RunLoop 深入理解

一、RunLoop 的概念

字面意思是“消息循环、运行循环”，RunLoop 实际上就是一个事件循环对象，这个对象管理了其需要处理的事件和消息，并提供了一个入口函数来执行do-while循环逻辑。线程执行了这个函数后，就会一直处于这个函数内部 “接受消息->等待->处理” 的循环中，直到这个循环结束（比如传入 quit 的消息），函数返回。

1、runloop的作用：

  • 保证程序不退出
  • 负责处理各种事件（source、timer、observer）
  • 如果没有事件发生，会让程序进入休眠状态。这样可以节省CPU资源，提高程序性能，有事做就去处理，没事做就休息。

2、API

OSX/iOS 系统中提供了两套API来访问和使用runloop：
CFRunLoopRef（CoreFoundation 框架），纯 C 函数 API，所有API都是线程安全的。
NSRunLoop（Foundation框架）， 是基于 CFRunLoopRef 的OC封装，提供了面向对象的 API，但是这些 API 不是线程安全的。

3、main 函数中的 RunLoop

UIApplicationMain函数内部就启动了一个RunLoop，所以UIApplicationMain 函数一直没有返回，保持了程序的持续运行。这个默认启动的 RunLoop 是跟主线程相关联的

二、RunLoop 与线程

CFRunLoop 是基于 pthread 来管理的，而pthread和NSThread是一一对应的。

主线程的runloop自动创建，子线程的runloop默认不创建。
runloop是不能够通过alloc init来创建。要获取runloop可以通过这两个函数CFRunLoopGetMain()和 CFRunLoopGetCurrent()来获得主线程、当前线程runloop（实质是一种懒加载）。（在NSRunloop中对应就是- mainRunloop和- currentRunloop方法）
这两个函数内部的逻辑大概是下面这样:

// 全局的Dictionary，key 是 pthread_t， value 是 CFRunLoopRef
static CFMutableDictionaryRef loopsDic;
// 访问 loopsDic 时的锁
static CFSpinLock_t loopsLock;
 
// 获取一个 pthread 对应的 RunLoop。
CFRunLoopRef _CFRunLoopGet(pthread_t thread) {
    OSSpinLockLock(&loopsLock);
    
    if (!loopsDic) {
        // 第一次进入时，初始化全局Dic，并先为主线程创建一个 RunLoop。
        loopsDic = CFDictionaryCreateMutable();
        CFRunLoopRef mainLoop = _CFRunLoopCreate();
        CFDictionarySetValue(loopsDic, pthread_main_thread_np(), mainLoop);
    }
    
    // 直接从 Dictionary 里获取。
    CFRunLoopRef loop = CFDictionaryGetValue(loopsDic, thread));
    
    if (!loop) {
        // 取不到时，创建一个
        loop = _CFRunLoopCreate();
        CFDictionarySetValue(loopsDic, thread, loop);
        // 注册一个回调，当线程销毁时，顺便也销毁其对应的 RunLoop。
        _CFSetTSD(..., thread, loop, __CFFinalizeRunLoop);
    }
    
    OSSpinLockUnLock(&loopsLock);
    return loop;
}
 
CFRunLoopRef CFRunLoopGetMain() {
    return _CFRunLoopGet(pthread_main_thread_np());
}
 
CFRunLoopRef CFRunLoopGetCurrent() {
    return _CFRunLoopGet(pthread_self());
}

从上面的代码可以看出，线程和 RunLoop 之间是一一对应的，其关系是保存在一个全局的 Dictionary 里。线程刚创建时并没有 RunLoop，如果你不主动获取，那它一直都不会有。RunLoop 的创建是发生在第一次获取时，RunLoop 的销毁是发生在线程结束时。你只能在一个线程的内部获取其 RunLoop（主线程除外）。

三、RunLoop 相关类

在 CoreFoundation 里面关于 RunLoop 有5个类:

CFRunLoopRef
CFRunLoopModeRef
CFRunLoopSourceRef
CFRunLoopTimerRef
CFRunLoopObserverRef

其中 CFRunLoopModeRef 类并没有对外暴露，只是通过 CFRunLoopRef 的接口进行了封装。他们的关系如下:

