一.RunLoop简介
运行循环，在程序运行过程中循环做一些事情，如果没有Runloop程序执行完毕就会立即退出，如果有Runloop程序会一直运行，并且时时刻刻在等待用户的输入操作。RunLoop可以在需要的时候自己跑起来运行，在没有操作的时候就停下来休息。充分节省CPU资源，提高程序性能。
二.RunLoop基本作用
- 保持程序持续运行：程序一启动就会开一个主线程，主线程一开起来就会跑一个主线程对应的RunLoop,RunLoop保证主线程不会被销毁，也就保证了程序的持续运行
- 处理App中的各种事件（比如：触摸事件，定时器事件，Selector事件等）
- 节省CPU资源，提高程序性能：程序运行起来时，当什么操作都没有做的时候，RunLoop就告诉CPU，现在没有事情做，我要去休息，这时CPU就会将其资源释放出来去做其他的事情，当有事情做的时候RunLoop就会立马起来去做事情
三.RunLoop对象及结构
RunLoop对象
CFRunLoopRef 是在 CoreFoundation 框架内的，它提供了纯 C 函数的 API，所有这些 API 都是线程安全的。
NSRunLoop 是基于 CFRunLoopRef 的封装，提供了面向对象的 API，但是这些 API 不是线程安全的。
获取RunLoop对象
Foundation
[NSRunLoop currentRunLoop]; // 获得当前线程的RunLoop对象
[NSRunLoop mainRunLoop]; // 获得主线程的RunLoop对象
Core Foundation
CFRunLoopGetCurrent(); // 获得当前线程的RunLoop对象
CFRunLoopGetMain(); // 获得主线程的RunLoop对象
RunLoop结构体
__CFRunLoop结构体
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; //线程对象，在后续与线程的关系中会讲到
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;
};
除一些记录性属性外，主要来看一下以下两个成员变量
CFRunLoopModeRef _currentMode;
CFMutableSetRef _modes;
CFRunLoopModeRef 其实是指向__CFRunLoopMode结构体的指针，__CFRunLoopMode结构体源码如下
typedef struct __CFRunLoopMode *CFRunLoopModeRef;
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 */
};
主要查看以下成员变量
CFMutableSetRef _sources0;
CFMutableSetRef _sources1;
CFMutableArrayRef _observers;
CFMutableArrayRef _timers;
一个 RunLoop 包含若干个 Mode，每个 Mode 又包含若干个 Source/Timer/Observer。每次调用 RunLoop 的主函数时，只能指定其中一个 Mode，这个Mode被称作 CurrentMode。如果需要切换 Mode，只能退出 Loop，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。
四.RunLoop开启->运行->退出
1.开启
UIApplicationMain函数内启动了Runloop，程序不会马上退出，而是保持运行状态。因此每一个应用必须要有一个runloop，
我们知道主线程一开起来，就会跑一个和主线程对应的RunLoop，那么RunLoop一定是在程序的入口main函数中开启。
int main(int argc, char * argv[]) {
@autoreleasepool {
NSLog(@"开始");
return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
NSLog(@"结束");
}
}
运行程序，我们发现只会打印开始，并不会打印结束，这说明在UIApplicationMain函数中，开启了一个和主线程相关的RunLoop，导致UIApplicationMain不会返回，一直在运行中，也就保证了程序的持续运行。
我们来看到RunLoop的源码
// 用DefaultMode启动
void CFRunLoopRun(void) { /* DOES CALLOUT */
int32_t result;
do {
result = CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopGetCurrent(), kCFRunLoopDefaultMode, 1.0e10, false);
CHECK_FOR_FORK();
} while (kCFRunLoopRunStopped != result && kCFRunLoopRunFinished != result);
}
我们发现RunLoop确实是do while通过判断result的值实现的。因此，我们可以把RunLoop看成一个死循环。如果没有RunLoop，UIApplicationMain函数执行完毕之后将直接返回，也就没有程序持续运行一说了。
2.运行处理逻辑
我们通过几张图片来了解一下RunLoop内部的运行原理及流程
通过图片可以看出，RunLoop在跑圈过程中(保持程序持续运行)，当接收到Input sources 或者 Timer sources时就会交给对应的处理方去处理(处理App中的各种事件)。当没有事件消息传入的时候，RunLoop就休息了(节省CPU资源，提高程序性能)。
1.退出
- 主线程销毁RunLoop退出
- Mode中有一些Timer、Source、Observer，这些保证Mode不为空时保证RunLoop没有空转并且是在运行的，当Mode中为空的时候，RunLoop会立刻退出
- 我们在启动RunLoop的时候可以设置什么时候停止
[NSRunLoop currentRunLoop]runUntilDate:<#(nonnull NSDate *)#>
[NSRunLoop currentRunLoop]runMode:<#(nonnull NSString *)#> beforeDate:<#(nonnull NSDate *)#>
五.RunLoop和线程间的关系
1.每条线程都有唯一的一个与之对应的RunLoop对象
2.RunLoop保存在一个全局的Dictionary里，线程作为key,RunLoop作为value
