[iOS] 初识Runloop

最近想写的topic太多了，但好多是和view相关的，所以吧就先谈一下Runloop了~
源码链接：https://opensource.apple.com/tarballs/CF/

1. RunLoop是什么？

RunLoop顾名思义就是一个不停止的循环，不断地重复：
休眠->有事件需要处理->处理事件->休眠

我们的app就是基于RunLoop来生存的，当app启动会自动创建主线程以及它所对应的RunLoop，然后RunLoop会一直跑着，适时响应我们的事件，例如触摸、timer之类的。

int main(int argc, char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        NSLog(@"app start");
        int code = UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
        NSLog(@"app stop");
        return code;
    }
}

输出：
app start

如果我们把main函数改成上面那个样子，它并不会执行到app stop，因为UIApplicationMain会开启一个RunLoop并且一直死循环，不会结束，所以后面的就都不会执行了。

源码里面的CFRunLoopRun可看出当RunLoop不是stop或finish状态的时候，就会一直执行CFRunLoopRunSpecific和CHECK_FOR_FORK，的确是一个死循环。

void CFRunLoopRun(void) {   /* DOES CALLOUT */
    int32_t result;
    do {
        result = CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopGetCurrent(), kCFRunLoopDefaultMode, 1.0e10, false);
        CHECK_FOR_FORK();
    } while (kCFRunLoopRunStopped != result && kCFRunLoopRunFinished != result);
}

2. 处理哪些事件

  • 定时器（Timer）、PerformSelector
  • GCD Async Mian Queue （注意只有main queue哦）
  • 事件响应、手势识别、界面刷新
  • 网络请求
  • AutoreleasePool

3. RunLoop结构

我们先从RunLoop是神马开始看起：

struct __CFRunLoop {
    CFRuntimeBase _base;
    pthread_mutex_t _lock;          /* locked for accessing mode list */
    __CFPort _wakeUpPort;           // used for CFRunLoopWakeUp 
    Boolean _unused;
    volatile _per_run_data *_perRunData;              // reset for runs of the run loop
    pthread_t _pthread;
    uint32_t _winthread;
    CFMutableSetRef _commonModes;
    CFMutableSetRef _commonModeItems;
    CFRunLoopModeRef _currentMode;
    CFMutableSetRef _modes;
    struct _block_item *_blocks_head;
    struct _block_item *_blocks_tail;
    CFAbsoluteTime _runTime;
    CFAbsoluteTime _sleepTime;
    CFTypeRef _counterpart;
};

它里面的Mode非常重要：

CFRunLoopModeRef _currentMode;
CFMutableSetRef _modes;

每个RunLoop可以有很多个Mode，然后在各个mode间转换，每个mode有：

struct __CFRunLoopMode {
    CFRuntimeBase _base;
    pthread_mutex_t _lock;  /* must have the run loop locked before locking this */
    CFStringRef _name;
    Boolean _stopped;
    char _padding[3];
    CFMutableSetRef _sources0;
    CFMutableSetRef _sources1;
    CFMutableArrayRef _observers;
    CFMutableArrayRef _timers;
    CFMutableDictionaryRef _portToV1SourceMap;
    __CFPortSet _portSet;
    CFIndex _observerMask;
#if USE_DISPATCH_SOURCE_FOR_TIMERS
    dispatch_source_t _timerSource;
    dispatch_queue_t _queue;
    Boolean _timerFired; // set to true by the source when a timer has fired
    Boolean _dispatchTimerArmed;
#endif
#if USE_MK_TIMER_TOO
    mach_port_t _timerPort;
    Boolean _mkTimerArmed;
#endif
#if DEPLOYMENT_TARGET_WINDOWS
    DWORD _msgQMask;
    void (*_msgPump)(void);
#endif
    uint64_t _timerSoftDeadline; /* TSR */
    uint64_t _timerHardDeadline; /* TSR */
};

其中比较重要的是Mode包含和很多个set，

CFMutableSetRef _sources0;
CFMutableSetRef _sources1;
CFMutableArrayRef _observers;
CFMutableArrayRef _timers;

RunLoop只处理当前Mode里面的timer、source、observer触发的事件，其他Mode注册的timer之类的会暂停不响应。

RunLoop的Mode示意图

Mode组成：

  • Source1 : 基于Port的线程间通信
  • Source0 : 触摸事件，PerformSelectors
  • Timers : 定时器，NSTimer
  • Observer : 监听器，用于监听RunLoop的状态
①Source1: 基于Port的线程通信
@interface TestRunLoop()<NSPortDelegate>

