Runloop是一個神奇的東西，它貫穿了一個iOS應用的生命周期而一直為伴。本文會對Runloop有一部分講解，但看這篇文章之前，你仍需要對Runloop有一個基本的了解，可以看大神的這篇文章。我留意到網絡上對Runloop原理講解的文章很多，但示例代碼很少。本文主要用代碼展示一些Runloop的玩法，會涉及到部分的CoreFoundation的API調用。

大家都知道Runloop的一個Mode里可包含三樣東西：Source, Observer, Timer，它們被稱為Mode Item。簡而言之，Runloop依據Mode去跑，任何一個Item都需要添加進一個Mode里才為之有效。這里涉及的方法有：

• CFRunLoopAddSource()
• CFRunLoopAddObserver()
• CFRunLoopAddTimer()

以上是Core Foundation的API，我省略了參數沒寫，CF的API太嚇人了。lol。

好吧，其實分別涉及三個參數：Runloop自身，item自身，以及Mode囖！
在Cocoa對Runloop的封裝里，API就沒那么豐富了。添加mode item的方法有：

• addTimer:forMode:
• addPort:forMode:

Timer也就是NSTimer對象，在常規開發里涉及Runloop最多可能也就它了；Port就厲害了，Mach port是iOS系統(Darwin)的進程間通信方式，屬于Source的一種，這個下面再說。

Observer

首先我們說Observer。它是一個對象沒錯，但簡單點理解：它是一個回調。

Apple的Runloop實現中會在特定的6個時刻嘗試觸發Observer調用（這里的時刻是也可以理解為一種事件）。分別是：

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
    kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU // 所有時刻
};

為什么我說“嘗試觸發”而不是“觸發”呢？（自己想）

例如：iOS模板工程的main函數里使用了@autoreleasepool包裹，實際蘋果向主線程Runloop注冊了兩個Observer。一個監聽Entry事件，這個Observer回調中調用_objc_autoreleasePoolPush()來創建自動釋放池；一個監聽BeforeWaiting和Exit事件，這個Observer調用_objc_autoreleasePoolPop()和_objc_autoreleasePoolPush()來釋放引用池和新建池，Exit時釋放池。因此實現了每一個Runloop循環都釋放引用池的效果。

說了那么多，我們如何自己寫一個Observer呢？
Cocoa里沒有涉及Observer的的API，我們使用CoreFoundation的。

在這里我們將注冊一個監聽所有事件的Observer。
我們新建一個線程，開啟它的Runloop，然后把自定義的observer添加進它的Runloop里。

#import "RLThread.h"
@implementation RLThread

- (void)main {
    [[NSThread currentThread] setName:@"MyRunLoopThread"];

    CFRunLoopRef myCFRunLoop = CFRunLoopGetCurrent();
    CFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreateWithHandler(NULL, kCFRunLoopAllActivities, YES, 0, ^(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity) {
        switch (activity) {
            case kCFRunLoopEntry:
                NSLog(@"observer: loop entry");
                break;
            case kCFRunLoopBeforeTimers:
                NSLog(@"observer: before timers");
                break;
            case kCFRunLoopBeforeSources:
                NSLog(@"observer: before sources");
                break;
            case kCFRunLoopBeforeWaiting:
                NSLog(@"observer: before waiting");
                break;
            case kCFRunLoopAfterWaiting:
                NSLog(@"observer: after waiting");
                break;
            case kCFRunLoopExit:
                NSLog(@"observer: exit");
                break;
            case kCFRunLoopAllActivities:
                NSLog(@"observer: all activities");
                break;
            default:
                break;
        }
    });
    CFRunLoopAddObserver(myCFRunLoop, observer, kCFRunLoopDefaultMode);

    NSRunLoop *myRunLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];
    [myRunLoop addPort:[NSPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];