RunLoop_0

  • 一个 RunLoop可以有多个Mode，每个 Mode 又包含若干个 Source/Timer/Observer。
  • Source/Timer/Observer又叫Mode Item。不同Mode下的Mode Item互不影响
  • 一个 Item可被加入不同的Mode。但一个 Item 被重复加入同一个 Mode 时是不会有效果的。如果一个 Mode 中一个 Item 都没有，RunLoop退出。（不过如果仅仅依赖没有Mode Item来让runloop退出，这做法是不可靠的）

1、Mode Item

1.1、Source--CFRunLoopSourceRef

CFRunLoopSourceRef 是事件产生的地方。Source有两个版本：Source0 和 Source1。

  • source0 非基于端口(port)的：负责App内部事件，由App负责管理触发，例如UIEvent、UITouch事件。包含了一个回调，不能主动触发事件。使用时，你需要先调用 CFRunLoopSourceSignal(source)，将这个 Source 标记为待处理，然后手动调用 CFRunLoopWakeUp(runloop)来唤醒 RunLoop，让其处理这个事件。
    -performSelector:onThread:withObject:waitUntilDone: inModes:创建的是source0任务。
  • source1 基于port的：包含一个 mach_port 和一个回调，可监听系统端口和通过内核和其他线程发送的消息，能主动唤醒runloop，接收分发系统事件。

Source1和Timer都属于端口事件源，不同的是所有的Timer都共用一个端口(Timer Port)，而每个Source1都有不同的对应端口。
Source0属于input Source中的一部分，Input Source还包括cuntom自定义源，由其他线程手动发出。

1.2、Timer--CFRunLoopTimerRef

CFRunLoopTimerRef是基于时间的触发器，基本上说的就是NSTimer。在预设的时间点唤醒runloop执行回调。因为它是基于RunLoop的，因此它不是实时的（就是NSTimer 是不准确的。 因为RunLoop只负责分发源的消息。如果线程当前正在处理繁重的任务，就有可能导致Timer本次延时，或者少执行一次）。

1.3、Observer--CFRunLoopObserverRef

CFRunLoopObserverRef 是观察者，每个 Observer 都包含了一个回调（函数指针），当 RunLoop 的状态发生变化时，观察者就能通过回调接受到这个变化。可以观测的时间点有以下几个：

pedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
    kCFRunLoopEntry         = (1UL << 0), // 即将进入Loop
    kCFRunLoopBeforeTimers  = (1UL << 1), // 即将处理 Timer
    kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2), // 即将处理 Source
    kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5), // 即将进入休眠
    kCFRunLoopAfterWaiting  = (1UL << 6), // 刚从休眠中唤醒
    kCFRunLoopExit          = (1UL << 7), // 即将退出Loop
};

2、Mode--CFRunLoopModeRef

每次启动RunLoop时，只能指定其中一个 Mode，这个就是CurrentMode。要切换 Mode，只能退出 Loop，再重新指定一个 Mode 进入
CFRunLoopMode 和 CFRunLoop 的结构大致如下：

struct __CFRunLoopMode {
    CFRuntimeBase _base;
    pthread_mutex_t _lock;  /* must have the run loop locked before locking this */
//mode名
    CFStringRef _name;
    Boolean _stopped;
    char _padding[3];
//source0 源
    CFMutableSetRef _sources0;
//source1 源
    CFMutableSetRef _sources1;
//observer 源
    CFMutableArrayRef _observers;
//timer 源
    CFMutableArrayRef _timers;

//mach port 到 mode的映射,为了在runloop主逻辑中过滤runloop自己的port消息。
    CFMutableDictionaryRef _portToV1SourceMap;

//记录了所有当前mode中需要监听的port，作为调用监听消息函数的参数。
    __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
//使用 mk timer， 用到的mach port，和source1类似，都依赖于mach port
    mach_port_t _timerPort;
    Boolean _mkTimerArmed;
#endif
//timer触发的理想时间
    uint64_t _timerSoftDeadline; /* TSR */
//timer触发的实际时间，理想时间加上tolerance（偏差）
    uint64_t _timerHardDeadline; /* TSR */
};

