Runloop
實(shí)現(xiàn)了線程內(nèi)部的事件循環(huán)。一個線程通常一次只能執(zhí)行一個任務(wù)，任務(wù)執(zhí)行完成線程就會退出，但是有時候，我們希望線程能夠一直處理事件不退出，或者說有事件就執(zhí)行，沒事件就等待事件。就比如主線程，app能隨時接收消息，處于接收消息 -> 等待 -> 處理的循環(huán)中

Runloop與線程的關(guān)系
1、Runloop與線程一一對應(yīng)
2、線程創(chuàng)建時沒有Runloop，Runloop的創(chuàng)建發(fā)生在第一次獲取時，類似懶加載
3、Runloop的銷毀發(fā)生在線程結(jié)束時
4、主線程的Runloop默認(rèn)開啟
5、Runloop用于管理線程中要處理的事件和消息，并有一個入口函數(shù)，在線程執(zhí)行完后能一直處于接收消息 -> 等待 -> 處理的循環(huán)中，直至線程結(jié)束

iOS中的NSRunloop和CFRunloopRef
Cocoa中的NSRunLoop類并不是線程安全的，我們不能在一個線程中去操作另外一個線程的run loop對象，那很可能會造成意想不到的后果。不過幸運(yùn)的是CoreFundation中的不透明類CFRunLoopRef是線程安全的，而且兩種類型的run loop完全可以混合使用。Cocoa中的NSRunLoop類可以通過實(shí)例方法：

• (CFRunLoopRef)getCFRunLoop;
  獲取對應(yīng)的CFRunLoopRef類，來達(dá)到線程安全的目的

Runloop如何工作

Runloop的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

• CoreFoundation下的Runloop

typedef CFStringRef CFRunLoopMode CF_EXTENSIBLE_STRING_ENUM;

typedef struct CF_BRIDGED_MUTABLE_TYPE(id) __CFRunLoop * CFRunLoopRef;

typedef struct CF_BRIDGED_MUTABLE_TYPE(id) __CFRunLoopSource * CFRunLoopSourceRef;

typedef struct CF_BRIDGED_MUTABLE_TYPE(id) __CFRunLoopObserver * CFRunLoopObserverRef;

typedef struct CF_BRIDGED_MUTABLE_TYPE(NSTimer) __CFRunLoopTimer * CFRunLoopTimerRef;

struct __CFRunLoopMode {
    CFStringRef _name;            // Mode Name, 例@"kCFRunLoopDefaultMode"
    CFMutableSetRef _sources0;    // Set
    CFMutableSetRef _sources1;    // Set
    CFMutableArrayRef _observers; // Array
    CFMutableArrayRef _timers;    // Array
    ...
};
  
struct __CFRunLoop {
    CFMutableSetRef _commonModes;     // Set
    CFMutableSetRef _commonModeItems; // Set
    CFRunLoopModeRef _currentMode;    // Current Runloop Mode
    CFMutableSetRef _modes;           // Set
    ...
};

• Runloop的Mode
  我們都知道Runloop有幾個常用的模式，比如：NSDefaultRunLoopMode\NSRunLoopCommonModes\UITrackingRunLoopMode，每個Mode包含一組source\observer\timer, 又稱為Mode item，要知道不同mode的下，Runloop的工作機(jī)制是不完全相同的，所以，每個Runloop對象中會有很多mode
  1、Runloop啟動時，只能選擇一個mode進(jìn)行配置
  2、當(dāng)mode要切換，Runloop會退出，選擇新的mode重新啟動，這樣做主要是為了分隔開不同組的 Source/Timer/Observer，讓其互不影響
  3、每個mode會有一個name用于區(qū)分，一組observer觀察Runloop的狀態(tài)，另外就是事件源sources和timer，封裝事件消息
  4、當(dāng)mode切換時，Runloop會將commonModeItems的source\observer\timer，同步到具有common屬性的mode中

• CFRunLoopSourceRef 是事件產(chǎn)生的地方。Source有兩個版本：Source0 和 Source1。
  Source0 只包含了一個回調(diào)（函數(shù)指針），它并不能主動觸發(fā)事件。使用時，你需要先調(diào)用 CFRunLoopSourceSignal(source)，將這個 Source 標(biāo)記為待處理，然后手動調(diào)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(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 能主動喚醒 RunLoop 的線程，其原理在下面會講到。

• CFRunLoopTimerRef 是基于時間的觸發(fā)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(diào)（函數(shù)指針）。當(dāng)其加入到 RunLoop 時，RunLoop會注冊對應(yīng)的時間點(diǎn)，當(dāng)時間點(diǎn)到時，RunLoop會被喚醒以執(zhí)行那個回調(diào)。

• CFRunLoopObserverRef 是觀察者，每個 Observer 都包含了一個回調(diào)（函數(shù)指針），當(dāng) RunLoop 的狀態(tài)發(fā)生變化時，觀察者就能通過回調(diào)接受到這個變化。可以觀測的時間點(diǎn)有以下幾個：

/* Run Loop Observer Activities */
 typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
    kCFRunLoopEntry = (1UL << 0),
    kCFRunLoopBeforeTimers = (1UL << 1),
    kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2),
    kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5),
    kCFRunLoopAfterWaiting = (1UL << 6),
    kCFRunLoopExit = (1UL << 7),
    kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU
};

