能主動觸發事件。使用時，你需要先調用 CFRunLoopSourceSignal(source)，將這個 Source 標記為待處理，然后手動調用 CFRunLoopWakeUp(runloop) 來喚醒 RunLoop，讓其處理這個事件。
    • Source1 包含了一個 mach_port（很重要的概念） 和一個回調（函數指針），被用于通過內核和其他線程相互發送消息。這種 Source 能主動喚醒 RunLoop 的線程，具體的請看下面的代碼。
  • CFRunLoopTimerRef 是基于時間的觸發器，它和 NSTimer 是toll-free bridged 的，可以混用。其包含一個時間長度和一個回調（函數指針）。當其加入到 RunLoop 時，RunLoop會注冊對應的時間點，當時間點到時，RunLoop會被喚醒以執行那個回調。
  • CFRunLoopObserverRef 是觀察者，每個 Observer 都包含了一個回調（函數指針），當 RunLoop 的狀態發生變化時，觀察者就能通過回調接受到這個變化。可以觀測的時間點有以下幾個：

    typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
    kCFRunLoopEntry         = (1UL << 0), // 即將進入Loop
    kCFRunLoopBeforeTimers  = (1UL << 1), // 即將處理 Timer
    kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2), // 即將處理 Source
    kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5), // 即將進入休眠 32
    kCFRunLoopAfterWaiting  = (1UL << 6), // 剛從休眠中喚醒 64
    kCFRunLoopExit          = (1UL << 7), // 即將退出Loop 128
};

• 上面的 Source/Timer/Observer 被統稱為 mode item，一個 item 可以被同時加入多個 mode。但一個 item 被重復加入同一個 mode 時是不會有效果的。如果一個 mode 中一個 item 都沒有，則 RunLoop 會直接退出，不進入循環。

RunLoop的mode

• CFRunLoopMode 和 CFRunLoop 的結構大致如下：

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
    ...
};

• 系統默認注冊了5個Mode:

  1. kCFRunLoopDefaultMode: App的默認 Mode，通常主線程是在這個 Mode 下運行的。
  2. UITrackingRunLoopMode: 界面跟蹤 Mode，用于 ScrollView 追蹤觸摸滑動，保證界面滑動時不受其他 Mode 影響。
  3. UIInitializationRunLoopMode: 在剛啟動 App 時第進入的第一個 Mode，啟動完成后就不再使用。
  4. GSEventReceiveRunLoopMode: 接受系統事件的內部 Mode，通常用不到。
  5. kCFRunLoopCommonModes: 這是一個占位的 Mode，沒有實際作用。

• 我們平時主要應用的 mode 有 kCFRunLoopDefaultMode 和 UITrackingRunLoopMode 兩種， 其中 kCFRunLoopDefaultMode(在cocoa中也叫NSDefaultRunLoopMode)是我們開啟一個 RunLoop 時默認的 mode 方式。 而 UITrackingRunLoopMode 主要是追蹤 ScrollView 滑動時的狀態。

• 這里有個概念叫 “CommonModes”：一個 Mode 可以將自己標記為”Common”屬性（通過將其 ModeName 添加到 RunLoop 的 “commonModes” 中）。每當 RunLoop 的內容發生變化時，RunLoop 都會自動將 _commonModeItems 里的 Source/Observer/Timer 同步到具有 “Common” 標記的所有Mode里。需要注意的是： “CommonModes”并不是一個真正的 mode ， 它實際上是一個 數組 里面放入了 kCFRunLoopDefaultMode 和 UITrackingRunLoopMode

• 應用場景舉例：主線程的 RunLoop 里有兩個預置的 Mode：kCFRunLoopDefaultMode 和 UITrackingRunLoopMode。這兩個 Mode 都已經被標記為”Common”屬性。DefaultMode 是 App 平時所處的狀態，UITrackingRunLoopMode 是追蹤 ScrollView 滑動時的狀態。當你創建一個 Timer 并加到 DefaultMode 時，Timer 會得到重復回調，但此時滑動一個TableView時，RunLoop 會將 mode 切換為 UITrackingRunLoopMode，這時 Timer 就不會被回調，并且也不會影響到滑動操作。有時你需要一個 Timer，在兩個 Mode 中都能得到回調，一種辦法就是將這個 Timer 分別加入這兩個 Mode。還有一種方式，就是將 Timer 加入到頂層的 RunLoop 的 “commonModeItems” 中。”commonModeItems” 被 RunLoop 自動更新到所有具有”Common”屬性的 Mode 里去。