系统默认注册了5个mode，以下两个是比较常用的：

kCFRunLoopDefaultMode  //App的默认Mode，通常主线程是在这个 Mode 下运行的
UITrackingRunLoopMode  //界面跟踪 Mode，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 时第进入的第一个Mode，启动完成之后就不再使用。
GSEventReceiveRunLoopMode  //接收系统时间的内部 Mode，通常用不到。
kCFRunLoopCommonModes(比较特殊)  //这时一个占位用的 Mode，不是一种真正的 Mode。

CFRunLoop对外暴露的管理 Mode 接口只有下面2个:

CFRunLoopAddCommonMode(CFRunLoopRef runloop, CFStringRef modeName);
CFRunLoopRunInMode(CFStringRef modeName, ...);

对于传入的 mode name 如果runLoop 内部没有对应 mode 时，runLoop会自动创建对应的 CFRunLoopModeRef。mode只能添加不能删除

2.1、 kCFRunLoopCommonModes

它是一个占位用的mode，它不是真正意义上的mode。
如果要在线程中开启runloop，这样写是不对的：[[NSRunLoop currentRunLoop] runMode:NSRunLoopCommonModes beforeDate:[NSDate distantFuture]];

下面来看看CFRunLoop中有关CommonMode的结构:

struct __CFRunLoop {
    CFMutableSetRef _commonModes;     // Set
    CFMutableSetRef _commonModeItems; // Set<Source/Observer/Timer>
    CFRunLoopModeRef _currentMode;    // Current Runloop Mode
    CFMutableSetRef _modes;           // Set
    ...
};

有两个要说明的地方：
1.关于mode：一个mode可以标记为common属性（用CFRunLoopAddCommonMode函数），然后它就会保存在_commonModes。主线程已有的两个modekCFRunLoopDefaultMode 和 UITrackingRunLoopMode 都已经是CommonModes了。
2.关于item：_commonModeItems里面存放的source, observer, timer等，在每次runLoop运行的时候都会被同步到具有Common标记的Modes里。比如这样：[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:_timer forMode:NSRunLoopCommonModes];就是把timer放到commonItem里。

四、RunLoop 的内部逻辑

根据苹果在文档里的说明，RunLoop 内部的逻辑大致如下:

RunLoop_1

其内部代码整理如下 （太长了不想看可以直接跳过去，后面会有说明）：

/// 用DefaultMode启动
void CFRunLoopRun(void) {
    CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopGetCurrent(), kCFRunLoopDefaultMode, 1.0e10, false);
}
 
/// 用指定的Mode启动，允许设置RunLoop超时时间
int CFRunLoopRunInMode(CFStringRef modeName, CFTimeInterval seconds, Boolean stopAfterHandle) {
    return CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopGetCurrent(), modeName, seconds, returnAfterSourceHandled);
}
 
/// RunLoop的实现
int CFRunLoopRunSpecific(runloop, modeName, seconds, stopAfterHandle) {
    
    /// 首先根据modeName找到对应mode
    CFRunLoopModeRef currentMode = __CFRunLoopFindMode(runloop, modeName, false);
    /// 如果mode里没有source/timer/observer, 直接返回。
    if (__CFRunLoopModeIsEmpty(currentMode)) return;
    
    /// 1. 通知 Observers: RunLoop 即将进入 loop。
    __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopEntry);
    
    /// 内部函数，进入loop
    __CFRunLoopRun(runloop, currentMode, seconds, returnAfterSourceHandled) {
        
        Boolean sourceHandledThisLoop = NO;
        int retVal = 0;
        do {
 
            /// 2. 通知 Observers: RunLoop 即将触发 Timer 回调。
            __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeTimers);
            /// 3. 通知 Observers: RunLoop 即将触发 Source0 (非port) 回调。
            __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeSources);
            /// 执行被加入的block
            __CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode);
            
            /// 4. RunLoop 触发 Source0 (非port) 回调。
            sourceHandledThisLoop = __CFRunLoopDoSources0(runloop, currentMode, stopAfterHandle);
            /// 执行被加入的block
            __CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode);
 
