一、概念

簡單點(diǎn)說Runloop就是一個(gè)do while的運(yùn)行循環(huán)。主要的作用就是保持程序的持續(xù)運(yùn)行。比如主線程的runloop從程序打開就一直在運(yùn)行。一個(gè)線程對(duì)應(yīng)著一個(gè)runloop。RunLoop在第一次獲取時(shí)創(chuàng)建，在線程結(jié)束時(shí)銷毀。
OSX/iOS 系統(tǒng)中，提供了兩個(gè)這樣的對(duì)象：NSRunLoop 和 CFRunLoopRef。

• CFRunLoopRef 是在 CoreFoundation 框架內(nèi)的，它提供了純 C 函數(shù)的 API，所有這些 API 都是線程安全的。
• NSRunLoop 是基于 CFRunLoopRef 的一層OC包裝，提供了面向?qū)ο蟮?API，但是這些 API 不是線程安全的

蘋果不允許直接創(chuàng)建RunLoop，獲取Runloop的兩種方式

NSRunLoop
    [NSRunLoop currentRunLoop]; // 獲得當(dāng)前線程的RunLoop對(duì)象
    [NSRunLoop mainRunLoop]; // 獲得主線程的RunLoop對(duì)象
CFRunLoopRef
    CFRunLoopGetCurrent(); // 獲得當(dāng)前線程的RunLoop對(duì)象
    CFRunLoopGetMain(); // 獲得主線程的RunLoop對(duì)象

二、Runloop 與線程的關(guān)系

線程和 RunLoop 之間是一一對(duì)應(yīng)的，其關(guān)系是保存在一個(gè)全局的 Dictionary 里。線程剛創(chuàng)建時(shí)并沒有 RunLoop，如果你不主動(dòng)獲取，那它一直都不會(huì)有。RunLoop 的創(chuàng)建是發(fā)生在第一次獲取時(shí)，RunLoop 的銷毀是發(fā)生在線程結(jié)束時(shí)。你只能在一個(gè)線程的內(nèi)部獲取其 RunLoop（主線程除外）

Runloop創(chuàng)建的代碼

/// 全局的Dictionary，key 是 pthread_t， value 是 CFRunLoopRef
static CFMutableDictionaryRef loopsDic;
/// 訪問 loopsDic 時(shí)的鎖
static CFSpinLock_t loopsLock;
 
/// 獲取一個(gè) pthread 對(duì)應(yīng)的 RunLoop。
CFRunLoopRef _CFRunLoopGet(pthread_t thread) {
    OSSpinLockLock(&loopsLock);
    
    if (!loopsDic) {
        // 第一次進(jìn)入時(shí)，初始化全局Dic，并先為主線程創(chuàng)建一個(gè) 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(shí)，創(chuàng)建一個(gè)
        loop = _CFRunLoopCreate();
        CFDictionarySetValue(loopsDic, thread, loop);
        /// 注冊(cè)一個(gè)回調(diào)，當(dāng)線程銷毀時(shí)，順便也銷毀其對(duì)應(yīng)的 RunLoop。
        _CFSetTSD(..., thread, loop, __CFFinalizeRunLoop);
    }
    
    OSSpinLockUnLock(&loopsLock);
    return loop;
}
 
CFRunLoopRef CFRunLoopGetMain() {
    return _CFRunLoopGet(pthread_main_thread_np());
}
 
CFRunLoopRef CFRunLoopGetCurrent() {
    return _CFRunLoopGet(pthread_self());
}

三、 Runloop的組成（結(jié)構(gòu)）

runloop組成.jpg

image.png

Source/Timer/Observer 被統(tǒng)稱為 mode item，一個(gè)item 可以被同時(shí)加入多個(gè) mode。但一個(gè)item 被重復(fù)加入同一個(gè)mode 時(shí)是不會(huì)有效果的。如果一個(gè) mode 中一個(gè) item 都沒有，則 RunLoop 會(huì)直接退出，不進(jìn)入循環(huán)。

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在CoreFoundation 里面關(guān)于RunLoop 的這5個(gè)類:

• CFRunLoopRef Runloop
• CFRunLoopModeRef Mode
• CFRunLoopSourceRef Source
• CFRunLoopTimerRef Timer
• CFRunLoopObserverRef Observer

3.1、CFRunLoopMode

一個(gè) RunLoop 包含若干個(gè) Mode，每個(gè) Mode 又包含若干個(gè) Source/Timer/Observer。
每次RunLoop啟動(dòng)時(shí)，只能指定其中一個(gè) Mode，這個(gè)Mode被稱作 CurrentMode，RunLoop在同一時(shí)段只能且必須在一種特定Mode下Run
如果需要切換 Mode，只能退出 Loop，再重新指定一個(gè) Mode 進(jìn)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。

