前言

接上篇 核心機制 ，本文主要介紹RunLoop在應用中的實踐。
iOS/OS X系統中很多基礎功能，比如自動釋放池就是由RunLoop實現或者協助實現的，所以RunLoop是iOS系統中基礎中的基礎，組件中的組件。

• 由RunLoop直接管理的機制有：自動釋放池、定時器、視圖刷新等機制。這些機制的生命周期完全由RunLoop管理。
• 需要RunLoop支持的機制有：事件響應、動畫、異步方法調用、網絡請求等機制。這些機制借助了RunLoop的特性完成自己的功能。

管理自動釋放池

自動釋放池，AutoreleasePool有兩種管理方式，一種方式是由程序員負責管理，通過AutoreleasePool塊將塊中的臨時變量在出塊的時候釋放掉，主要在循環讀取大文件中會用到。
另一種方式就是由系統管理AutoreleasePool的創建和銷毀，實質上這個系統管理就是Runloop管理的。

App啟動后，主線程RunLoop中會注冊Observer，分別在RunLoopEntry、BeforeWaiting和Exit時調用。回調都是_wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler()。

• RunLoopEntry Observer 在RunLoop進入的時候會被觸發，在_wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler()函數中調用_objc_autoreleasePoolPush()創建自動釋放池。order是- 2^31，優先級最高，確保在所有回調之前創建自動釋放池。

• RunLoopBeforWaiting Observer 在RunLoop進入休眠之前被觸發，同樣在_wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler()函數中處理，但是調用的方法不同，分別調用_objc_autoreleasePoolPop()和_objc_autoreleasePoolPush()方法。釋放舊的自動釋放池，同時創建新的自動釋放池。

• RunLoopExit Observer 在RunLoop退出的時候被觸發。調用_objc_autoreleasePoolPop()釋放自動釋放池。

由于RunLoop管理AutoreleasePool，所以在線程中執行代碼，無論是事件回調，還是Timer回調都回被AutoreleasePool環繞，所以不會有內存泄露的問題。

管理定時器

timer是RunLoop的事件源之一，timer添加到RunLoop之后，RunLoop會在timer的時間點上注冊定時事件。因為各種原因，RunLoop執行回調的時間點并不準確，可能在執行一個長任務，可能在其他mode下。Timer有個屬性叫Tolerance，寬容度，這個屬性標示了當timer被觸發的時候同標定的時間點允許有多大的誤差度。

如果超過寬容度在這個時間點timer的回調函數不會被執行。同樣的如果某個時間點被錯過了，則這個時間點也會被跳過，回調函數不會被觸發執行。也就出現了，1秒執行一次的timer，理論上1分鐘應該執行60次，但是出現了執行57、58次的情況。

NSTimer同CFRunLoopTimerRef 是 toll-free bridged的。底層由XNU 內核的mk_timer 驅動。

管理視圖刷新

當視圖內容更新的時候，調用layoutSubView方法進行重新布局，調用drawRect方法進行重繪。我們都知道在開發的時候不能直接調用layoutSubviews或者drawRect方法，而是調用setNeedsLayout方法觸發重新布局，setNeedsDisplay方法觸發重新繪制。這樣做的目的是為了效率和流暢度，眾所周知界面的重新布局和重新繪制都是非常耗時的操作，如果在短時間內頻繁進行這個操作，CPU就沒辦法進行其他操作，影響app整體的運行效率和流暢度。所以將需要重排、重繪的View和Layer進行標記，在一次RunLoop循環中只進行一次重排、重繪操作。

這個視圖刷新的機制就需要RunLoop去支持。RunLoop Observer會在即將進入休眠 BeforeWaiting 和 退出 Exit 的時候調用CFRunLoopObservermPv()函數，這個函數會遍歷所有有標記的View和Layer，執行真正的重新布局和重新繪制方法。達到刷新視圖界面的目的。

CFRunLoopObservermPv()