            /// 5. 如果有 Source1 (基于port) 处于 ready 状态，直接处理这个 Source1 然后跳转去处理消息。
            if (__Source0DidDispatchPortLastTime) {
                Boolean hasMsg = __CFRunLoopServiceMachPort(dispatchPort, &msg)
                if (hasMsg) goto handle_msg;
            }
            
            /// 通知 Observers: RunLoop 的线程即将进入休眠(sleep)。
            if (!sourceHandledThisLoop) {
                __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeWaiting);
            }
            
            /// 7. 调用 mach_msg 等待接受 mach_port 的消息。线程将进入休眠, 直到被下面某一个事件唤醒。
            /// • 一个基于 port 的Source 的事件。
            /// • 一个 Timer 到时间了
            /// • RunLoop 自身的超时时间到了
            /// • 被其他什么调用者手动唤醒
            __CFRunLoopServiceMachPort(waitSet, &msg, sizeof(msg_buffer), &livePort) {
                mach_msg(msg, MACH_RCV_MSG, port); // thread wait for receive msg
            }
 
            /// 8. 通知 Observers: RunLoop 的线程刚刚被唤醒了。
            __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopAfterWaiting);
            
            /// 收到消息，处理消息。
            handle_msg:
 
            /// 9.1 如果一个 Timer 到时间了，触发这个Timer的回调。
            if (msg_is_timer) {
                __CFRunLoopDoTimers(runloop, currentMode, mach_absolute_time())
            } 
 
            /// 9.2 如果有dispatch到main_queue的block，执行block。
            else if (msg_is_dispatch) {
                __CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__(msg);
            } 
 
            /// 9.3 如果一个 Source1 (基于port) 发出事件了，处理这个事件
            else {
                CFRunLoopSourceRef source1 = __CFRunLoopModeFindSourceForMachPort(runloop, currentMode, livePort);
                sourceHandledThisLoop = __CFRunLoopDoSource1(runloop, currentMode, source1, msg);
                if (sourceHandledThisLoop) {
                    mach_msg(reply, MACH_SEND_MSG, reply);
                }
            }
            
            /// 执行加入到Loop的block
            __CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode);
            
 
            if (sourceHandledThisLoop && stopAfterHandle) {
                /// 进入loop时参数说处理完事件就返回。
                retVal = kCFRunLoopRunHandledSource;
            } else if (timeout) {
                /// 超出传入参数标记的超时时间了
                retVal = kCFRunLoopRunTimedOut;
            } else if (__CFRunLoopIsStopped(runloop)) {
                /// 被外部调用者强制停止了
                retVal = kCFRunLoopRunStopped;
            } else if (__CFRunLoopModeIsEmpty(runloop, currentMode)) {
                /// source/timer/observer一个都没有了
                retVal = kCFRunLoopRunFinished;
            }
            
            /// 如果没超时，mode里没空，loop也没被停止，那继续loop。
        } while (retVal == 0);
    }
    
    /// 10. 通知 Observers: RunLoop 即将退出。
    __CFRunLoopDoObservers(rl, currentMode, kCFRunLoopExit);
}

可以看到，实际上 RunLoop 就是这样一个函数，其内部是一个 do-while 循环。当你调用 CFRunLoopRun() 时，线程就会一直停留在这个循环里；直到超时或被手动停止，该函数才会返回。

五、RunLoop 的底层实现

从上面代码可以看到，RunLoop 的核心是基于 mach port 的，其进入休眠时调用的函数是 mach_msg()。为了解释这个逻辑，下面稍微介绍一下 OSX/iOS 的系统架构。

RunLoop_3

苹果官方将整个系统大致划分为上述4个层次：

应用层包括用户能接触到的图形应用，例如 Spotlight、Aqua、SpringBoard 等。
应用框架层即开发人员接触到的 Cocoa 等框架。
核心框架层包括各种核心框架、OpenGL 等内容。
Darwin 即操作系统的核心，包括系统内核、驱动、Shell 等内容，这一层是开源的，其所有源码都可以在 opensource.apple.com 里找到。