• CFRunLoop對外暴露的管理 Mode 接口只有下面2個:

CFRunLoopAddCommonMode(CFRunLoopRef runloop, CFStringRef modeName);
CFRunLoopRunInMode(CFStringRef modeName, ...);

• Mode 暴露的管理 mode item 的接口有下面幾個

CFRunLoopAddSource(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopSourceRef source, CFStringRef modeName);
CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopObserverRef observer, CFStringRef modeName);
CFRunLoopAddTimer(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopTimerRef timer, CFStringRef mode);
CFRunLoopRemoveSource(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopSourceRef source, CFStringRef modeName);
CFRunLoopRemoveObserver(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopObserverRef observer, CFStringRef modeName);
CFRunLoopRemoveTimer(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopTimerRef timer, CFStringRef mode);

• 你只能通過 mode name 來操作內部的 mode，當你傳入一個新的 mode name 但 RunLoop 內部沒有對應 mode 時，RunLoop會自動幫你創建對應的 CFRunLoopModeRef。對于一個 RunLoop 來說，其內部的 mode 只能增加不能刪除。

RunLoop的內部邏輯

• 先放一張我認為非常好的圖,其中還是有些錯誤之處，根據官方文檔，第7步：休眠，等待喚醒的source種類應該是source1，而不是source0。

  
  
  Runloop的內部邏輯

• 內部代碼實現如下 如果嫌太長，直接看注釋即可。

/// 用DefaultMode啟動
void CFRunLoopRun(void) {
    CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopGetCurrent(), kCFRunLoopDefaultMode, 1.0e10, false);
}
 
/// 用指定的Mode啟動，允許設置RunLoop超時時間
int CFRunLoopRunInMode(CFStringRef modeName, CFTimeInterval seconds, Boolean stopAfterHandle) {
    return CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopGetCurrent(), modeName, seconds, returnAfterSourceHandled);
}
 
/// RunLoop的實現
int CFRunLoopRunSpecific(runloop, modeName, seconds, stopAfterHandle) {
    
    /// 首先根據modeName找到對應mode
    CFRunLoopModeRef currentMode = __CFRunLoopFindMode(runloop, modeName, false);
    /// 如果mode里沒有source/timer/observer, 直接返回。
    if (__CFRunLoopModeIsEmpty(currentMode)) return;
    
    /// 1. 通知 Observers: RunLoop 即將進入 loop。
    __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopEntry);
    
    /// 內部函數，進入loop
    __CFRunLoopRun(runloop, currentMode, seconds, returnAfterSourceHandled) {
        
        Boolean sourceHandledThisLoop = NO;
        int retVal = 0;
        do {
 
            /// 2. 通知 Observers: RunLoop 即將觸發 Timer 回調。
            __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeTimers);
            /// 3. 通知 Observers: RunLoop 即將觸發 Source0 (非port) 回調。
            __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeSources);
            /// 執行被加入的block
            __CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode);
            
            /// 4. RunLoop 觸發 Source0 (非port) 回調。
            sourceHandledThisLoop = __CFRunLoopDoSources0(runloop, currentMode, stopAfterHandle);
            /// 執行被加入的block
            __CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode);
 
            /// 5. 如果有 Source1 (基于port) 處于 ready 狀態，直接處理這個 Source1 然后跳轉去處理消息。
            if (__Source0DidDispatchPortLastTime) {
                Boolean hasMsg = __CFRunLoopServiceMachPort(dispatchPort, &msg)
                if (hasMsg) goto handle_msg;
            }
            
            /// 通知 Observers: RunLoop 的線程即將進入休眠(sleep)。
            if (!sourceHandledThisLoop) {
                __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeWaiting);
            }
            
            /// 7. 調用 mach_msg 等待接受 mach_port 的消息。線程將進入休眠, 直到被下面某一個事件喚醒。
            /// ? 一個基于 port 的Source 的事件。
            /// ? 一個 Timer 到時間了
            /// ? RunLoop 自身的超時時間到了
            /// ? 被其他什么調用者手動喚醒
            __CFRunLoopServiceMachPort(waitSet, &msg, sizeof(msg_buffer), &livePort) {
                mach_msg(msg, MACH_RCV_MSG, port); // thread wait for receive msg
            }
 
            /// 8. 通知 Observers: RunLoop 的線程剛剛被喚醒了。
            __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopAfterWaiting);
            
