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一、RunLoop概念

一般來講，一個線程一次只能執行一個任務，執行完成后線程就會退出。如果我們需要一個機制，讓線程能隨時處理事件但并不退出，通常的代碼邏輯是這樣的：

function loop() {
    initialize();
    do {
        var message = get_next_message();
        process_message(message);
    } while (message != quit);
}

這種模型通常被稱作 Event Loop。Event Loop在很多系統和框架都有實現，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。

所以，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。

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。

CFRunLoopRef 的代碼是開源的，你可以在這里 http://opensource.apple.com/tarballs/CF/ 下載到整個 CoreFoundation 的源碼來查看。

(Update: Swift 開源后，蘋果又維護了一個跨平臺的 CoreFoundation 版本：https://github.com/apple/swift-corelibs-foundation/，這個版本的源碼可能和現有 iOS 系統中的實現略不一樣，但更容易編譯，而且已經適配了 Linux/Windows。)

二、RunLoop 與線程的關系

首先，iOS 開發中能遇到兩個線程對象: pthread_t 和 NSThread。過去蘋果有份文檔標明了 NSThread 只是 pthread_t 的封裝，但那份文檔已經失效了，現在它們也有可能都是直接包裝自最底層的 mach thread。蘋果并沒有提供這兩個對象相互轉換的接口，但不管怎么樣，可以肯定的是 pthread_t 和 NSThread 是一一對應的。比如，你可以通過 pthread_main_thread_np() 或 [NSThread mainThread] 來獲取主線程；也可以通過 pthread_self() 或 [NSThread currentThread] 來獲取當前線程。CFRunLoop 是基于 pthread 來管理的。

蘋果不允許直接創建 RunLoop，它只提供了兩個自動獲取的函數：CFRunLoopGetMain() 和 CFRunLoopGetCurrent()。這兩個函數內部的邏輯大概是下面這樣:

/// 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());
}

從上面的代碼可以看出，線程和 RunLoop 之間是一一對應的，其關系是保存在一個全局的 Dictionary 里。線程剛創建時并沒有 RunLoop，如果你不主動獲取，那它一直都不會有。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）。

三、RunLoop 對外的接口

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:

1.png

一個 RunLoop 包含若干個 Mode，每個 Mode 又包含若干個 Source/Timer/Observer。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。

**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線程，其原理會在下面講到。

** 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）。當加入到RunLoop時，RunLoop會注冊對應時間點，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
kCFRunLoopAfterWaiting = (1UL << 6), // 剛從休眠中喚醒
kCFRunLoopExit = (1UL << 7), // 即將退出Loop
};

上面的Source/Timer/Observer被統稱為 mode item，一個item可以被同時加入到多個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。

四、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
...
};

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就會自動_commonModeItems 里的 Source/Observer/Timer 同步到具有 "Common" 標記的所有Mode里。

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，TrackingRunLoopMode 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 TrackingRunLoopMode，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內部沒有對應的mode時，RunLoop會自動幫你創建的對應的CFRunLoopModeRef。對于一個 RunLoop 來說，其內部的 mode 只能增加不能刪除。

蘋果公開提供的 Mode 有兩個：kCFRunLoopDefaultMode (NSDefaultRunLoopMode) 和 UITrackingRunLoopMode，你可以用這兩個 Mode Name 來操作其對應的 Mode。

同時蘋果還提供了一個操作 Common 標記的字符串：kCFRunLoopCommonModes (NSRunLoopCommonModes)，你可以用這個字符串來操作 Common Items，或標記一個 Mode 為 "Common"。使用時注意區分這個字符串和其他 mode name。

五、RunLoop 的內部邏輯

根據蘋果在文檔里的說明，RunLoop 內部的邏輯大致如下:

其內部代碼整理如下（太長了不想看可以直接跳過去，后面會有說明）：

/// 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);

}

可以看到，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。

五、RunLoop 的底層實現

從上面代碼可以看到，RunLoop 的核心是基于 mach port 的，其進入休眠時調用的函數是 mach_msg()。為了解釋這個邏輯，下面稍微介紹一下 OSX/iOS 的系統架構。