我们在深入看一下 Darwin 这个核心的架构：

RunLoop_4

其中，在硬件层上面的三个组成部分：Mach、BSD、IOKit (还包括一些上面没标注的内容)，共同组成了 XNU 内核。
XNU 内核的内环被称作 Mach，其作为一个微内核，仅提供了诸如处理器调度、IPC (进程间通信)等非常少量的基础服务。
BSD 层可以看作围绕 Mach 层的一个外环，其提供了诸如进程管理、文件系统和网络等功能。
IOKit 层是为设备驱动提供了一个面向对象(C++)的一个框架。

Mach 本身提供的 API 非常有限，而且苹果也不鼓励使用 Mach 的 API，但是这些API非常基础，如果没有这些API的话，其他任何工作都无法实施。在 Mach 中，所有的东西都是通过自己的对象实现的，进程、线程和虚拟内存都被称为”对象”。和其他架构不同， Mach 的对象间不能直接调用，只能通过消息传递的方式实现对象间的通信。”消息”是 Mach 中最基础的概念，消息在两个端口 (port) 之间传递，这就是 Mach 的 IPC (进程间通信) 的核心。
Mach 的消息定义是在 <mach/message.h> 头文件的，很简单：

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;

一条 Mach 消息实际上就是一个二进制数据包 (BLOB)，其头部定义了当前端口 local_port 和目标端口 remote_port，发送和接受消息是通过同一个 API 进行的，其 option 标记了消息传递的方向：

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);

为了实现消息的发送和接收，mach_msg() 函数实际上是调用了一个 Mach 陷阱 (trap)，即函数mach_msg_trap()，陷阱这个概念在 Mach 中等同于系统调用。当你在用户态调用 mach_msg_trap() 时会触发陷阱机制，切换到内核态；内核态中内核实现的 mach_msg()函数会完成实际的工作，如下图：

RunLoop_5

这些概念可以参考维基百科: System_call、Trap_(computing)。
RunLoop 的核心就是一个 mach_msg() (见上面代码的第7步)，RunLoop 调用这个函数去接收消息，如果没有别人发送 port 消息过来，内核会将线程置于等待状态。例如你在模拟器里跑起一个 iOS 的 App，然后在 App 静止时点击暂停，你会看到主线程调用栈是停留在 mach_msg_trap() 这个地方。

关于具体的如何利用 mach port 发送信息，可以看看 NSHipster 这一篇文章，或者这里的中文翻译 。

六、苹果用 RunLoop 实现的功能

1、AutoreleasePool

App启动后，苹果在主线程 RunLoop 里注册了两个 Observer，其回调都是 _wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler()。

第一个 Observer 监视的事件是 Entry(即将进入Loop)，其回调内会调用_objc_autoreleasePoolPush() 创建自动释放池。其 order 是-2147483647，优先级最高，保证创建释放池发生在其他所有回调之前。

第二个 Observer 监视了两个事件： BeforeWaiting(准备进入休眠) 时调用_objc_autoreleasePoolPop() 和 _objc_autoreleasePoolPush()释放旧的池并创建新池；Exit(即将退出Loop) 时调用_objc_autoreleasePoolPop() 来释放自动释放池。这个 Observer 的 order 是 2147483647，优先级最低，保证其释放池子发生在其他所有回调之后。

在主线程执行的代码，通常是写在诸如事件回调、Timer回调内的。这些回调会被 RunLoop 创建好的 AutoreleasePool 环绕着，所以不会出现内存泄漏，开发者也不必显示创建 Pool 了。

与主线程的 RunLoop 运行逻辑类似，在程序中自定义的自动释放池，也是在即将退出 RunLoop 的时候，释放创建的自动释放池。

2、定时器

NSTimer 其实就是 CFRunLoopTimerRef，他们之间是 toll-free bridged 的。

上面有讲到 RunLoop 本身就是一个圈。更进一步说：不断地围着圈跑。

这个特性，很像城市里环城巴士。

一个 NSTimer 注册到 RunLoop 后，RunLoop 会为其重复的时间点注册好事件。

例如 10:00, 10:10, 10:20 这几个时间点。RunLoop为了节省资源，并不会在非常准确的时间点回调这个Timer。

Timer 有个属性叫做 Tolerance (宽容度)，标示了当时间点到后，容许有多少最大误差。

如果某个时间点被错过了，例如执行了一个很长的任务，则那个时间点的回调也会跳过去，不会延后执行。就比如等公交，如果 10:10 时我忙着玩手机错过了那个点的公交，那我只能等 10:20 这一趟了。