            /// 收到消息，處理消息。
            handle_msg:
 
            /// 9.1 如果一個 Timer 到時間了，觸發這個Timer的回調。
            if (msg_is_timer) {
                __CFRunLoopDoTimers(runloop, currentMode, mach_absolute_time())
            } 
 
            /// 9.2 如果有dispatch到main_queue的block，執行block。
            else if (msg_is_dispatch) {
                __CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__(msg);
            } 
 
            /// 9.3 如果一個 Source1 (基于port) 發出事件了，處理這個事件
            else {
                CFRunLoopSourceRef source1 = __CFRunLoopModeFindSourceForMachPort(runloop, currentMode, livePort);
                sourceHandledThisLoop = __CFRunLoopDoSource1(runloop, currentMode, source1, msg);
                if (sourceHandledThisLoop) {
                    mach_msg(reply, MACH_SEND_MSG, reply);
                }
            }
            
            /// 執行加入到Loop的block
            __CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode);
            
 
            if (sourceHandledThisLoop && stopAfterHandle) {
                /// 進入loop時參數說處理完事件就返回。
                retVal = kCFRunLoopRunHandledSource;
            } else if (timeout) {
                /// 超出傳入參數標記的超時時間了
                retVal = kCFRunLoopRunTimedOut;
            } else if (__CFRunLoopIsStopped(runloop)) {
                /// 被外部調用者強制停止了
                retVal = kCFRunLoopRunStopped;
            } else if (__CFRunLoopModeIsEmpty(runloop, currentMode)) {
                /// source/timer/observer一個都沒有了
                retVal = kCFRunLoopRunFinished;
            }
            
            /// 如果沒超時，mode里沒空，loop也沒被停止，那繼續loop。
        } while (retVal == 0);
    }
    
    /// 10. 通知 Observers: RunLoop 即將退出。
    __CFRunLoopDoObservers(rl, currentMode, kCFRunLoopExit);
}

• 可以注意到，在這段代碼在第5步，跳轉到第9步執行source1的事件時，使用了 goto 語句，可見，專注底層的大神就是跟我們普通人不一樣啊哈哈哈。
• 實際上 RunLoop 就是這樣一個函數，其內部是一個 do-while 循環。當你調用 CFRunLoopRun() 時，線程就會一直停留在這個循環里；直到超時或被手動停止，該函數才會返回。
• RunLoop 的核心就是一個 mach_msg() (見上面代碼的第7步)，RunLoop 調用這個函數去接收消息，如果沒有別人發送 port 消息過來，內核會將線程置于等待狀態。例如你在模擬器里跑起一個 iOS 的 App，然后在 App 靜止時點擊暫停，你會看到主線程調用棧是停留在 mach_msg_trap() 這個地方。

• 為了實現消息的發送和接收，mach_msg() 函數實際上是調用了一個 Mach 陷阱 (trap)，即函數mach_msg_trap()，陷阱這個概念在 Mach 中等同于系統調用。當你在用戶態調用 mach_msg_trap() 時會觸發陷阱機制，切換到內核態；內核態中內核實現的 mach_msg() 函數會完成實際的工作，如下圖：
  image

RunLoop在iOS中內部的應用

• 當 RunLoop 進行回調時，一般都是通過一個很長的函數調用出去 (call out), 當你在你的代碼中下斷點調試時，通常能在調用棧上看到這些函數。下面是這幾個函數的整理版本，如果你在調用棧中看到這些長函數名，在這里查找一下就能定位到具體的調用地點了：

{
    /// 1. 通知Observers，即將進入RunLoop
    /// 此處有Observer會創建AutoreleasePool: _objc_autoreleasePoolPush();
    __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopEntry);
    do {
 
        /// 2. 通知 Observers: 即將觸發 Timer 回調。
        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopBeforeTimers);
        /// 3. 通知 Observers: 即將觸發 Source (非基于port的,Source0) 回調。
        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopBeforeSources);
        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_BLOCK__(block);
 
        /// 4. 觸發 Source0 (非基于port的) 回調。
        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE0_PERFORM_FUNCTION__(source0);
        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_BLOCK__(block);
 
        /// 6. 通知Observers，即將進入休眠
        /// 此處有Observer釋放并新建AutoreleasePool: _objc_autoreleasePoolPop(); _objc_autoreleasePoolPush();
        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopBeforeWaiting);
 
        /// 7. sleep to wait msg.
        mach_msg() -> mach_msg_trap();
        