@end

@implementation TestRunLoop

- (instancetype)init {
    self = [super init];
    if (self) {
        [self setup];
    }
    return self;
}

- (void)setup {
    [self test1];
}

- (void)test1 {
    //声明两个端口
    NSMachPort *mainPort = [[NSMachPort alloc]init];
    NSPort *threadPort = [NSMachPort port];
    
    threadPort.delegate = self;
    
    //给主线程runloop加一个端口
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:mainPort forMode:NSDefaultRunLoopMode];
    
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        //添加一个Port
        NSLog(@"Thread: %@", [NSThread currentThread]);
        [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:threadPort forMode:NSDefaultRunLoopMode];
        
        [[NSRunLoop currentRunLoop] runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate:[NSDate distantFuture]];
    });
    
    NSString *s1 = @"hello";
    
    NSData *data = [s1 dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
    
    dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
        NSMutableArray *array = [NSMutableArray arrayWithArray:@[mainPort,data]];
        //过2秒向threadPort发送一条消息，第一个参数：发送时间。msgid 消息标识。
        //components，发送消息附带参数。reserved：为头部预留的字节数（从官方文档上看到的，猜测可能是类似请求头的东西...）
        [threadPort sendBeforeDate:[NSDate date] msgid:1000 components:array from:mainPort reserved:0];
        
    });
    
}

#pragma mark - NSPortDelegate
//这个NSMachPort收到消息的回调，注意这个参数，可以先给一个id。如果用文档里的NSPortMessage会发现无法取值
- (void)handlePortMessage:(id)message {
    NSLog(@"收到消息了，线程为：%@",[NSThread currentThread]);
    
    //只能用KVC的方式取值
    NSArray *array = [message valueForKeyPath:@"components"];
    
    NSData *data =  array[1];
    NSString *s1 = [[NSString alloc]initWithData:data encoding:NSUTF8StringEncoding];
    NSLog(@"%@",s1);
    
    NSLog(@"Stack:%@", [NSThread callStackSymbols]);
}

@end

输出：
Thread: <NSThread: 0x600000c13b40>{number = 5, name = (null)}
收到消息了，线程为：<NSThread: 0x600000c13b40>{number = 5, name = (null)}
hello
Stack:(
    0   Example1                            0x0000000109e46f53 -[TestRunLoop handlePortMessage:] + 275
    1   Foundation                          0x000000010a1f4390 __NSFireMachPort + 253
    2   CoreFoundation                      0x000000010b0c7096 __CFMachPortPerform + 150
    3   CoreFoundation                      0x000000010b0f3419 __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE1_PERFORM_FUNCTION__ + 41
    4   CoreFoundation                      0x000000010b0f2a7b __CFRunLoopDoSource1 + 459
    5   CoreFoundation                      0x000000010b0ed00a __CFRunLoopRun + 2490
    6   CoreFoundation                      0x000000010b0ec302 CFRunLoopRunSpecific + 626
    7   Foundation                          0x000000010a1fa044 -[NSRunLoop(NSRunLoop) runMode:beforeDate:] + 277
    8   Example1                            0x0000000109e46b37 __20-[TestRunLoop test1]_block_invoke + 295
    9   libdispatch.dylib                   0x000000010c9f4d7f _dispatch_call_block_and_release + 12
    10  libdispatch.dylib                   0x000000010c9f5db5 _dispatch_client_callout + 8
    11  libdispatch.dylib                   0x000000010c9f87b9 _dispatch_queue_override_invoke + 1022
    12  libdispatch.dylib                   0x000000010ca06632 _dispatch_root_queue_drain + 351
    13  libdispatch.dylib                   0x000000010ca06fca _dispatch_worker_thread2 + 130
    14  libsystem_pthread.dylib             0x000000010cdde6b3 _pthread_wqthread + 583
    15  libsystem_pthread.dylib             0x000000010cdde3fd start_wqthread + 13
)

通过栈可以看出来__CFRunLoopDoSource1会接收Port的消息并对他进行处理。

② Source0: 触摸事件，PerformSelectors

重写页面的touchBegan，可以看到是由__CFRunLoopDoSources0来处理的。

- (void) touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    NSLog(@"Stack:%@", [NSThread callStackSymbols]);
}