QuartzCore::observer_callback:
CA::commit();
CA::commit_transaction();
                layout_and_display_if_needed();
layout_if_needed();
                        
[CALayer layoutSublayers];
[UIView layoutSubviews];

display_if_needed();
[CALayer display];
[UIView drawRect];

支持事件響應

在RunLoop中事件源分為Source0和Source1。Source1事件是可以主動喚醒RunLoop的，Source1除了回調函數外還有一個mack_port端口，通過這個端口來接收系統事件，回調函數是_IOHIDEventSystemClientQueueCallback()。

當硬件事件如觸屏、搖晃、翻轉、鎖屏，系統會由IOKit產生一個用戶設備（human interface devices）事件。事件類型：IOHIDEvent。由SpringBoard組件負責接收。
SpringBoard 只接收按鍵，觸屏，加速，接近傳感器等4種 事件。之后通過mach_port發送給注冊的應用進程，應用進程通過Source1事件源響應這個事件，并通過_UIApplicationHandleEventQueue()進行分發。

_UIApplicationHandleEventQueue方法會將IOHIDEvent對象封裝成UIEvent對象再進行分發，手勢、屏幕旋轉交給Window處理，點擊事件交給響應者鏈處理。touchBegin、touchMove、touchEnd都是在這個方法中調用的。

手勢事件同touch事件是互斥的，如果UIEvent被識別成一個手勢，則不會當成touch事件來處理。系統會調用Cancel將touchBegin、touchMove中斷。
當_UIApplicationHandleEventQueue()識別一個手勢時，會將對應的手勢標記為待處理。當RunLoop 通過Observer 準備進入到休眠狀態時，Observer的回調函數會處理所有標記為待處理的手勢，并執行手勢的回調方法。

支持動畫渲染

Core Animation

Core Animation 在呈現的過程中有三個tree。

• model tree
• presentation tree
• render tree

model tree是我們可以直接操作的tree，當修改CALayer的時候，CALayer的屬性值會修改model tree。

presentation tree 是layer在屏幕中的真實位置也是一個CALayer對象。可以通過view.layer.presentationLayer 獲得。presentation是只讀的

render tree 是私有的，應用開發無法訪問到。render tree在專用的render server 進程中執行，是真正用來渲染動畫的地方，線程優先級高于主線程。所以即使app主線程阻塞，也不會影響到動畫的繪制工作。無論隱式還是顯式動畫都是在當前線程的RunLoop結束后提交到render tree。因為 commit transaction 操作是從app進程到render server 進程是IPC，會有進程間通訊開銷，所以官方不推薦我們手動 commit transaction。

CADisplayLink

CADisplayLink 的selector是在屏幕內容刷新完成的時候調用。實質上是向RunLoop注冊了一個Source0事件。CADisplayLink一般被用來執行自定義動畫和播放視頻，相比于CoreAnimation的方式，CADisplayLink會導致部分繪制工作放在了App的進程中進行，增大了CPU和內存的開銷，更容易引發性能問題。

CADisplayLink可以用來播放視頻，使用AVPlayerItemVideoOutput 提供一個樣板緩沖區（sample buffers），輸出到CAEAGLLayer 上。CAEAGLLayer 是 Core Animation Embedded Apple Graphics Library 的縮寫。OpenGL ES渲染出來的圖層在iOS中必須使用 CAEAGLLayer 。通過CADisplayLink 從緩沖區拿紋理內容，呈現在屏幕上。
官方代碼

支持異步方法調用

performSelector

performSelector.jpg

上圖引自蘋果的官方文檔，除了輸入源和定時源之外，RunLoop還是performSelector的基礎設施。

我們使用 performSelector:onThread: 或者 performSelecter:afterDelay: 時，實際上系統會創建一個Timer并添加到當前線程的RunLoop中。所以如果當前線程沒有RunLoop，performSelector 方法就會失效。

GCD

dispatch_async() 方法，當第一個參數是主線程隊列的時候，libDispatch 會向主線程RunLoop發送mack_msg 消息。如果RunLoop在休眠態，會被喚醒，從消息中取得dispatch_async() 第二個參數 block 并執行。