3、事件响应

苹果注册了一个 Source1 (基于 mach port 的) 用来接收系统事件，其回调函数为 __IOHIDEventSystemClientQueueCallback()。

当一个硬件事件(触摸/锁屏/摇晃等)发生后，首先由 IOKit.framework 生成一个 IOHIDEvent 事件并由 SpringBoard 接收。这个过程的详细情况可以参考这里。

SpringBoard 只接收按键(锁屏/静音等)，触摸，加速，接近传感器等几种 Event，随后用 mach port 转发给需要的App进程。随后苹果注册的那个 Source1 就会触发回调，并调用 _UIApplicationHandleEventQueue() 进行应用内部的分发。

_UIApplicationHandleEventQueue()会把 IOHIDEvent 处理并包装成 UIEvent 进行处理或分发，其中包括识别 UIGesture/处理屏幕旋转/发送给 UIWindow 等。通常事件比如 UIButton 点击、touchesBegin/Move/End/Cancel 事件都是在这个回调中完成的。

4、手势识别

当上面的_UIApplicationHandleEventQueue() 识别了一个手势时，其首先会调用 Cancel 将当前的 touchesBegin/Move/End 系列回调打断。随后系统将对应的 UIGestureRecognizer 标记为待处理。

苹果注册了一个 Observer 监测 BeforeWaiting (Loop即将进入休眠) 事件，这个Observer的回调函数是 _UIGestureRecognizerUpdateObserver()，其内部会获取所有刚被标记为待处理的 GestureRecognizer，并执行GestureRecognizer的回调。

当有 UIGestureRecognizer 的变化(创建/销毁/状态改变)时，这个回调都会进行相应处理。

5、界面更新

当在操作 UI 时，比如改变了 Frame、更新了 UIView/CALayer 的层次时，或者手动调用了 UIView/CALayer 的 setNeedsLayout/setNeedsDisplay方法后，这个 UIView/CALayer 就被标记为待处理，并被提交到一个全局的容器去。

苹果注册了一个 Observer 监听 BeforeWaiting(即将进入休眠) 和 Exit (即将退出Loop) 事件，回调去执行一个很长的函数：_ZN2CA11Transaction17observer_callbackEP19__CFRunLoopObservermPv()。这个函数里会遍历所有待处理的 UIView/CAlayer 以执行实际的绘制和调整，并更新 UI 界面。

这个函数内部的调用栈大概是这样的：

_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];

6、PerformSelecter

当调用 NSObject 的 performSelecter:afterDelay: 后，实际上其内部会创建一个 Timer 并添加到当前线程的 RunLoop 中。所以如果当前线程没有 RunLoop，则这个方法会失效。
当调用 performSelector:onThread: 时，实际上其会创建一个 Timer 加到对应的线程去，同样的，如果对应线程没有 RunLoop 该方法也会失效。

7、关于GCD

RunLoop 底层会用到 GCD 的东西，GCD 的某些 API 也用到了 RunLoop。如当调用了 dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), block)时，主队列会把该 block 放到对应的线程（恰好是主线程）中，主线程的 RunLoop 会被唤醒，从消息中取得这个 block，回调CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE() 里执行这个 block。但这个逻辑仅限于 dispatch 到主线程，dispatch 到其他线程仍然是由 libDispatch 处理的。

8、关于网络请求

iOS 中，关于网络请求的接口自下至上有如下几层:

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

CFSocket 是最底层的接口，只负责 socket 通信。• CFNetwork 是基于 CFSocket 等接口的上层封装，ASIHttpRequest 工作于这一层。
NSURLConnection 是基于 CFNetwork 的更高层的封装，提供面向对象的接口，AFNetworking 工作于这一层。
NSURLSession 是 iOS7 中新增的接口，表面上是和 NSURLConnection 并列的，但底层仍然用到了 NSURLConnection 的部分功能 (比如 com.apple.NSURLConnectionLoader 线程)，AFNetworking2 和 Alamofire 工作于这一层。