Stack:(
    0   Example1                            0x00000001009601fd -[MainViewController touchesBegan:withEvent:] + 93
    1   UIKitCore                           0x0000000104b0ba09 forwardTouchMethod + 353
    2   UIKitCore                           0x0000000104b0b897 -[UIResponder touchesBegan:withEvent:] + 49
    3   UIKitCore                           0x0000000104b1ac48 -[UIWindow _sendTouchesForEvent:] + 1869
    4   UIKitCore                           0x0000000104b1c5d2 -[UIWindow sendEvent:] + 4079
    5   UIKitCore                           0x0000000104afad16 -[UIApplication sendEvent:] + 356
    6   UIKit                               0x000000011dd184af -[UIApplicationAccessibility sendEvent:] + 85
    7   UIKitCore                           0x0000000104bcb293 __dispatchPreprocessedEventFromEventQueue + 3232
    8   UIKitCore                           0x0000000104bcdbb9 __handleEventQueueInternal + 5911
    9   CoreFoundation                      0x00000001012d6be1 __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE0_PERFORM_FUNCTION__ + 17
    10  CoreFoundation                      0x00000001012d6463 __CFRunLoopDoSources0 + 243
    11  CoreFoundation                      0x00000001012d0b1f __CFRunLoopRun + 1231
    12  CoreFoundation                      0x00000001012d0302 CFRunLoopRunSpecific + 626
    13  GraphicsServices                    0x000000010a2622fe GSEventRunModal + 65
    14  UIKitCore                           0x0000000104ae0ba2 UIApplicationMain + 140
    15  Example1                            0x000000010095f9a0 main + 112
    16  libdyld.dylib                       0x0000000103658541 start + 1
    17  ???                                 0x0000000000000001 0x0 + 1
)
③ Timer: 定时器

用定时器看一下调用栈是由__CFRunLoopDoTimer调用的block~

- (void)testTimer {
    [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1 repeats:NO block:^(NSTimer * _Nonnull timer) {
        NSLog(@"Stack:%@", [NSThread callStackSymbols]);
    }];
}

Stack:(
    0   Example1                            0x0000000105c4b3bc __24-[TestRunLoop testTimer]_block_invoke + 92
    1   Foundation                          0x0000000106627135 __NSFireTimer + 83
    2   CoreFoundation                      0x00000001074f93e4 __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_TIMER_CALLBACK_FUNCTION__ + 20
    3   CoreFoundation                      0x00000001074f8ff2 __CFRunLoopDoTimer + 1026
    4   CoreFoundation                      0x00000001074f885a __CFRunLoopDoTimers + 266
    5   CoreFoundation                      0x00000001074f2efc __CFRunLoopRun + 2220
    6   CoreFoundation                      0x00000001074f2302 CFRunLoopRunSpecific + 626
    7   GraphicsServices                    0x000000010f54e2fe GSEventRunModal + 65
    8   UIKitCore                           0x0000000109dccba2 UIApplicationMain + 140
    9   Example1                            0x0000000105c4a690 main + 112
    10  libdyld.dylib                       0x0000000108944541 start + 1
    11  ???                                 0x0000000000000001 0x0 + 1
)
④ Observer: 用于监听RunLoop的状态
- (void)testObserver {
    CFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreateWithHandler(CFAllocatorGetDefault(), kCFRunLoopAllActivities, YES, 0, ^(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity) {
        switch (activity) {
            case kCFRunLoopEntry:
                NSLog(@"RunLoop进入");
                break;
            case kCFRunLoopBeforeTimers:
                NSLog(@"RunLoop要处理Timers了");
                break;
            case kCFRunLoopBeforeSources:
                NSLog(@"RunLoop要处理Sources了");
                break;
            case kCFRunLoopBeforeWaiting:
                NSLog(@"RunLoop要休息了");
                break;
            case kCFRunLoopAfterWaiting:
                NSLog(@"RunLoop醒来了");
                break;
            case kCFRunLoopExit:
                NSLog(@"RunLoop退出了");
                break;
                
            default:
                break;
        }
        
        NSLog(@"Stack:%@", [NSThread callStackSymbols]);
    });
    
    CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetCurrent(), observer, kCFRunLoopDefaultMode);
}

输出截取stack部分：
Stack:(
    0   Example1                            0x0000000108a97144 __27-[TestRunLoop testObserver]_block_invoke + 1076
    1   CoreFoundation                      0x0000000109d430f7 __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__ + 23
    2   CoreFoundation                      0x0000000109d3d5be __CFRunLoopDoObservers + 430
    3   CoreFoundation                      0x0000000109d3de69 __CFRunLoopRun + 2073
    4   CoreFoundation                      0x0000000109d3d302 CFRunLoopRunSpecific + 626
    5   GraphicsServices                    0x000000011239c2fe GSEventRunModal + 65
    6   UIKitCore                           0x000000010e0e4ba2 UIApplicationMain + 140
    7   Example1                            0x0000000108a96040 main + 112
    8   libdyld.dylib                       0x000000010b6bb541 start + 1
    9   ???                                 0x0000000000000001 0x0 + 1
)