為了確保GCD的有效性， dispatch_async() 到其他線程是由libDispatch處理，并不涉及到RunLoop。

支持網絡請求

在iOS中進行網絡通訊功能的開發一般都是基于NSURLConnection。NSURLConnection的底層是CFNetwork，CFNetwork是基于CFSocket的。NSURLConnection是基于socket的面向對象的網絡庫。
在iOS7之后蘋果提供了NSURLSession，相比NSURLConnection提供了更豐富的功能，如身份驗證、后臺下載等。底層都是基于CFNetwork和CFSocket。

NSURLConnection的start()方法中，會獲取當前的RunLoop，getCurrentRunLoop，然后在其中的defaultMode中添加Source0事件用于接收網絡回調。

NSURLConnection會創建兩個新線程：

• com.apple.CFSocket.private 線程，負責處理socket連接
• com.apple.NSURLConnectionLoader 線程， 用于接受底層socket 的 Source1 事件，通過 Source0 事件通知到NSURLConnection的start所在的RunLoop中。

參與整個網絡通訊的有3個線程，2個RunLoop。

Run Loop應用實踐

Run Loop主要有以下三個應用場景：

• 維護線程的生命周期，讓線程不自動退出
• 創建常駐線程，執行一些會一直存在的任務。該線程的生命周期跟App相同
• 在一定時間內監聽某種事件，或執行某種任務的線程

維護線程的生命周期

isFinished為Yes時退出。

NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];
[runLoop addPort:[NSMachPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
while (!self.isCancelled && !self.isFinished) {
    @autoreleasepool {
            [runLoop runUntilDate:[NSDate dateWithTimeIntervalSinceNow:3]];
    }
}

創建常駐線程

@autoreleasepool {
        NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];
        [runLoop addPort:[NSMachPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
        [runLoop run];
}

在一定時間內監聽某種事件

• 如下代碼，在30分鐘內，每隔30s執行onTimerFired:。這種場景一般會出現在，如我需要在應用啟動之后，在一定時間內持續更新某項數據。

@autoreleasepool {
    NSRunLoop * runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];
    NSTimer * udpateTimer = [NSTimer timerWithTimeInterval:30
                                                    target:self
                                                  selector:@selector(onTimerFired:)
                                                  userInfo:nil
                                                   repeats:YES];
    [runLoop addTimer:udpateTimer forMode:NSRunLoopCommonModes];
    [runLoop runUntilDate:[NSDate dateWithTimeIntervalSinceNow:60*30]];
}

• AFNetworking中RunLoop的創建

+ (void)networkRequestThreadEntryPoint:(id)__unused object {
    @autoreleasepool {
        [[NSThread currentThread] setName:@"AFNetworking"];

        NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];
         // 這里主要是監聽某個 port，目的是讓RunLoop不會退出，確保該 Thread 不會被回收
        [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 開發注意

//錯誤做法 
NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];
while (!self.isCancelled && !self.isFinished) {
    [runLoop runUntilDate:[NSDate dateWithTimeIntervalSinceNow:3]];
};

//正確做法
NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];
[runLoop addPort:[NSMachPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
while (!self.isCancelled && !self.isFinished) {
    @autoreleasepool {
        [runLoop runUntilDate:[NSDate dateWithTimeIntervalSinceNow:3]];
    }
}

參考文章

http://iphonedevwiki.net/index.php/IOHIDFamily
https://en.wikipedia.org/wiki/SpringBoard
https://developer.apple.com/library/content/documentation/Cocoa/Conceptual/Multithreading/RunLoopManagement/RunLoopManagement.html#//apple_ref/doc/uid/10000057i-CH16-SW1
https://developer.apple.com/reference/foundation/urlsession
https://developer.apple.com/library/content/documentation/Cocoa/Conceptual/CoreAnimation_guide/Introduction/Introduction.html