 
        /// 8. 通知Observers，線程被喚醒
        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopAfterWaiting);
 
        /// 9. 如果是被Timer喚醒的，回調Timer
        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_TIMER_CALLBACK_FUNCTION__(timer);
 
        /// 9. 如果是被dispatch喚醒的，執行所有調用 dispatch_async 等方法放入main queue 的 block
        __CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__(dispatched_block);
 
        /// 9. 如果如果Runloop是被 Source1 (基于port的) 的事件喚醒了，處理這個事件
        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE1_PERFORM_FUNCTION__(source1);
 
 
    } while (...);
 
    /// 10. 通知Observers，即將退出RunLoop
    /// 此處有Observer釋放AutoreleasePool: _objc_autoreleasePoolPop();
    __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopExit);
}

AutoreleasePool （非常重要）

• App啟動后，蘋果在主線程 RunLoop 里注冊了兩個 Observer，其回調都是 _wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler()。
• 第一個 Observer 監視的事件是 Entry(即將進入Loop)，其回調內會調用 _objc_autoreleasePoolPush() 創建自動釋放池。其 order 是-2147483647，優先級最高，保證創建釋放池發生在其他所有回調之前。
• 第二個 Observer 監視了兩個事件： BeforeWaiting(準備進入休眠) 時調用_objc_autoreleasePoolPop() 和 _objc_autoreleasePoolPush() 釋放舊的池并創建新池；Exit(即將退出Loop) 時調用_objc_autoreleasePoolPop() 來釋放自動釋放池。這個 Observer 的 order 是 2147483647，優先級最低，保證其釋放池子發生在其他所有回調之后。
• 在主線程執行的代碼，通常是寫在諸如事件回調、Timer回調內的。這些回調會被 RunLoop 創建好的 AutoreleasePool 環繞著，所以不會出現內存泄漏，開發者也不必顯示創建 Pool 了。

事件響應

• 蘋果注冊了一個 Source1 (基于 mach port 的) 用來接收系統事件，其回調函數為 __IOHIDEventSystemClientQueueCallback()。
• 當一個硬件事件(觸摸/鎖屏/搖晃等)發生后，首先由 IOKit.framework 生成一個 IOHIDEvent 事件并由 SpringBoard 接收。SpringBoard 只接收按鍵(鎖屏/靜音等)，觸摸，加速，接近傳感器等幾種 Event，隨后用 mach port 轉發給需要的App進程。隨后蘋果注冊的那個 Source1 就會觸發回調，并調用 _UIApplicationHandleEventQueue()進行應用內部的分發。
• _UIApplicationHandleEventQueue() 會把 IOHIDEvent 處理并包裝成 UIEvent 進行處理或分發，其中包括識別 UIGesture/處理屏幕旋轉/發送給 UIWindow 等。通常事件比如 UIButton 點擊、touchesBegin/Move/End/Cancel 事件都是在這個回調中完成的。
• 需要注意的是 基于UI的事件響應，都是屬于 source1 的，雖然打印信息棧時，顯示的是 source0 ，但實際上，首先是由Source1 接收 IOHIDEvent ，之后在回調 __IOHIDEventSystemClientQueueCallback() 內觸發的 Source0，Source0 再觸發的 _UIApplicationHandleEventQueue()。所以 UIButton 事件看到是在 Source0 內的。

手勢識別

• 當上面的_UIApplicationHandleEventQueue() 識別了一個手勢時，其首先會調用 Cancel 將當前的 touchesBegin/Move/End 系列回調打斷。隨后系統將對應的 UIGestureRecognizer 標記為待處理。
  蘋果注冊了一個 Observer 監測 BeforeWaiting (Loop即將進入休眠) 事件，這個Observer的回調函數是 _UIGestureRecognizerUpdateObserver()，其內部會獲取所有剛被標記為待處理的 GestureRecognizer，并執行GestureRecognizer的回調。
  當有 UIGestureRecognizer 的變化(創建/銷毀/狀態改變)時，這個回調都會進行相應處理。

界面更新

• 當在操作 UI 時，比如改變了 Frame、更新了 UIView/CALayer 的層次時，或者手動調用了 UIView/CALayer 的 setNeedsLayout/setNeedsDisplay方法后，這個 UIView/CALayer 就被標記為待處理，并被提交到一個全局的容器去。
• 蘋果注冊了一個 Observer 監聽 BeforeWaiting(即將進入休眠) 和 Exit (即將退出Loop) 事件，回調去執行一個很長的函數：
  _ZN2CA11Transaction17observer_callbackEP19__CFRunLoopObservermPv()。這個函數里會遍歷所有待處理的 UIView/CAlayer 以執行實際的繪制和調整，并更新 UI 界面。