8.1、下面主要介绍下 NSURLConnection 的工作过程。

通常使用 NSURLConnection 时，你会传入一个 Delegate，当调用了 [connection start] 后，这个 Delegate 就会不停收到事件回调。实际上，start 这个函数的内部会会获取 CurrentRunLoop，然后在其中的 DefaultMode 添加了4个 Source0 (即需要手动触发的Source)。CFMultiplexerSource 是负责各种 Delegate 回调的，CFHTTPCookieStorage 是处理各种 Cookie 的。

当开始网络传输时，我们可以看到 NSURLConnection 创建了两个新线程：com.apple.NSURLConnectionLoader 和 com.apple.CFSocket.private。其中 CFSocket 线程是处理底层 socket 连接的。NSURLConnectionLoader 这个线程内部会使用 RunLoop 来接收底层 socket 的事件，并通过之前添加的 Source0 通知到上层的 Delegate。

RunLoop_network

NSURLConnectionLoader 中的 RunLoop 通过一些基于 mach port 的 Source 接收来自底层 CFSocket 的通知。当收到通知后，其会在合适的时机向 CFMultiplexerSource 等 Source0 发送通知，同时唤醒 Delegate 线程的 RunLoop 来让其处理这些通知。CFMultiplexerSource 会在 Delegate 线程的 RunLoop 对 Delegate 执行实际的回调。

七、第三方库 RunLoop 的运用

1、AFNetWorking 里面的常驻线程

(友情提醒：NSURLConnection 在 AFNetWorking 3.0 及以后已经弃用)

子线程默认是完成任务后结束。当要经常使用子线程，每次开启子线程比较耗性能。此时可以开启子线程的 RunLoop，保持 RunLoop 运行，则使子线程保持不死。AFNetworking 基于 NSURLConnection 时正是这样做的，希望在后台线程能保持活着，从而能接收到 delegate 的回调。

这一点充分体现了：我们控制了runloop ,就是控制了app 的生死。

具体做法是：

            /* 返回一个线程 */
+ (NSThread *)networkRequestThread {
        static NSThread *_networkRequestThread = nil;
        static dispatch_once_t oncePredicate;
        dispatch_once(&oncePredicate, ^{
            // 创建一个线程，并在该线程上执行下一个方法
            _networkRequestThread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self
                                                            selector:@selector(networkRequestThreadEntryPoint:)
                                                              object:nil];
            // 开启线程
            [_networkRequestThread start];
        });
        return _networkRequestThread;
    }
/* 在新开的线程中执行的第一个方法 */
+ (void)networkRequestThreadEntryPoint:(id)__unused object {
    @autoreleasepool {
        [[NSThread currentThread] setName:@"AFNetworking"];
        // 获取当前线程对应的 RunLoop
        NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];
        // 为 RunLoop 添加 source，模式为 DefaultMode
        [runLoop addPort:[NSMachPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
        // 开始运行 RunLoop
        [runLoop run];
    }
}

因为 RunLoop 启动前必须设置一个 mode，而 mode 要存在则至少需要一个 source / timer。所以上面的做法是为 RunLoop 的 DefaultMode 添加一个 NSMachPort 对象，虽然消息是可以通过 NSMachPort 对象发送到 loop 内，但这里添加的 port 只是为了 RunLoop 一直不退出，而没有发送什么消息。当然我们也可以添加一个超长启动时间的 timer 来既保持 RunLoop 不退出也不占用资源。

2、AsyncDisplayKit

AsyncDisplayKit 是 Facebook 推出的用于保持界面流畅性的框架，其原理大致如下：
UI 线程中一旦出现繁重的任务就会导致界面卡顿，这类任务通常分为3类：排版，绘制，UI对象操作。

排版通常包括计算视图大小、计算文本高度、重新计算子式图的排版等操作。
绘制一般有文本绘制 (例如 CoreText)、图片绘制 (例如预先解压)、元素绘制 (Quartz)等操作。
UI对象操作通常包括 UIView/CALayer 等 UI 对象的创建、设置属性和销毁。