蘋果官方將整個系統大致劃分為上述4個層次：應用層包括用戶能接觸到的圖形應用，例如 Spotlight、Aqua、SpringBoard 等。應用框架層即開發人員接觸到的 Cocoa 等框架。核心框架層包括各種核心框架、OpenGL 等內容。Darwin 即操作系統的核心，包括系統內核、驅動、Shell 等內容，這一層是開源的，其所有源碼都可以在 opensource.apple.com 里找到。
我們在深入看一下 Darwin 這個核心的架構：

其中，在硬件層上面的三個組成部分：Mach、BSD、IOKit (還包括一些上面沒標注的內容)，共同組成了 XNU 內核。
XNU 內核的內環被稱作 Mach，其作為一個微內核，僅提供了諸如處理器調度、IPC (進程間通信)等非常少量的基礎服務。
BSD 層可以看作圍繞 Mach 層的一個外環，其提供了諸如進程管理、文件系統和網絡等功能。
IOKit 層是為設備驅動提供了一個面向對象(C++)的一個框架。

Mach 本身提供的 API 非常有限，而且蘋果也不鼓勵使用 Mach 的 API，但是這些API非常基礎，如果沒有這些API的話，其他任何工作都無法實施。在 Mach 中，所有的東西都是通過自己的對象實現的，進程、線程和虛擬內存都被稱為"對象"。和其他架構不同， Mach 的對象間不能直接調用，只能通過消息傳遞的方式實現對象間的通信。"消息"是 Mach 中最基礎的概念，消息在兩個端口 (port) 之間傳遞，這就是 Mach 的 IPC (進程間通信) 的核心。

Mach 的消息定義是在 <mach/message.h> 頭文件的，很簡單：

typedef struct {
mach_msg_header_t header;
mach_msg_body_t body;
} mach_msg_base_t;

typedef struct {
mach_msg_bits_t msgh_bits;
mach_msg_size_t msgh_size;
mach_port_t msgh_remote_port;
mach_port_t msgh_local_port;
mach_port_name_t msgh_voucher_port;
mach_msg_id_t msgh_id;
} mach_msg_header_t;

一條 Mach 消息實際上就是一個二進制數據包 (BLOB)，其頭部定義了當前端口 local_port 和目標端口 remote_port，
發送和接受消息是通過同一個 API 進行的，其 option 標記了消息傳遞的方向：

mach_msg_return_t mach_msg(
mach_msg_header_t *msg,
mach_msg_option_t option,
mach_msg_size_t send_size,
mach_msg_size_t rcv_size,
mach_port_name_t rcv_name,
mach_msg_timeout_t timeout,
mach_port_name_t notify);

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：

這些概念可以參考維基百科: System_call、Trap_(computing)。

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。
關于具體的如何利用 mach port 發送信息，可以看看 NSHipster 這一篇文章，或者這里的中文翻譯。
關于Mach的歷史可以看看這篇很有趣的文章：Mac OS X 背后的故事（三）Mach 之父 Avie Tevanian。

六、蘋果用 RunLoop 實現的功能

首先我們可以看一下 App 啟動后 RunLoop 的狀態：

CFRunLoop {
current mode = kCFRunLoopDefaultMode
common modes = {
UITrackingRunLoopMode
kCFRunLoopDefaultMode
}

common mode items = {

    // source0 (manual)
    CFRunLoopSource {order =-1, {
        callout = _UIApplicationHandleEventQueue}}
    CFRunLoopSource {order =-1, {
        callout = PurpleEventSignalCallback }}
    CFRunLoopSource {order = 0, {
        callout = FBSSerialQueueRunLoopSourceHandler}}