定時器

• NSTimer 其實就是 CFRunLoopTimerRef，他們之間是 toll-free bridged 的。一個 NSTimer 注冊到 RunLoop 后，RunLoop 會為其重復的時間點注冊好事件。例如 10:00, 10:10, 10:20 這幾個時間點。RunLoop為了節省資源，并不會在非常準確的時間點回調這個Timer。Timer 有個屬性叫做 Tolerance (寬容度)，標示了當時間點到后，容許有多少最大誤差。
• 如果某個時間點被錯過了，例如執行了一個很長的任務，則那個時間點的回調也會跳過去，不會延后執行。就比如等公交，如果 10:10 時我忙著玩手機錯過了那個點的公交，那我只能等 10:20 這一趟了。
• CADisplayLink 是一個和屏幕刷新率一致的定時器（但實際實現原理更復雜，和 NSTimer 并不一樣，其內部實際是操作了一個 Source）。如果在兩次屏幕刷新之間執行了一個長任務，那其中就會有一幀被跳過去（和 NSTimer 相似），造成界面卡頓的感覺。在快速滑動TableView時，即使一幀的卡頓也會讓用戶有所察覺。

PerformSelecter

• 當調用 NSObject 的 performSelecter:afterDelay: 后，實際上其內部會創建一個 Timer 并添加到當前線程的 RunLoop 中。所以如果當前線程沒有 RunLoop，則這個方法會失效。
• 當調用 performSelector:onThread: 時，實際上其會創建一個 Timer 加到對應的線程去，同樣的，如果對應線程沒有 RunLoop 該方法也會失效。

關于GCD

• GCD 本身與 RunLoop 是屬于平級的關系。 他們誰也不包含誰，但是他們之間存在著協作的關系。
• 當調用 dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), block) 時，libDispatch 會向主線程的 RunLoop 發送消息，RunLoop會被喚醒，并從消息中取得這個 block，并在回調 __CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__() 里執行這個 block。但這個邏輯僅限于 dispatch 到主線程，dispatch 到其他線程仍然是由 libDispatch 處理的。

Runloop在iOS開發中的實踐

AFNetworking

• 這里有一個已經被將爛了的例子，即 AFNetworking 內部的 AFURLConnectionOperation 類，使用 RunLoop 來保持“長連接”， 目的是為了讓 RunLoop 不至于退出，并沒有用于實際的發送消息。 因為RunLoop 啟動前內部必須要有至少一個 Timer/Observer/Source，所以 AFNetworking 在 [runLoop run] 之前先創建了一個新的 NSMachPort 添加進去了。
• 代碼如下：

+ (void)networkRequestThreadEntryPoint:(id)__unused object {
    @autoreleasepool {
        [[NSThread currentThread] setName:@"AFNetworking"];
        NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];
        [runLoop addPort:[NSMachPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
        [runLoop run];
    }
}
 
+ (NSThread *)networkRequestThread {
    static NSThread *_networkRequestThread = nil;
    static dispatch_once_t oncePredicate;
    dispatch_once(&oncePredicate, ^{
        _networkRequestThread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(networkRequestThreadEntryPoint:) object:nil];
        [_networkRequestThread start];
    });
    return _networkRequestThread;
}