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應(yīng)用場景舉例：主線程的 RunLoop 里有兩個預(yù)置的 Mode：kCFRunLoopDefaultMode 和 UITrackingRunLoopMode。這兩個 Mode 都已經(jīng)被標(biāo)記為"Common"屬性。DefaultMode 是 App 平時所處的狀態(tài)，TrackingRunLoopMode 是追蹤 ScrollView 滑動時的狀態(tài)。當(dāng)你創(chuàng)建一個 Timer 并加到 DefaultMode 時，Timer 會得到重復(fù)回調(diào)，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(diào)，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(diào)，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(nèi)部的 mode，當(dāng)你傳入一個新的 mode name 但 RunLoop 內(nèi)部沒有對應(yīng) mode 時，RunLoop會自動幫你創(chuàng)建對應(yīng)的 CFRunLoopModeRef。對于一個 RunLoop 來說，其內(nèi)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(yīng)的 Mode。

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

AutoreleasePool
App啟動后，蘋果在主線程 RunLoop 里注冊了兩個 Observer，其回調(diào)都是 _wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler()。
第一個 Observer 監(jiān)視的事件是 Entry(即將進(jìn)入Loop)，其回調(diào)內(nèi)會調(diào)用 _objc_autoreleasePoolPush() 創(chuàng)建自動釋放池。其 order 是-2147483647，優(yōu)先級最高，保證創(chuàng)建釋放池發(fā)生在其他所有回調(diào)之前。
第二個 Observer 監(jiān)視了兩個事件： BeforeWaiting(準(zhǔn)備進(jìn)入休眠) 時調(diào)用_objc_autoreleasePoolPop() 和 _objc_autoreleasePoolPush() 釋放舊的池并創(chuàng)建新池；Exit(即將退出Loop) 時調(diào)用 _objc_autoreleasePoolPop() 來釋放自動釋放池。這個 Observer 的 order 是 2147483647，優(yōu)先級最低，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)會被 RunLoop 創(chuàng)建好的 AutoreleasePool 環(huán)繞著，所以不會出現(xiàn)內(nèi)存泄漏，開發(fā)者也不必顯示創(chuàng)建 Pool 了。
事件響應(yīng)
蘋果注冊了一個 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)一個硬件事件(觸摸/鎖屏/搖晃等)發(fā)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(xì)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(zhuǎn)發(fā)給需要的App進(jìn)程。隨后蘋果注冊的那個 Source1 就會觸發(fā)回調(diào)，并調(diào)用 _UIApplicationHandleEventQueue() 進(jìn)行應(yīng)用內(nèi)部的分發(fā)。
_UIApplicationHandleEventQueue() 會把 IOHIDEvent 處理并包裝成 UIEvent 進(jìn)行處理或分發(fā)，其中包括識別 UIGesture/處理屏幕旋轉(zhuǎn)/發(fā)送給 UIWindow 等。通常事件比如 UIButton 點(diǎn)擊、touchesBegin/Move/End/Cancel 事件都是在這個回調(diào)中完成的。

手勢識別
當(dāng)上面的 _UIApplicationHandleEventQueue() 識別了一個手勢時，其首先會調(diào)用 Cancel 將當(dāng)前的 touchesBegin/Move/End 系列回調(diào)打斷。隨后系統(tǒng)將對應(yīng)的 UIGestureRecognizer 標(biāo)記為待處理。
蘋果注冊了一個 Observer 監(jiān)測 BeforeWaiting (Loop即將進(jìn)入休眠) 事件，這個Observer的回調(diào)函數(shù)是 _UIGestureRecognizerUpdateObserver()，其內(nèi)部會獲取所有剛被標(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，這個回調(diào)都會進(jìn)行相應(yīng)處理。
界面更新
當(dāng)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(diào)用了 UIView/CALayer 的 setNeedsLayout/setNeedsDisplay方法后，這個 UIView/CALayer 就被標(biāo)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(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)行一個很長的函數(shù)：
_ZN2CA11Transaction17observer_callbackEP19__CFRunLoopObservermPv()。這個函數(shù)里會遍歷所有待處理的 UIView/CAlayer 以執(zhí)行實(shí)際的繪制和調(diào)整，并更新 UI 界面。

定時器
NSTimer 其實(shí)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(fù)的時間點(diǎn)注冊好事件。例如 10:00, 10:10, 10:20 這幾個時間點(diǎn)。RunLoop為了節(jié)省資源，并不會在非常準(zhǔn)確的時間點(diǎn)回調(diào)這個Timer。Timer 有個屬性叫做 Tolerance (寬容度)，標(biāo)示了當(dāng)時間點(diǎn)到后，容許有多少最大誤差。
如果某個時間點(diǎn)被錯過了，例如執(zhí)行了一個很長的任務(wù)，則那個時間點(diǎn)的回調(diào)也會跳過去，不會延后執(zhí)行。就比如等公交，如果 10:10 時我忙著玩手機(jī)錯過了那個點(diǎn)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(shí)際實(shí)現(xiàn)原理更復(fù)雜，和 NSTimer 并不一樣，其內(nèi)部實(shí)際是操作了一個 Source）。如果在兩次屏幕刷新之間執(zhí)行了一個長任務(wù)，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(dāng)調(diào)用 NSObject 的 performSelecter:afterDelay: 后，實(shí)際上其內(nèi)部會創(chuàng)建一個 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，則這個方法會失效。
當(dāng)調(diào)用 performSelector:onThread: 時，實(shí)際上其會創(chuàng)建一個 Timer 加到對應(yīng)的線程去，同樣的，如果對應(yīng)線程沒有 RunLoop 該方法也會失效。
關(guān)于GCD
實(shí)際上 RunLoop 底層也會用到 GCD 的東西，比如 RunLoop 是用 dispatch_source_t 實(shí)現(xiàn)的 Timer。但同時 GCD 提供的某些接口也用到了 RunLoop， 例如 dispatch_async()。
當(dāng)調(diào)用 dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), block) 時，libDispatch 會向主線程的 RunLoop 發(fā)送消息，RunLoop會被喚醒，并從消息中取得這個 block，并在回調(diào) CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE() 里執(zhí)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。