因为Observer回调太多啦所以就只截取一个Stack片段，但还是可以看出来是由__CFRunLoopDoObservers来处理Observer事件滴。

题外话：
上篇GCD源码分析的时候我们看dispatch_async的调用堆栈是没有RunLoop的身影，那个是因为用的自己创建的并行queue，如果是dispatch给main queue是不同的哦，这个是会出现RunLoop滴。

dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
  NSLog(@"Stack:%@", [NSThread callStackSymbols]);
});

输出：
Stack:(
    0   Example1                            0x000000010b952a90 __20-[TestRunLoop setup]_block_invoke + 64
    1   libdispatch.dylib                   0x000000010e502d7f _dispatch_call_block_and_release + 12
    2   libdispatch.dylib                   0x000000010e503db5 _dispatch_client_callout + 8
    3   libdispatch.dylib                   0x000000010e511080 _dispatch_main_queue_callback_4CF + 1540
    4   CoreFoundation                      0x000000010cc008a9 __CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__ + 9
    5   CoreFoundation                      0x000000010cbfaf56 __CFRunLoopRun + 2310
    6   CoreFoundation                      0x000000010cbfa302 CFRunLoopRunSpecific + 626
    7   GraphicsServices                    0x00000001152652fe GSEventRunModal + 65
    8   UIKitCore                           0x000000010fa07ba2 UIApplicationMain + 140
    9   Example1                            0x000000010b951dd0 main + 112
    10  libdyld.dylib                       0x000000010e578541 start + 1
    11  ???                                 0x0000000000000001 0x0 + 1
)

4. RunLoop与线程

每个线程都对应一个RunLoop，我们是不能创建的，只能通过下面的两种方法获取当前线程的RunLoop:
CFRunLoopGetMain() //获取主线程的RunLoop
CFRunLoopGetCurrent() //获取当前线程的RunLoop
or
[NSRunLoop currentRunLoop]; // 获得当前线程的RunLoop对象
[NSRunLoop mainRunLoop]; // 获得主线程的RunLoop对象

我们来看一下源码里面是怎么get滴~

CFRunLoopRef CFRunLoopGetMain(void) {
    CHECK_FOR_FORK();
    static CFRunLoopRef __main = NULL; // no retain needed
    if (!__main) __main = _CFRunLoopGet0(pthread_main_thread_np()); // no CAS needed
    return __main;
}

CFRunLoopRef CFRunLoopGetCurrent(void) {
    CHECK_FOR_FORK();
    CFRunLoopRef rl = (CFRunLoopRef)_CFGetTSD(__CFTSDKeyRunLoop);
    if (rl) return rl;
    return _CFRunLoopGet0(pthread_self());
}

CF_EXPORT CFRunLoopRef _CFRunLoopGet0(pthread_t t) {
    ……
    //从字典里找thread为key的value是否存在
    CFRunLoopRef loop = (CFRunLoopRef)CFDictionaryGetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t));
    __CFUnlock(&loopsLock);

    //如果不存在则创建新的RunLoop并放入字典
    if (!loop) {
    CFRunLoopRef newLoop = __CFRunLoopCreate(t);
        __CFLock(&loopsLock);
    loop = (CFRunLoopRef)CFDictionaryGetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t));
    if (!loop) {
        CFDictionarySetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t), newLoop);
        loop = newLoop;
    }
        // don't release run loops inside the loopsLock, because CFRunLoopDeallocate may end up taking it
        __CFUnlock(&loopsLock);
    CFRelease(newLoop);
    }
    ……
    return loop;
}

可以看出来每个线程所对应的的RunLoop是存在字典里面的，thread作为key，RunLoop作为value。

主线程的RunLoop会自动创建，子线程不会自动创建RunLoop，除非主动调用CFRunLoopGetCurrent。

我们先尝试run一下面的代码，会发现木有任何log，因为子线程不会自动创建RunLoop，所以没有用于处理Timer的RunLoop，导致timer不会执行（这也是GCD source和timer不太一样的地方）。

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
    [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1 repeats:NO block:^(NSTimer * _Nonnull timer) {
        NSLog(@"Thread:%@", [NSThread currentThread]);
        NSLog(@"Stack:%@", [NSThread callStackSymbols]);
    }];
});

我们自己主动在thread中创建一个timer，控制台就会有log输出啦~ （太多了Log就不粘过来了）

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
    [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1 repeats:NO block:^(NSTimer * _Nonnull timer) {
        NSLog(@"Thread:%@", [NSThread currentThread]);
        NSLog(@"Stack:%@", [NSThread callStackSymbols]);
    }];
    