3.主线程的RunLoop已经自动创建好了，子线程的RunLoop需要主动创建
4.RunLoop在第一次获取时创建，在线程结束时销毁
线程和 RunLoop 之间是一一对应的，其关系是保存在一个 Dictionary 里。所以我们创建子线程RunLoop时，只需在子线程中获取当前线程的RunLoop对象即可[NSRunLoop currentRunLoop];如果不获取，那子线程就不会创建与之相关联的RunLoop，并且只能在一个线程的内部获取其 RunLoop
[NSRunLoop currentRunLoop];方法调用时，会先看一下字典里有没有存子线程相对用的RunLoop，如果有则直接返回RunLoop，如果没有则会创建一个，并将与之对应的子线程存入字典中。当线程结束时，RunLoop会被销毁。
六. 详解RunLoop相关类及作用
CFRunLoopRef - 获得当前RunLoop和主RunLoop
CFRunLoopModeRef - RunLoop 运行模式，只能选择一种，在不同模式中做不同的操作
CFRunLoopSourceRef - 事件源，输入源
CFRunLoopTimerRef - 定时器事件
CFRunLoopObserverRef - 观察者
1. CFRunLoopModeRef
CFRunLoopModeRef代表RunLoop的运行模式一个 RunLoop 包含若干个 Mode，每个Mode又包含若干个Source、Timer、Observer每次RunLoop启动时，只能指定其中一个 Mode，这个Mode被称作 CurrentMode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。如图所示：
注意：一种Mode中可以有多个Source(事件源，输入源，基于端口事件源例键盘触摸等) Observer(观察者，观察当前RunLoop运行状态) 和Timer(定时器事件源)。但是必须至少有一个Source或者Timer，因为如果Mode为空，RunLoop运行到空模式不会进行空转，就会立刻退出。
系统默认注册的5个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，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，启动完成后就不再使用，会切换到kCFRunLoopDefaultMode
- 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，作为标记kCFRunLoopDefaultMode和UITrackingRunLoopMode用，并不是一种真正的Mode
Mode间的切换
我们平时在开发中一定遇到过，当我们使用NSTimer每一段时间执行一些事情时滑动UIScrollView，NSTimer就会暂停，当我们停止滑动以后，NSTimer又会重新恢复的情况，我们通过一段代码来看一下
-(void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event
{
// [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:2.0 target:self selector:@selector(show) userInfo:nil repeats:YES];
NSTimer *timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:2.0 target:self selector:@selector(show) userInfo:nil repeats:YES];
// 加入到RunLoop中才可以运行
// 1. 把定时器添加到RunLoop中，并且选择默认运行模式NSDefaultRunLoopMode = kCFRunLoopDefaultMode
// [[NSRunLoop mainRunLoop] addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode];
// 当textFiled滑动的时候，timer失效，停止滑动时，timer恢复
// 原因：当textFiled滑动的时候，RunLoop的Mode会自动切换成UITrackingRunLoopMode模式，因此timer失效，当停止滑动，RunLoop又会切换回NSDefaultRunLoopMode模式，因此timer又会重新启动了
// 2. 当我们将timer添加到UITrackingRunLoopMode模式中，此时只有我们在滑动textField时timer才会运行
// [[NSRunLoop mainRunLoop] addTimer:timer forMode:UITrackingRunLoopMode];
// 3. 那个如何让timer在两个模式下都可以运行呢？
// 3.1 在两个模式下都添加timer 是可以的，但是timer添加了两次，并不是同一个timer
// 3.2 使用站位的运行模式 NSRunLoopCommonModes标记，凡是被打上NSRunLoopCommonModes标记的都可以运行，下面两种模式被打上标签
//0 : <CFString 0x10b7fe210 [0x10a8c7a40]>{contents = "UITrackingRunLoopMode"}
//2 : <CFString 0x10a8e85e0 [0x10a8c7a40]>{contents = "kCFRunLoopDefaultMode"}
// 因此也就是说如果我们使用NSRunLoopCommonModes，timer可以在UITrackingRunLoopMode，kCFRunLoopDefaultMode两种模式下运行
[[NSRunLoop mainRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];
NSLog(@"%@",[NSRunLoop mainRunLoop]);
}
-(void)show
{
NSLog(@"-------");
}
由上述代码可以看出，NSTimer不管用是因为Mode的切换，因为如果我们在主线程使用定时器，此时RunLoop的Mode为kCFRunLoopDefaultMode，即定时器属于kCFRunLoopDefaultMode，那么此时我们滑动ScrollView时，RunLoop的Mode会切换到UITrackingRunLoopMode，因此在主线程的定时器就不在管用了，调用的方法也就不再执行了，当我们停止滑动时，RunLoop的Mode切换回kCFRunLoopDefaultMode，所以NSTimer就又管用了。