    BOOL done = NO;
    do
    {
        // Start the run loop but return after each source is handled.
        SInt32   result = CFRunLoopRunInMode(kCFRunLoopDefaultMode, 30, YES);
        if (result == kCFRunLoopRunFinished) {
            NSLog(@"====runloop finished(no sources or timers), exit");
            done = YES;
        } else if (result == kCFRunLoopRunStopped) {
            NSLog(@"====runloop stopped, exit");
            done = YES;
        } else if (result == kCFRunLoopRunTimedOut) {
            NSLog(@"====runloop timeout, exit");
            done = NO;
        } else if (result == kCFRunLoopRunHandledSource) {
            NSLog(@"====runloop process a source, exit");
            done = YES;
        }
    }
    while (!done);
}

這個線程啟動后講進入它的main方法。我們定義了一個監聽所有事件的observer，在回調里打印出每個事件描述。從創建observer的方法CFRunLoopObserverCreateWithHandler(...)可見observer包含了一個block回調。當然也可使用另外一個CFRunLoopObserverCreate(...)方法，里面包含了一個回調函數指針參數，道理是一樣的。

如果在observer的回調函數里打斷點，可以看到調用函數棧，最終它是通過一串很長的函數__CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__來調用出去。

Paste_Image.png

static void __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(CFRunLoopObserverCallBack func, CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity, void *info) {
    if (func) {
        func(observer, activity, info);
    }
    asm __volatile__(""); // thwart tail-call optimization
}

可見它會判斷是否func存在才去回調，而它就是設置在observer的回調函數（這里就是那個block）了。

在開啟Runloop前，添加了一個Port，防止Runloop在無source和timer的情況下直接退出，僅僅有observer是不夠的。前面說過port是一種source，當然這里你也可以添加timer，這里添加一個不會使用到的port只是寫起來方便。眾所周知大名鼎鼎的AFNetworking也使用了這種套路，不過它是addPort完之后就直接調用-run來開啟Runloop了。

開啟Runloop

這里說下開啟Runloop的幾種方法：

Cocoa API

• runMode:beforeDate:
  指定Runloop的Mode和超時時間。返回YES，如果Runloop跑起來并且處理了一個source，或者超時時間到；如果沒有添加source或timer，則直接退出Runloop并返回NO。

注意這里timer并不是source。如果處理了一次timer并不會導致返回，原因在于timer也許是重復的。

• run
  Runloop默認以NSRunloopDefaultMode一直跑下去，實際是通過循環調用runMode:beforeDate:去實現的。用這個方法跑無法在Runloop過程中改變mode，因此如果希望Runloop有所終止就不應用此方法，而是用第一個。
• run:untilDate:
  跟run差不多但有超時時間。

CoreFoundation API

CFRunLoopRunResult CFRunLoopRunInMode(CFRunLoopMode mode, CFTimeInterval seconds, Boolean returnAfterSourceHandled);

指定mode和timeout，第三個參數指定是否在處理了一個source后就返回。返回值類型為一個整型枚舉：

typedef CF_ENUM(SInt32, CFRunLoopRunResult) {
    kCFRunLoopRunFinished = 1, // 沒有timer或source
    kCFRunLoopRunStopped = 2,  // runloop被外界終止(調用CFRunloopStop）
    kCFRunLoopRunTimedOut = 3,  // 超時返回
    kCFRunLoopRunHandledSource = 4 // 處理了一個source而返回
};

可見CF的API提供了比Cocoa更豐富的接口。所以我們采用CF的API，可根據返回值類型而決定是否要重啟Runloop。很多的Runloop實踐都是將開啟Runloop的方法嵌套在一個while循環里來實現的。如上一節的Demo所示。

上面的線程跑起來后，將會進入到一個Runloop的循環到隨眠，直至Runloop超時后被重啟（因為沒有source和timer來喚醒Runloop）。observer回調的輸出可見于log：