• 這里有一個坑，是否 AFNetworking 這樣做了，我們就可以跟著這樣做來保持回調的 “長連接” 呢？ 答案是否定的。

AsyncDisplayKit

• UI 線程中一旦出現繁重的任務就會導致界面卡頓，這類任務通常分為3類：排版，繪制，UI對象操作。
• 排版通常包括計算視圖大小、計算文本高度、重新計算子式圖的排版等操作。
  繪制一般有文本繪制 (例如 CoreText)、圖片繪制 (例如預先解壓)、元素繪制 (Quartz)等操作。
  UI對象操作通常包括 UIView/CALayer 等 UI 對象的創建、設置屬性和銷毀。
• 其中前兩類操作可以通過各種方法扔到后臺線程執行，而最后一類操作只能在主線程完成，并且有時后面的操作需要依賴前面操作的結果 （例如TextView創建時可能需要提前計算出文本的大小）。ASDK 所做的，就是盡量將能放入后臺的任務放入后臺，不能的則盡量推遲 (例如視圖的創建、屬性的調整)。
• 為此，ASDK 創建了一個名為 ASDisplayNode 的對象，并在內部封裝了 UIView/CALayer，它具有和 UIView/CALayer 相似的屬性，例如 frame、backgroundColor等。所有這些屬性都可以在后臺線程更改，開發者可以只通過 Node 來操作其內部的 UIView/CALayer，這樣就可以將排版和繪制放入了后臺線程。但是無論怎么操作，這些屬性總需要在某個時刻同步到主線程的 UIView/CALayer 去。
• ASDK 仿照 QuartzCore/UIKit 框架的模式，實現了一套類似的界面更新的機制：即在主線程的 RunLoop 中添加一個 Observer，監聽了 kCFRunLoopBeforeWaiting 和 kCFRunLoopExit 事件，在收到回調時，遍歷所有之前放入隊列的待處理的任務，然后一一執行。
  具體的代碼可以看這里：_ASAsyncTransactionGroup。

ImageView推遲顯示

• 利用PerformSelector設置當前線程的RunLoop的運行模式

  [self.imageView performSelector:@selector(setImage:) withObject:[UIImage imageNamed:@"tupian"] afterDelay:4.0 inModes:NSDefaultRunLoopMode];
  
  

后臺常駐線程（很常用）

• 解釋上述 AFNetworking 長時間連接問題 。

• 方法1即 AFNetworking 中使用的方法，它使得 thread 在打開后，使用結束方法CFRunLoopStop(CFRunLoopGetCurrent())并沒有正常結束，該結束方法對這個創建 Thread 的方式無效。所以導致了內存暴增，圖如下
  

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• 方法2 如圖，由于它是一個非線程阻塞的方法，所以有時在線程還已經退出后，才開始暫停這個線程，自然會使得程序崩潰。

  
  
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• 方法3 才是我推薦的方法 ，它可以正確的創建一個后臺常駐線程。

  
  
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  • 執行結果如下

    
    
    image

• 下面解釋一下原理吧

  • CFRunLoopStop() 方法只會結束當前的 runMode:beforeDate: 調用，而不會結束后續的調用。
  • 而我們所知道，系統所謂的 run() 方法，實際上就是在內部不斷地調用runMode:beforeDate:方法，而所謂的runUntilDate:方法，也是有限的調用runMode:beforeDate:方法。只是它們所傳的參數都是DefaultMode罷了。
  • 而正常結束一個 RunLoop 的方法只有兩種
    • 設置超時時間
    • 使用CFRunLoopStop()方法手動將 RunLoop 結束。
  • 一般我們使用設置超時時間即可，但是在網絡傳輸中，我們想達到的目標就是在精準的時間點結束 RunLoop， 所以我們需要使用CFRunLoopStop()方法手動將 RunLoop 結束。
  • 而CFRunLoopStop()方法的定義中說了。

  The difference is that you can use this technique on run loops you started unconditionally.

  • 官方文檔在 run 方法的定義中則說

  If you want the run loop to terminate, you shouldn't use this method

  • 這也就表示了，如果還想從 RunLoop 中退出，就不能使用 run 方法來 run 一個 loop。
  • 并且重要的是， CFRunLoopStop() 方法只會結束當前的 runMode:beforeDate: 調用，而不會結束后續的調用。這也就是為什么 Runloop 的文檔中說CFRunLoopStop() 可以 exit(退出) 一個 RunLoop，而在 run 等方法的文檔中又說這樣會導致 RunLoop 無法 terminate(終結)。

總結

• 以前對 RunLoop 可以說是一竅不通， 只知道有這么個名詞，在實際的編程中，也從來沒有使用過，一直都想深入研究一下，索性這兩天比較用時間，就花了兩天時間找了大量的資料來理解，總結 RunLoop， 在這個過程中難免會有很多疏漏，也請有緣看到這篇文章的你們不吝賜教。謝謝O(∩_∩)O~

參考文獻

• YYKit作者的Runloop理解，講的最清楚，對我影響最大
• 孫源線下Runloop分享的筆記整理
• Runloop更加深入的理解
• 蘋果官方Runloop文檔的中文翻譯
• 蘋果官方文檔
• 關于Runloop線程保活與內存泄漏的理解
• 非常淺顯易懂的Runloop理解
• 孫源的線下Runloop分享(這個自己找視頻吧)