    // 主动开启RunLoop
    [[NSRunLoop currentRunLoop] runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate:[NSDate distantFuture]];
});

线程如果没有RunLoop，那么当任务执行完毕以后他就会被销毁，但是如果有RunLoop，就会一直活着，直到RunLoop退出。

NSThread *thread1 = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run:) object:@"test"];
    
[thread1 start];

__weak typeof(NSThread)*weakThread = thread1;
dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
    NSLog(@"thread1: %@", weakThread);
});

- (void)run:(NSString *)string {
    NSLog(@"task executed thread:%@", [NSThread currentThread]);
}

输出：
task executed thread:<NSThread: 0x60000305d900>{number = 5, name = (null)}
thread1: (null)

如果没有强引用，一般thread在执行完任务以后就会被销毁，如果想让thread仍旧活着，可以通过增加RunLoop的方法，只要线程对应的RunLoop在跑着，thread就不会被回收。

NSThread *thread1 = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run:) object:@"test"];
    
[thread1 start];

__weak typeof(NSThread)*weakThread = thread1;
dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
    NSLog(@"thread1: %@", weakThread);
});

- (void)run:(NSString *)string {
    NSLog(@"task executed thread:%@", [NSThread currentThread]);
    
    // 启动RunLoop并添加port监听防止RunLoop自己退出
    NSPort *threadPort = [NSMachPort port];
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:threadPort forMode:NSDefaultRunLoopMode];
    [[NSRunLoop currentRunLoop] runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate:[NSDate distantFuture]];
}

输出：
task executed thread:<NSThread: 0x6000035f9b00>{number = 5, name = (null)}
thread1: <NSThread: 0x6000035f9b00>{number = 5, name = main}

这一次的thread在即使没有强引用的情况下，由于RunLoop的运行也没有被销毁，如果想要销毁这个thread，必须停止RunLoop。

那么要如何停止RunLoop呢？
方式一共有3种：

  • 移除掉runloop中的所有事件源（timer和source）
  • 设置一个超时时间 (run起来RunLoop时设置)
  • 只要CFRunloop运行起来就可以用CFRunLoopStop()停止

总结一下如果想让线程一直活着，就得让他的RunLoop一直跑着，并且Mode不能为空哦，否则就会自动退出RunLoop哦。（注意只有Observer是不能保活RunLoop滴，也会被判断为空）

5. RunLoop工作流程

从stack我们可以看出来每次处理其实都是在__CFRunLoopRun方法内做的：

void CFRunLoopRun(void) {   /* DOES CALLOUT */
    int32_t result;
    do {
        result = CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopGetCurrent(), kCFRunLoopDefaultMode, 1.0e10, false);
        CHECK_FOR_FORK();
    } while (kCFRunLoopRunStopped != result && kCFRunLoopRunFinished != result);
}

SInt32 CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopRef rl, CFStringRef modeName, CFTimeInterval seconds, Boolean returnAfterSourceHandled) {     /* DOES CALLOUT */
    ……
    // 如果mode是空就return，直接stop当前的RunLoop
    CFRunLoopModeRef currentMode = __CFRunLoopFindMode(rl, modeName, false);
    if (NULL == currentMode || __CFRunLoopModeIsEmpty(rl, currentMode, rl->_currentMode)) {
    Boolean did = false;
    if (currentMode) __CFRunLoopModeUnlock(currentMode);
    __CFRunLoopUnlock(rl);
    return did ? kCFRunLoopRunHandledSource : kCFRunLoopRunFinished;
    }

……
        // 通知Observers在entry和exit的时候
    if (currentMode->_observerMask & kCFRunLoopEntry ) __CFRunLoopDoObservers(rl, currentMode, kCFRunLoopEntry);
    result = __CFRunLoopRun(rl, currentMode, seconds, returnAfterSourceHandled, previousMode);
    if (currentMode->_observerMask & kCFRunLoopExit ) __CFRunLoopDoObservers(rl, currentMode, kCFRunLoopExit);
……
}

// 精简后的 __CFRunLoopRun函数，保留了主要代码
static int32_t __CFRunLoopRun(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopModeRef rlm, CFTimeInterval seconds, Boolean stopAfterHandle, CFRunLoopModeRef previousMode) {
    int32_t retVal = 0;
    do {
        // 通知Observers：即将处理Timers
        __CFRunLoopDoObservers(rl, rlm, kCFRunLoopBeforeTimers); 
        