2017-04-12 15:09:28.465 RunloopPlayer[89041:22264822] observer: loop entry
2017-04-12 15:09:28.465 RunloopPlayer[89041:22264822] observer: before timers
2017-04-12 15:09:28.465 RunloopPlayer[89041:22264822] observer: before sources
2017-04-12 15:09:28.466 RunloopPlayer[89041:22264822] observer: before waiting
2017-04-12 15:09:58.466 RunloopPlayer[89041:22264822] observer: after waiting
2017-04-12 15:09:58.467 RunloopPlayer[89041:22264822] observer: exit
2017-04-12 15:09:58.467 RunloopPlayer[89041:22264822] ====runloop timeout, exit
2017-04-12 15:09:58.467 RunloopPlayer[89041:22264822] observer: loop entry
2017-04-12 15:09:58.468 RunloopPlayer[89041:22264822] observer: before timers
2017-04-12 15:09:58.468 RunloopPlayer[89041:22264822] observer: before sources
2017-04-12 15:09:58.469 RunloopPlayer[89041:22264822] observer: before waiting

可見Runloop在28秒處進入到58秒被喚醒而退出，恰好是設置的超時時間。程序設定若是由于timeout退出的Runlooph會被重啟。

以上是observer的使用和開啟Runloop的方法。下面我們將通過添加Source來進一步考察Runloop的機制。

Source

Source分兩種版本：source0和source1。source1是基于mach port的，而source0為自定義的source。

最新的iOS Cocoa 已發現無法使用mach port的API了，可能跟iOS加強沙盒安全有關。CF的我沒試，知道的同學可以告訴我。

在iOS應用里，蘋果注冊了一些自定義的source（包括source0和source1）來響應各種硬件事件。（有些文章說硬件事件都注冊成了source1，我自己測試并不全是這樣。例如，我測試發現鎖屏事件是被source0觸發的，而屏幕旋轉事件為source1。不知道真機與模擬器會不會不一樣，如果有什么黑盒我遺漏的歡迎同學們指出。。這里先不過多糾結這個問題了）

下面說說source0的用法。

自定義source

source主要包含了一個context結構

typedef struct {
    CFIndex version;
    void *  info;
    const void *(*retain)(const void *info);
    void    (*release)(const void *info);
    CFStringRef (*copyDescription)(const void *info);
    Boolean (*equal)(const void *info1, const void *info2);
    CFHashCode  (*hash)(const void *info);
    void    (*schedule)(void *info, CFRunLoopRef rl, CFRunLoopMode mode);
    void    (*cancel)(void *info, CFRunLoopRef rl, CFRunLoopMode mode);
    void    (*perform)(void *info);
} CFRunLoopSourceContext;

可見它主要都是一些回調。本例中我們用到后三個，其中schedule是source被添加到Runloop后的回調，cancel為Runloop退出并清除source時的回調，最后也是最關鍵的perform為source被觸發時的回調。

剛才的demo，在Runloop啟動前，加入如下代碼：

CFRunLoopSourceContext context = {0, (__bridge void *)(self), NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, RunloopSourceScheduleRoutine, RunloopSourceCancelRoutine, RunloopSourcePerformRoutine };
source = CFRunLoopSourceCreate(NULL, 0, &context);
runLoop = CFRunLoopGetCurrent();
CFRunLoopAddSource(runLoop, source, kCFRunLoopDefaultMode);

這樣就添加了一個source。

再定義schedule，cancel，perform幾個回調函數, 它們已經被加入到source context結構中：

void RunloopSourceScheduleRoutine(void *info, CFRunLoopRef rl, CFRunLoopMode mode) {
    NSLog(@"Schedule routine: source is added to runloop");
}

void RunloopSourceCancelRoutine(void *info, CFRunLoopRef rl, CFRunLoopMode mode) {
    NSLog(@"Cancel Routine: source removed from runloop");
}

void RunloopSourcePerformRoutine(void *info) {
    NSLog(@"Perform Routine: source has fired");
}