    // source1 (mach port)
    CFRunLoopSource {order = 0,  {port = 17923}}
    CFRunLoopSource {order = 0,  {port = 12039}}
    CFRunLoopSource {order = 0,  {port = 16647}}
    CFRunLoopSource {order =-1, {
        callout = PurpleEventCallback}}
    CFRunLoopSource {order = 0, {port = 2407,
        callout = _ZL20notify_port_callbackP12__CFMachPortPvlS1_}}
    CFRunLoopSource {order = 0, {port = 1c03,
        callout = __IOHIDEventSystemClientAvailabilityCallback}}
    CFRunLoopSource {order = 0, {port = 1b03,
        callout = __IOHIDEventSystemClientQueueCallback}}
    CFRunLoopSource {order = 1, {port = 1903,
        callout = __IOMIGMachPortPortCallback}}

    // Ovserver
    CFRunLoopObserver {order = -2147483647, activities = 0x1, // Entry
        callout = _wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler}
    CFRunLoopObserver {order = 0, activities = 0x20,          // BeforeWaiting
        callout = _UIGestureRecognizerUpdateObserver}
    CFRunLoopObserver {order = 1999000, activities = 0xa0,    // BeforeWaiting | Exit
        callout = _afterCACommitHandler}
    CFRunLoopObserver {order = 2000000, activities = 0xa0,    // BeforeWaiting | Exit
        callout = _ZN2CA11Transaction17observer_callbackEP19__CFRunLoopObservermPv}
    CFRunLoopObserver {order = 2147483647, activities = 0xa0, // BeforeWaiting | Exit
        callout = _wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler}

    // Timer
    CFRunLoopTimer {firing = No, interval = 3.1536e+09, tolerance = 0,
        next fire date = 453098071 (-4421.76019 @ 96223387169499),
        callout = _ZN2CAL14timer_callbackEP16__CFRunLoopTimerPv (QuartzCore.framework)}
},

modes ＝ {
    CFRunLoopMode  {
        sources0 =  { /* same as 'common mode items' */ },
        sources1 =  { /* same as 'common mode items' */ },
        observers = { /* same as 'common mode items' */ },
        timers =    { /* same as 'common mode items' */ },
    },

    CFRunLoopMode  {
        sources0 =  { /* same as 'common mode items' */ },
        sources1 =  { /* same as 'common mode items' */ },
        observers = { /* same as 'common mode items' */ },
        timers =    { /* same as 'common mode items' */ },
    },

    CFRunLoopMode  {
        sources0 = {
            CFRunLoopSource {order = 0, {
                callout = FBSSerialQueueRunLoopSourceHandler}}
        },
        sources1 = (null),
        observers = {
            CFRunLoopObserver >{activities = 0xa0, order = 2000000,
                callout = _ZN2CA11Transaction17observer_callbackEP19__CFRunLoopObservermPv}
        )},
        timers = (null),
    },

    CFRunLoopMode  {
        sources0 = {
            CFRunLoopSource {order = -1, {
                callout = PurpleEventSignalCallback}}
        },
        sources1 = {
            CFRunLoopSource {order = -1, {
                callout = PurpleEventCallback}}
        },
        observers = (null),
        timers = (null),
    },
    
    CFRunLoopMode  {
        sources0 = (null),
        sources1 = (null),
        observers = (null),
        timers = (null),
    }
}

}

可以看到，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。

你可以在這里看到更多的蘋果內部的 Mode，但那些 Mode 在開發中就很難遇到了。

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

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，開發者也不必顯式創建 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。這個過程的詳細情況可以參考這里。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。

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。

這個函數內部的調用棧大概是這樣的：

_ZN2CA11Transaction17observer_callbackEP19__CFRunLoopObservermPv()
QuartzCore:CA::Transaction::observer_callback:
CA::Transaction::commit();
CA::Context::commit_transaction();
CA::Layer::layout_and_display_if_needed();
CA::Layer::layout_if_needed();
[CALayer layoutSublayers];
[UIView layoutSubviews];
CA::Layer::display_if_needed();
[CALayer display];
[UIView drawRect];

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。Facebook 開源的 AsyncDisplayLink 就是為了解決界面卡頓的問題，其內部也用到了 RunLoop。