        // 通知Observers：即将处理Sources
        __CFRunLoopDoObservers(rl, rlm, kCFRunLoopBeforeSources);
        
        // 处理Blocks
        __CFRunLoopDoBlocks(rl, rlm);
        
        // 处理Sources0
        if (__CFRunLoopDoSources0(rl, rlm, stopAfterHandle)) {
            // 处理Blocks
            __CFRunLoopDoBlocks(rl, rlm);
        }
        
        // 如果有Sources1，就跳转到handle_msg标记处
        if (__CFRunLoopServiceMachPort(dispatchPort, &msg, sizeof(msg_buffer), &livePort, 0, &voucherState, NULL)) {
            goto handle_msg;
        }
        
        // 通知Observers：即将休眠
        __CFRunLoopDoObservers(rl, rlm, kCFRunLoopBeforeWaiting);
        
        // 进入休眠，等待其他消息唤醒
        __CFRunLoopSetSleeping(rl);
        __CFPortSetInsert(dispatchPort, waitSet);
        do {
            __CFRunLoopServiceMachPort(waitSet, &msg, sizeof(msg_buffer), &livePort, poll ? 0 : TIMEOUT_INFINITY, &voucherState, &voucherCopy);
        } while (1);
        
        // 醒来
        __CFPortSetRemove(dispatchPort, waitSet);
        __CFRunLoopUnsetSleeping(rl);
        
        // 通知Observers：已经唤醒
        __CFRunLoopDoObservers(rl, rlm, kCFRunLoopAfterWaiting);
        
    handle_msg: // 看看是谁唤醒了RunLoop，进行相应的处理
        if (被Timer唤醒的) {
            // 处理Timer
            __CFRunLoopDoTimers(rl, rlm, mach_absolute_time());
        }
        else if (被GCD唤醒的) {
            __CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__(msg);
        } else { // 被Sources1唤醒的
            __CFRunLoopDoSource1(rl, rlm, rls, msg, msg->msgh_size, &reply);
        }
        
        // 执行Blocks
        __CFRunLoopDoBlocks(rl, rlm);
        
        // 根据之前的执行结果，来决定怎么做，为retVal赋相应的值
        if (sourceHandledThisLoop && stopAfterHandle) {
            retVal = kCFRunLoopRunHandledSource;
        } else if (timeout_context->termTSR < mach_absolute_time()) {
            retVal = kCFRunLoopRunTimedOut;
        } else if (__CFRunLoopIsStopped(rl)) {
            __CFRunLoopUnsetStopped(rl);
            retVal = kCFRunLoopRunStopped;
        } else if (rlm->_stopped) {
            rlm->_stopped = false;
            retVal = kCFRunLoopRunStopped;
        } else if (__CFRunLoopModeIsEmpty(rl, rlm, previousMode)) {
            retVal = kCFRunLoopRunFinished;
        }
        
    } while (0 == retVal);
    
    return retVal;
}

根据源码很多的流程图都是下面酱紫的，但是在Reference里面关于误解的一篇有纠正“是否存在Source1”的判断其实是有问题的，以及唤醒的时候也是其实等待的是Source1，具体可以看作者的验证哈。

RunLoop运行流程

每个RunLoop只能运行一个Mode，系统提供5种Mode：

  • kCFRunLoopDefaultMode：App的默认Mode，通常主线程是在这个Mode下运行
  • UITrackingRunLoopMode：界面跟踪Mode，所有UI交互事件，例如用于ScrollView追踪触摸滑动，保证界面滑动时不受其他Mode影响
  • UIInitializationRunLoopMode：在刚启动App时进入的第一个Mode，启动完成后就不再使用
  • GSEventReceiveRunLoopMode：接受系统事件的内部Mode，通常用不到
  • kCFRunLoopCommonModes：这是一个占位用的Mode，不是一种真正的Mode，是一种模式集合。将一个input source关联到这个模式集合上，等于将input source关联到这个模式集合中的所有模式上。在iOS系统中NSRunLoopCommonMode包含NSDefaultRunLoopMode、UITrackingRunLoopMode。

通过CFRunLoopAddCommonMode可以将某个mode加到CommonModes里面。
其实这个Mode并不是一个真正的Mode，只是用于当你需要一个Timer/Source…在多个Mode下都可以被触发，就将它加入这个CommonMode，并确保你的多个Mode在CommonMode之中就OK啦。

由于每个时间点RunLoop只能运行在一种Mode下，是不可能将它设置为这个CommonMode的，CommonMode存在的意义就是让RunLoop运行在其他Mode时都可以触发规定的Source，它自身并没有什么东西所以只是一个占位Mode，RunLoop不会真的运行在这个Mode里面。