然后再主線程定義觸發source的函數（比如在ViewController設置一個點擊事件）：

- (IBAction)fireSourceToRunloopOf2ndThread:(id)sender {
    CFRunLoopSourceRef source = self.anotherThread->source;
    CFRunLoopSourceSignal(source);
    CFRunLoopWakeUp(self.anotherThread->runLoop);
}

CFRunLoopSourceSignal和CFRunLoopWakeUp函數觸發一個source并把目標線程的Runloop從隨眠中換醒來。

調用順序日志：

2017-04-12 16:45:52.445 RunloopPlayer[91055:22478145] Schedule routine: source is added to runloop
2017-04-12 16:45:52.449 RunloopPlayer[91055:22478145] observer: loop entry
2017-04-12 16:45:52.450 RunloopPlayer[91055:22478145] observer: before timers
2017-04-12 16:45:52.450 RunloopPlayer[91055:22478145] observer: before sources
2017-04-12 16:45:52.451 RunloopPlayer[91055:22478145] observer: before waiting
2017-04-12 16:46:00.677 RunloopPlayer[91055:22478145] observer: after waiting
2017-04-12 16:46:00.678 RunloopPlayer[91055:22478145] observer: before timers
2017-04-12 16:46:00.678 RunloopPlayer[91055:22478145] observer: before sources
2017-04-12 16:46:00.678 RunloopPlayer[91055:22478145] Perform Routine: source has fired
2017-04-12 16:46:00.679 RunloopPlayer[91055:22478145] observer: exit
2017-04-12 16:46:00.679 RunloopPlayer[91055:22478145] ====runloop process a source, exit
2017-04-12 16:46:12.857 RunloopPlayer[91055:22478145] Cancel Routine: source removed from runloop

注意在16:46:00時候觸發source，從日志可看出，Runloop的事件處理時序是對應官方描述的。引用一個圖：

RunLoop_1.png

在本例中Runloop被喚醒后跳回到了第2步。

在perform回調中打個斷點可看到函數調用棧：

Paste_Image.png

實際上observer和source的核心就是一個回調。

Perform Selector Source

我們實際編程中會較常接觸到的，這也是一種自定義的Source。
它們是Cocoa對CFRunloopSource的高層封裝，它們都可以用Core Foundation的Source API去實現。

Hint: 這里的withObject:參數對應CFRunLoopSourceContext的void *info;

performSelector方法簇包含了以下方法：

performSelectorOnMainThread:withObject:waitUntilDone:
performSelectorOnMainThread:withObject:waitUntilDone:modes:
performSelector:onThread:withObject:waitUntilDone:
performSelector:onThread:withObject:waitUntilDone:modes:
performSelector:withObject:afterDelay:
performSelector:withObject:afterDelay:inModes:
cancelPreviousPerformRequestsWithTarget:
cancelPreviousPerformRequestsWithTarget:selector:object:

我們也可以用它來對目標線程添加并觸發一個source。例如在一個控制器里（主線程），觸發一個source：

- (IBAction)start2ndThread:(UIButton *)sender {
    RLThread *thread = [[RLThread alloc] init];
    self.anotherThread = thread;
    [thread start];
}

- (IBAction)performOn2ndThread:(id)sender {
    NSThread *theThread = self.anotherThread;
    [self performSelector:@selector(greetingFromMain:) onThread:theThread withObject:@"hello" waitUntilDone:NO modes:@[NSDefaultRunLoopMode]];
}

- (void)greetingFromMain:(NSString *)greeting {
    NSLog(@"greeting from main: %@", greeting);
}

函數調用棧剛才自定義source是類似的：

Paste_Image.png

第2行多了一項__NSThreadPerformPerform調用, 這就是Cocoa的封裝。

輸出日志這里不貼出來了，類似的。

Timer

關于Timer的用法資料就很多了，暫時這里先不詳述，日后待更。

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參考資料：

• Threading Programming Guide
• 深入理解Runloop