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

實際上 RunLoop 底層也會用到 GCD 的東西，比如 RunLoop 是用 dispatch_source_t 實現的 Timer（評論中有人提醒，NSTimer 是用了 XNU 內核的 mk_timer，我也仔細調試了一下，發現 NSTimer 確實是由 mk_timer 驅動，而非 GCD 驅動的）。但同時 GCD 提供的某些接口也用到了 RunLoop，例如 dispatch_async()。

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。

關于網絡請求

iOS 中，關于網絡請求的接口自下至上有如下幾層:

CFSocket
CFNetwork ->ASIHttpRequest
NSURLConnection ->AFNetworking
NSURLSession ->AFNetworking2, Alamofire

CFSocket 是最底層的接口，只負責 socket 通信。
CFNetwork 是基于 CFSocket 等接口的上層封裝，ASIHttpRequest 工作于這一層。
NSURLConnection 是基于 CFNetwork 的更高層的封裝，提供面向對象的接口，AFNetworking 工作于這一層。
NSURLSession 是 iOS7 中新增的接口，表面上是和 NSURLConnection 并列的，但底層仍然用到了 NSURLConnection 的部分功能 (比如 com.apple.NSURLConnectionLoader 線程)，AFNetworking2 和 Alamofire 工作于這一層。

下面主要介紹NSURLConnection 的工作過程。

通常使用NSURLConnection 時，你會傳入一個Delegate，當調用了
[connection start]后，這個Delegate就會不停收到事件回調。實際上，start這個函數內部會獲取 CurrentLoop，然后在其中的DefaultMode添加了4個Source0（需要手動觸發的Source）。CFMultiplexerSource 是負責各種 Delegate 回調的，CFHTTPCookieStorage 是處理各種 Cookie 的。

當開始網絡傳輸時，我們可以看到com.apple.NSURLConnectionLoader 和 com.apple.CFSocket.private。NSURLConnectionLoader 這個線程內部會使用 RunLoop 來接收底層 socket 的事件，并通過之前添加的 Source0 通知到上層的 Delegate。

NSURLConnectionLoader 中的 RunLoop 通過一些基于 mach port 的 Source 接收來自底層 CFSocket的通知。當收到通知后，其會在合適的時機向 CFMultiplexerSource 的 Source0 發送通知，同時喚醒 Delegate 線程的 RunLoop 來讓其處理這些通知。CFMultiplexerSource 會在 Delegate 線程的 RunLoop 對 Delegate 執行實際的回調。

RunLoop 的實際應用舉例

AFNetworking

+ (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;
}

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。通常情況下，調用者需要持有這個 NSMachPort (mach_port) 并在外部線程通過這個 port 發送消息到 loop 內；但此處添加 port 只是為了讓 RunLoop 不至于退出，并沒有用于實際的發送消息。

(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];
}

當需要這個后臺線程執行任務時，AFNetworking 通過調用 [NSObject performSelector:onThread:..] 將這個任務扔到了后臺線程的 RunLoop 中。

AsyncDisplayKit

AsyncDisplayKit 是 Facebook 推出的用于保持界面流暢性的框架，其原理大致如下：

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、重新計算子視圖的排版等操作。
繪制一般有文本繪制（例如Core Text) 、圖片繪制（例如預先解壓）、元素繪制（Quart）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。

其中前兩類的操作可以通過各種方法直接扔到后臺線程執行，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的操作的結果（例如TextView創建是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）。

SDK 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Observe，監聽了kCFRunLoopBeforeWaiting和kCFRunLoopExit事件，在收到回調時，遍歷所有值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：AsyncDisplayKit。

三个男躁一个女,国精产品一区一手机的秘密,麦子交换系列最经典十句话,欧美国产综合欧美视频

淺談RunLoop

淺談RunLoop

一、RunLoop概念

二、RunLoop 與線程的關系

三、RunLoop 對外的接口

四、RunLoop 的 Mode

五、RunLoop 的內部邏輯

五、RunLoop 的底層實現

六、蘋果用 RunLoop 實現的功能

AutoreleasePool

事件響應

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定時器

PerformSelecter

關于GCD

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