实现原理摘抄：
一个 Mode 可以将自己标记为"Common"属性（通过将其 ModeName 添加到 RunLoop 的"commonModes"中）。RunLoop 会自动将 _commonModeItems 加入到具有 "Common" 标记的所有Mode里。
例如，当将Timer加入到顶层的 RunLoop 的 "commonModeItems"中时，"commonModeItems" 被 RunLoop 自动更新到所有具有"Common"属性的 Mode 里去。

  • 自定义Mode：可以设置自定义的运行模式Mode，可以用CFRunLoopAddCommonMode添加到NSRunLoopCommonModes中

其实在我们触发界面滑动的时候，会发现timer之类的是不工作的，就是因为RunLoop切换到了UITrackingRunLoopMode，于是kCFRunLoopDefaultMode里面的timer就不能被触发了。

我们来测试一下UI交互过程中会切换mode这个事儿~

[NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1 repeats:YES block:^(NSTimer * _Nonnull timer) {
  NSLog(@"timer arrive");
}];

然后在viewController里面加一个textView，如果滑动textView过程中会发现timer并不会打印log。

如果我希望Timer不要被UI交互打断要怎么办呢？
A: 可以将它加入到CommonMode而不是DefaultMode

NSTimer *timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:1 repeats:YES block:^(NSTimer * _Nonnull timer) {
  NSLog(@"timer arrive");
}];
    
[[NSRunLoop mainRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];

把代码改成上面酱紫即使在滑动TextView过程中，timer的日志也会不断地打印滴~

如果需要切换Mode，只能退出RunLoop，再重新指定一个Mode进入，这样做主要是为了分隔开不同组的Source、Timer、Observer，让其互不影响。如果Mode里没有任何Source0/Source1/Timer/Observer，RunLoop会立马退出。
（系统run起来一个RunLoop可以指定的Mode枚举值只有Default和Commons所以也木有好的切换案例。。。）

我们只能看一下RunLoop的几种启动方法了：

  • (void)run; //进入处理事件循环，如果没有事件则立刻返回。
    注意：主线程上调用这个方法会导致无法返回（进入无限循环，虽然不会阻塞主线程），因为主线程一般总是会有事件处理。

  • (void)runUntilDate:(NSDate *)limitDate; //同run方法，增加超时参数limitDate，避免进入无限循环。
    使用在UI线程（亦即主线程）上，可以达到暂停的效果，因为UI线程始终有事件处理，所以在limitDate时会返回继续之后的代码执行。

  • (BOOL)runMode:(NSString *)mode beforeDate:(NSDate *)limitDate; //等待消息处理，好比在PC终端窗口上等待键盘输入。一旦有合适事件被处理了，则立刻返回；类同run方法，如果没有事件处理也立刻返回；有否事件处理由返回布尔值判断。同样limitDate为超时参数。

  • (void)acceptInputForMode:(NSString *)mode beforeDate:(NSDate *)limitDate; //似乎和runMode:差不多（测试过是这种结果，但确定是否有其它特殊情况下的不同），没有BOOL返回值。

官网文档也提到run和runUntilDate:会以NSDefaultRunLoopMode参数调用runMode:来处理事件。

这里尝试一下几种方式的区别：

- (void)test1 {
    //声明两个端口
    NSMachPort *mainPort = [[NSMachPort alloc]init];
    NSPort *threadPort = [NSMachPort port];
    
    threadPort.delegate = self;
    
    //给主线程runloop加一个端口
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:mainPort forMode:NSDefaultRunLoopMode];
    
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        //添加一个Port
        [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:threadPort forMode:NSDefaultRunLoopMode];
        
        // 每次替换这个地方的方法
//        [[NSRunLoop currentRunLoop] runUntilDate:[NSDate distantFuture]];
//        [[NSRunLoop currentRunLoop] run];
        [[NSRunLoop currentRunLoop] runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate:[NSDate distantFuture]];
        
        NSLog(@"continue");
    });
    
    NSString *s1 = @"hello";
    
    NSData *data = [s1 dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
    
    dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
        NSMutableArray *array = [NSMutableArray arrayWithArray:@[mainPort,data]];
        //过2秒向threadPort发送一条消息，第一个参数：发送时间。msgid 消息标识。
        //components，发送消息附带参数。reserved：为头部预留的字节数（从官方文档上看到的，猜测可能是类似请求头的东西...）
        [threadPort sendBeforeDate:[NSDate date] msgid:1000 components:array from:mainPort reserved:0];
    });
}