• kCFRunLoopDefaultMode: App的默認(rèn) Mode，通常主線程是在這個(gè) Mode 下運(yùn)行的。
• UITrackingRunLoopMode: 界面跟蹤 Mode，用于 ScrollView 追蹤觸摸滑動(dòng)，保證界面滑動(dòng)時(shí)不受其他 Mode 影響。
• UIInitializationRunLoopMode: 在剛啟動(dòng) App 時(shí)第進(jìn)入的第一個(gè) Mode，啟動(dòng)完成后就不再使用。
• GSEventReceiveRunLoopMode: 接受系統(tǒng)事件的內(nèi)部 Mode，通常用不到。
• kCFRunLoopCommonModes: 這是一個(gè)占位的 Mode，沒有實(shí)際作用。

3.2、CFRunLoopSource

CFRunLoopSource是RunLoop的數(shù)據(jù)源抽象類,類似iOS中的protocol,RunLoop定義兩Source

• Source0:處理App內(nèi)部事件,App自己負(fù)責(zé)管理(觸發(fā)),如UIEvent,CFSocket,Source0包含了一個(gè)回調(diào)（函數(shù)指針）,它并不能主動(dòng)觸發(fā)事件。使用時(shí)，你需要先調(diào)用 CFRunLoopSourceSignal(source)，將這個(gè) Source 標(biāo)記為待處理，然后手動(dòng)調(diào)用CFRunLoopWakeUp(runloop) 來喚醒 RunLoop，讓其處理這個(gè)事件。
• Source1:由RunLoop和內(nèi)核管理,Mach port驅(qū)動(dòng) 如CFMach、CFMessage,Source1包含了一個(gè) mach_port和一個(gè)回調(diào)（函數(shù)指針），被用于通過內(nèi)核和其他線程相互發(fā)送消息。這種 Source 能主動(dòng)喚醒 RunLoop 的線程。

3.3、CFRunLoopTimerRef

CFRunLoopTimerRef 是基于時(shí)間的觸發(fā)器，它和 NSTimer 是toll-free bridged的，可以混用。其包含一個(gè)時(shí)間長度和一個(gè)回調(diào)（函數(shù)指針）。當(dāng)其加入到 RunLoop 時(shí)，RunLoop會(huì)注冊(cè)對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)，當(dāng)時(shí)間點(diǎn)到時(shí)，RunLoop會(huì)被喚醒以執(zhí)行那個(gè)回調(diào)。

+ (NSTimer *)timerWithTimeInterval:(NSTimeInterval)ti invocation:(NSInvocation *)invocation repeats:(BOOL)yesOrNo;
+ (NSTimer *)scheduledTimerWithTimeInterval:(NSTimeInterval)ti invocation:(NSInvocation *)invocation repeats:(BOOL)yesOrNo;
- (void)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(id)anArgument afterDelay:(NSTimeInterval)delay inModes:(NSArray *)modes;
+ (CADisplayLink *)displayLinkWithTarget:(id)target selector:(SEL)sel;
- (void)addToRunLoop:(NSRunLoop *)runloop forMode:(NSString *)mode;

都是封裝于CFRunLoopTimerRef

3.4、CFRunLoopObserverRef

CFRunLoopObserver向內(nèi)部報(bào)告RunLoop當(dāng)前狀態(tài)的更改
CFRunLoopObserverRef 是觀察者，每個(gè) Observer 都包含了一個(gè)回調(diào)（函數(shù)指針），當(dāng) RunLoop 的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，觀察者就能通過回調(diào)接受到這個(gè)變化。可以觀測的時(shí)間點(diǎn)有以下幾個(gè)：

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

CFRunLoopObserver的創(chuàng)建

CFRunLoopRef runLoop = CFRunLoopGetCurrent();
CFStringRef runLoopMode = kCFRunLoopDefaultMode;
CFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreateWithHandler
(kCFAllocatorDefault, kCFRunLoopBeforeWaiting, true, 0, ^(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity _) {
    // TODO here
});
CFRunLoopAddObserver(runLoop, observer, runLoopMode);