2. CFRunLoopSourceRef事件源（输入源）
Source有两个版本：Source0 和 Source1。
- Source0 只包含了一个回调（函数指针），它并不能主动触发事件。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。
- Source1 包含了一个 mach_port 和一个回调（函数指针），被用于通过内核和其他线程相互发送消息。
3. CFRunLoopTimerRef
CFRunLoopTimerRef是基于时间的触发器，它和 NSTimer 是toll-free bridged 的，可以混用。其包含一个时间长度和一个回调（函数指针）。当其加入到 RunLoop 时，RunLoop会注册对应的时间点，当时间点到时，RunLoop会被唤醒以执行那个回调。
4. 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：
typedef 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
};
上面的 Source/Timer/Observer 被统称为 mode item，一个 item 可以被同时加入多个 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，则 RunLoop 会直接退出，不进入循环。
七.RunLoop应用
1.常驻线程——实际应用：AFNetworking
AFURLConnectionOperation 这个类是基于 NSURLConnection 构建的，其希望能在后台线程接收 Delegate 回调。为此 AFNetworking 单独创建了一个线程，并在这个线程中启动了一个 RunLoop：
+ (void)networkRequestThreadEntryPoint:(id)__unused object {
@autoreleasepool {
[[NSThread currentThread] setName:@"AFNetworking"];
NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];
[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 启动前内部必须要有至少一个 Timer/Observer/Source，所以 AFNetworking 在 [runLoop run] 之前先创建了一个新的 NSMachPort 添加进去了。通常情况下，调用者需要持有这个 NSMachPort (mach_port) 并在外部线程通过这个 port 发送消息到 loop 内；但此处添加 port 只是为了让 RunLoop 不至于退出，并没有用于实际的发送消息。
- (void)start {
[self.lock lock];
if ([self isCancelled]) {
[self performSelector:@selector(cancelConnection) onThread:[[self class] networkRequestThread] withObject:nil waitUntilDone:NO modes:[self.runLoopModes allObjects]];
} else if ([self isReady]) {
self.state = AFOperationExecutingState;
[self performSelector:@selector(operationDidStart) onThread:[[self class] networkRequestThread] withObject:nil waitUntilDone:NO modes:[self.runLoopModes allObjects]];
}
[self.lock unlock];
}
当需要这个后台线程执行任务时，AFNetworking 通过调用 [NSObject performSelector:onThread:..] 将这个任务扔到了后台线程的 RunLoop 中。
2.AutoreleasePool
Timer和Source也是一些变量，需要占用一部分存储空间，所以要释放掉，如果不释放掉，就会一直积累，占用的内存也就越来越大，这显然不是我们想要的。
那么什么时候释放，怎么释放呢？
RunLoop内部有一个自动释放池，当RunLoop开启时，就会自动创建一个自动释放池，当RunLoop在休息之前会释放掉自动释放池的东西，然后重新创建一个新的空的自动释放池，当RunLoop被唤醒重新开始跑圈时，Timer,Source等新的事件就会放到新的自动释放池中，当RunLoop退出的时候也会被释放。
注意：只有主线程的RunLoop会默认启动。也就意味着会自动创建自动释放池，子线程需要在线程调度方法中手动添加自动释放池。
3. 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。
八.常见问题
Q：讲讲 RunLoop，项目中有用到吗？
Q：RunLoop内部实现逻辑？
Q：Runloop和线程的关系？
- 主线程的run loop默认是启动的。
- 对其它线程来说，RunLoop默认是没有启动的，如果你需要更多的线程交互则可以手动配置和启动，如果线程只是去执行一个长时间的已确定的任务则不需要。
- 在任何一个 Cocoa 程序的线程中，都可以通过以下代码来获取到当前线程的RunLoop。
NSRunLoop *runloop = [NSRunLoop currentRunLoop];
Q：timer 与 Runloop 的关系？
Q：程序中添加每3秒响应一次的NSTimer，当拖动tableview时timer可能无法响应要怎么解决？
Q：Runloop 是怎么响应用户操作的， 具体流程是什么样的？
Q：说说RunLoop的几种状态？
Q：Runloop的mode作用是什么？
参考资源：
1.https://juejin.im/post/5add46606fb9a07abf721d1d#heading-21
2.https://www.jianshu.com/p/ec629063390f
3.https://blog.ibireme.com/2015/05/18/runloop/
4.https://v.youku.com/v_show/id_XODgxODkzODI0.html