#pragma mark - NSPortDelegate
//这个NSMachPort收到消息的回调，注意这个参数，可以先给一个id。如果用文档里的NSPortMessage会发现无法取值
- (void)handlePortMessage:(id)message {
    NSLog(@"收到消息了，线程为：%@",[NSThread currentThread]);
    
    //只能用KVC的方式取值
    NSArray *array = [message valueForKeyPath:@"components"];
    
    NSData *data =  array[1];
    NSString *s1 = [[NSString alloc]initWithData:data encoding:NSUTF8StringEncoding];
    NSLog(@"%@",s1);
}

三种方式的输出是不一样滴：

// runMode:
收到消息了，线程为：<NSThread: 0x600003a16f40>{number = 5, name = (null)}
hello
continue

// runUntil:
收到消息了，线程为：<NSThread: 0x600002485800>{number = 5, name = (null)}
hello

// run:
收到消息了，线程为：<NSThread: 0x60000042d300>{number = 5, name = (null)}
hello

也就是runUntil和run会循环处理事件，runUntil是有超时时间的，但是run是木有滴；而runMode只要处理一次事件就返回了，不会一直循环处理。

6. RunLoop生命周期

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
};

  • kCFRunLoopEntry：
    每次RunLoop重新进入时的activity，RunLoop每一次进入一个Mode，就通知一次外部 kCFRunLoopEntry，之后会一直以该Mode运行，如果切换到其他Mode，会再次通知 kCFRunLoopEntry。

  • kCFRunLoopBeforeTimers：
    这个在工作流程分析的时候已经看到过了，就是在处理timer和source之前发出的通知
    __CFRunLoopDoObservers(rl, rlm, kCFRunLoopBeforeTimers);
    注意虽然可能没有timer，但是这个通知是肯定每次都会发的，相当于是准备处理的通知

  • kCFRunLoopBeforeSources：
    同上~ 在调用__CFRunLoopDoObservers(rl, rlm, kCFRunLoopBeforeTimers); 之后会马上调用的__CFRunLoopDoObservers(rl, rlm, kCFRunLoopBeforeSources);

  • kCFRunLoopBeforeWaiting：
    这个activity表示当前线程即将可能进入睡眠，如果能够从内核队列上读出msg则继续运行任务，如果当前队列上没多余消息，则进入睡眠状态。

  • kCFRunLoopAfterWaiting：
    这个activity是当前线程从睡眠状态中收到消息恢复执行任务的通知。每一次RunLoop从睡眠状态中恢复必调的一个activity。

  • kCFRunLoopExit：
    切换Mode的时候会调用到这个activity，即RunLoop退出了。

  • kCFRunLoopAllActivities：
    监听所有状态

在加了前面章节的Observer以后，如果执行CFRunLoopStop(CFRunLoopGetCurrent())，则会看到下面的log，如果不执行就Stop就不会看到前面的两个退出和进入的log：

RunLoop退出了
RunLoop进入
RunLoop要处理Timers了
RunLoop要处理Sources了
RunLoop要处理Timers了
RunLoop要处理Sources了
……
RunLoop要处理Timers了
RunLoop要处理Sources了
RunLoop要休息了
RunLoop醒来了
RunLoop要处理Timers了
RunLoop要处理Sources了
RunLoop要处理Timers了
RunLoop要处理Sources了
RunLoop要休息了

最后，其实还有很多东西木有提及，比如自动释放池、应用之类的，留一个小小的问题吧~ 也是看reference的时候看到的一个小考题：

 (void)test{
    NSLog(@"任务B");
}
-(void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event
{
    NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithBlock:^{
        NSLog(@"任务A");
    }];
    [thread start];
    [self performSelector:@selector(test) onThread:thread withObject:nil waitUntilDone:YES];
}

这个的打印结果会是什么嘞？

答案：
任务A
*** Terminating app due to uncaught exception 'NSDestinationInvalidException', reason: '*** -[ViewController performSelector:onThread:withObject:waitUntilDone:modes:]: target thread exited while waiting for the perform'

因为start thread以后那个线程执行完任务就被销毁了，所以再给nil对象执行performSelector会crash。

Reference:

  1. 底层原理：https://www.jianshu.com/p/de752066d0ad
  2. 浅谈：https://www.jianshu.com/p/41d037f535c5
  3. 误解：https://www.jianshu.com/p/ae0118f968bf
  4. 源码及应用：https://www.jianshu.com/p/d6c5c0bf97fd
  5. port通信：https://blog.csdn.net/sharpyl/article/details/61016634
  6. 应用：https://www.jianshu.com/p/e29f846d8a97
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