四、Runloop本質(zhì)：mach port和mach_msg()。

Mach是XNU的內(nèi)核，進(jìn)程、線程和虛擬內(nèi)存等對(duì)象通過端口發(fā)消息進(jìn)行通信，Runloop通過mach_msg()函數(shù)發(fā)送消息，如果沒有port 消息，內(nèi)核會(huì)將線程置于等待狀態(tài)mach_msg_trap() 。如果有消息，判斷消息類型處理事件，并通過modeItem的callback回調(diào)

五、OC中Runloop參與的地方

5.1、Autorelease Pool

App啟動(dòng)后，蘋果在主線程 RunLoop 里注冊(cè)了兩個(gè) Observer，其回調(diào)都是_wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler()。
第一個(gè) Observer 監(jiān)視的事件是 Entry(即將進(jìn)入Loop)，其回調(diào)內(nèi)會(huì)調(diào)用 _objc_autoreleasePoolPush()創(chuàng)建自動(dòng)釋放池。其 order 是-2147483647，優(yōu)先級(jí)最高，保證創(chuàng)建釋放池發(fā)生在其他所有回調(diào)之前。
第二個(gè) Observer監(jiān)視了兩個(gè)事件：BeforeWaiting(準(zhǔn)備進(jìn)入休眠) 時(shí)調(diào)用_objc_autoreleasePoolPop() 和_objc_autoreleasePoolPush()釋放舊的池并創(chuàng)建新池；Exit(即將退出Loop) 時(shí)調(diào)用 _objc_autoreleasePoolPop()來釋放自動(dòng)釋放池。這個(gè) Observer 的 order 是 2147483647，優(yōu)先級(jí)最低，保證其釋放池子發(fā)生在其他所有回調(diào)之后。
在主線程執(zhí)行的代碼，通常是寫在諸如事件回調(diào)、Timer回調(diào)內(nèi)的。這些回調(diào)會(huì)被 RunLoop創(chuàng)建好的 AutoreleasePool環(huán)繞著，所以不會(huì)出現(xiàn)內(nèi)存泄漏，開發(fā)者也不必顯示創(chuàng)建 Pool 了。

5.2、事件響應(yīng)

蘋果注冊(cè)了一個(gè)Source1 (基于 mach port 的) 用來接收系統(tǒng)事件，其回調(diào)函數(shù)為__IOHIDEventSystemClientQueueCallback()。
當(dāng)一個(gè)硬件事件發(fā)生后，首先由IOKit.framework 處理，隨后用runloop（mach port） 轉(zhuǎn)發(fā)給需要的App進(jìn)程。隨后蘋果注冊(cè)的那個(gè) Source1就會(huì)觸發(fā)回調(diào)，并調(diào)用 _UIApplicationHandleEventQueue() 進(jìn)行應(yīng)用內(nèi)部的分發(fā)。
_UIApplicationHandleEventQueue()會(huì)把IOHIDEvent處理并包裝成 UIEvent 進(jìn)行處理或分發(fā)，其中包括識(shí)別UIGesture/處理屏幕旋轉(zhuǎn)/發(fā)送給UIWindow等。

5.3、手勢識(shí)別

當(dāng)上面的_UIApplicationHandleEventQueue() 識(shí)別了一個(gè)手勢時(shí)，其首先會(huì)調(diào)用 Cancel將當(dāng)前的 touchesBegin/Move/End 系列回調(diào)打斷。隨后系統(tǒng)將對(duì)應(yīng)的UIGestureRecognizer標(biāo)記為待處理。
蘋果注冊(cè)了一個(gè)Observer 監(jiān)測BeforeWaiting(Loop即將進(jìn)入休眠) 事件，這個(gè)Observer的回調(diào)函數(shù)是 _UIGestureRecognizerUpdateObserver()，其內(nèi)部會(huì)獲取所有剛被標(biāo)記為待處理的 GestureRecognizer，并執(zhí)行GestureRecognizer的回調(diào)。
當(dāng)有 UIGestureRecognizer 的變化(創(chuàng)建/銷毀/狀態(tài)改變)時(shí)，這個(gè)回調(diào)都會(huì)進(jìn)行相應(yīng)處理。

5.3、更新UI

當(dāng)在操作 UI 時(shí)，比如改變了Frame、更新了 UIView/CALayer 的層次時(shí)，或者手動(dòng)調(diào)用了 UIView/CALayer 的 setNeedsLayout/setNeedsDisplay方法后，這個(gè) UIView/CALayer 就被標(biāo)記為待處理，并被提交到一個(gè)全局的容器去。
蘋果注冊(cè)了一個(gè) Observer監(jiān)聽BeforeWaiting(即將進(jìn)入休眠) 和Exit(即將退出Loop) 事件，回調(diào)去執(zhí)行一個(gè)很長的函數(shù)：_ZN2CA11Transaction17observer_callbackEP19__CFRunLoopObservermPv()。這個(gè)函數(shù)里會(huì)遍歷所有待處理的 UIView/CAlayer 以執(zhí)行實(shí)際的繪制和調(diào)整，并更新 UI 界面。