其中前两类操作可以通过各种方法扔到后台线程执行，而最后一类操作只能在主线程完成，并且有时后面的操作需要依赖前面操作的结果 （例如TextView创建时可能需要提前计算出文本的大小）。
ASDK 所做的，就是尽量将能放入后台的任务放入后台，不能的则尽量推迟 (例如视图的创建、属性的调整)。

为此，ASDK 创建了一个名为 ASDisplayNode 的对象，并在内部封装了 UIView/CALayer，它具有和 UIView/CALayer 相似的属性，例如 frame、backgroundColor等。所有这些属性都可以在后台线程更改，开发者可以只通过 Node 来操作其内部的 UIView/CALayer，这样就可以将排版和绘制放入了后台线程。但是无论怎么操作，这些属性总需要在某个时刻同步到主线程的 UIView/CALayer 去。

ASDK 仿照 QuartzCore/UIKit 框架的模式，实现了一套类似的界面更新的机制：即在主线程的 RunLoop 中添加一个 Observer，监听了 kCFRunLoopBeforeWaiting 和 kCFRunLoopExit 事件，在收到回调时，遍历所有之前放入队列的待处理的任务，然后一一执行。具体的代码可以看这里：_ASAsyncTransactionGroup。

八、开发中常见 RunLoop 使用

上面系统介绍了苹果官方对于 RunLoop 的使用和常见的第三方类库的使用。
但是，我们实际应用最多的可能会是下面这些具体场景。

1、UIImageView 延迟加载图片

假设我们有一个UITableView，UITableView上面有很多UITableViewCell，UITableViewCell上面有一个UIImageView（你可以想象QQ的聊天页面）。这时候一般我们的需求都是那个UIImageView的图片需要你从网络上下载，并且异步，下载成功之后更新到UIImageView上。

实际上这个时候我们就会碰到问题，因为我们的UITableView是可以任意拖动的，所以如果不更改NSURLConnection的运行模式，那么只要 UItableView 出现滑动，NSURLConnection 所在的DefaultMode 就会退出，切换到 UITrackingRunLoopMode 。

给 UIImageView 设置图片可能耗时不少，如果此时要滑动 tableView 等则可能影响到界面的流畅。

解决是：使用 performSelector:withObject:afterDelay:inModes: 方法，将设置图片的方法放到 DefaultMode 中执行。
为了流畅性，把图片加载延迟。

2、UITableView 与 NSTimer 冲突

由于 UItabelView 在滑动的时候，会从当前的 RunLoop 默认的模式 kCFRunLoopDefaultMode (NSDefaultRunLoopMode) 退出，进入到 UITrackingRunLoopMode。

这个时候，处于 NSDefaultRunLoopMode 里面的 NSTimer 由于切换了模式造成计时器无法继续运行。

可以两个解决方法：（目的就是：即使 mode 切换，计时器依然工作）
此处参考：iOS下RunLoop的实际应用场景探究

九、RunLoop 可能的面试套路

RunLoop面试小结
什么是RunLoop?
从字面上看:运行循环、跑圈
其实它内部就是do-while循环,在这个循环内部不断的处理各种任务(比如Source、Timer、Observer)

一个线程对应一个RunLoop,主线程的RunLoop默认已经启动,子线程的RunLoop需要手动启动(调用run方法)RunLoop只能选择一个Mode启动,如果当前Mode中没有任何Soure、Timer、Observer,那么就直接退出RunLoop

在开发中如何使用RunLoop? 什么应用场景?
开启一个常驻线程(让一个子线程不进入消亡状态,等待其他线程发来消息,处理其他事件) 在子线程中开启一个定时器 在子线程中进行一些长期监控

可以控制定时器在特定模式下执行可以让某些事件(行为、任务)在特定模式下执行可以添加Observer监听RunLoop的状态,比如监听点击事件的处理(在所有点击事件之前做一些事情)

参考链接：

1、深入理解RunLoop
2、RunLoop 详解
3、视频-runloop线下分享
4、RunLoop实际应用

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