5.4、定時(shí)器

NSTimer 其實(shí)就是CFRunLoopTimerRef，他們之間是toll-free bridged的。一個(gè) NSTimer注冊(cè)到RunLoop后，RunLoop 會(huì)為其重復(fù)的時(shí)間點(diǎn)注冊(cè)好事件。例如 10:00, 10:10, 10:20 這幾個(gè)時(shí)間點(diǎn)。RunLoop為了節(jié)省資源，并不會(huì)在非常準(zhǔn)確的時(shí)間點(diǎn)回調(diào)這個(gè)Timer。Timer 有個(gè)屬性叫做 Tolerance (寬容度)，標(biāo)示了當(dāng)時(shí)間點(diǎn)到后，容許有多少最大誤差。

5.5、PerformSelecter

當(dāng)調(diào)用 NSObject 的 performSelecter:afterDelay:后，實(shí)際上其內(nèi)部會(huì)創(chuàng)建一個(gè)Timer并添加到當(dāng)前線程的RunLoop 中。所以如果當(dāng)前線程沒有RunLoop，則這個(gè)方法會(huì)失效。
當(dāng)調(diào)用 performSelector:onThread:時(shí)，實(shí)際上其會(huì)創(chuàng)建一個(gè) Timer 加到對(duì)應(yīng)的線程去，同樣的，如果對(duì)應(yīng)線程沒有RunLoop該方法也會(huì)失效。

5.6、GCD回到主線程

當(dāng)調(diào)用 dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), block) 時(shí)，libDispatch 會(huì)向主線程的 RunLoop 發(fā)送消息，RunLoop會(huì)被喚醒，并從消息中取得這個(gè)block，并在回調(diào) __CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__()里執(zhí)行這個(gè) block。但這個(gè)邏輯僅限于 dispatch到主線程，dispatch 到其他線程仍然是由libDispatch 處理的。

5.7、網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求

通常使用 NSURLConnection 時(shí)，你會(huì)傳入一個(gè)Delegate，當(dāng)調(diào)用了 [connection start] 后，這個(gè) Delegate 就會(huì)不停收到事件回調(diào)。實(shí)際上，start 這個(gè)函數(shù)的內(nèi)部會(huì)獲取 CurrentRunLoop，然后在其中的 DefaultMode 添加了4個(gè) Source0 (即需要手動(dòng)觸發(fā)的Source)。CFMultiplexerSource 是負(fù)責(zé)各種 Delegate 回調(diào)的，CFHTTPCookieStorage 是處理各種 Cookie。

六、Runloop的實(shí)際使用

6.1常駐線程

常駐線程的好處在于 Run Loops 可以讓你使用最小的資源來創(chuàng)建長時(shí)間運(yùn)行線程。因?yàn)?run loop 在沒有任何事件處理的時(shí)候會(huì)把它的線程置于休眠狀態(tài)，它消除了消耗 CPU 周期輪詢，并防止處理器本身進(jìn)入休眠狀態(tài)并節(jié)省電源。

+ (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;
}
- (void)start {
    [self.lock lock];
    if ([self isCancelled]) {
        [self performSelector:@selector(cancelConnection) onThread:[[self class] networkRequestThread] withObject:nil waitUntilDone:NO modes:[self.runLoopModes allObjects]];
    } else if ([self isReady]) {
        self.state = AFOperationExecutingState;
        [self performSelector:@selector(operationDidStart) onThread:[[self class] networkRequestThread] withObject:nil waitUntilDone:NO modes:[self.runLoopModes allObjects]];
    }
    [self.lock unlock];
}

6.2NSTimer

若不希望Timer被ScrollView影響，需添加到NSRunLoopCommonModes

NSTimer *timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:1.0
                                             target:self
                                           selector:@selector(timerTick:)
                                           userInfo:nil
                                            repeats:YES];
[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];

6.3tableview加載圖片

避免滑動(dòng)過程中加載圖片，使界面卡頓

UIImage *downLoadImage = ...;  
[self.avatarImageView performSelector:@selector(setImage:) 
withObject:downloadImage  
afterDelay:0  
inModes:@[NSDefaultRunLoopMode]];

本文參考：
深入理解RunLoop