Runloop 理解总结

什么是Runloop

为了实现线程能在有事件唤起的时候实时处理Event,并且在没有事件的时候进入休眠并不退出，继续等待下一次事件消息的唤醒的机制，所以出现了和很多系统中Eventloop机制类似的Runloop机制。

Runloop的实质

RunLoop 实际上就是一个对象，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上面 Event Loop 的逻辑。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。

Runloops 的功能

使程序一直运行并接受用户输入
决定程序在何时应该处理哪些Event
调用解耦 (SmallTalk/Message Queue)
节省CPU时间

Runloops的Cocoa实现

Foundation 中实现了 NSRunloop 框架
NSRunloop 基于 CFRunloop封装而来，CFRunloop基于c/c++封装，代码开源
支持CFRunloop运行的核心内容有 GCD, XNU的mach内核，block回调机制，pthread等
依赖Runloop运行的框架、类、方法：NSTimer, UIEvent, Autorelease Pool, performThread和 performDelay等，CADisplayLink，CATransition，CAAnimation,dispatch_get_main_queue(),NSURLConnection,AFNetworking,

Runloop 的类结构分析

1.CFRunLoopSourceRef

Source 是 RunLoop的数据抽象类 (protocol)
Runloop定义了两个Version的Source(事件产生的地方):
1. Source0: 基于非Port的事件,只包含了一个回调（函数指针），它并不能主动触发事件。一般是App自己负责管理及触发如UIEvent/CFSocket。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。
2. 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.由RunLoop和内核管理，Mach port驱动，如CFMachPort、CFMessagePort

2.CFRunloopTimerRef

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。

3.CFRunloopObserverRef

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
};

RUNLoopObserver 与 AutoreleasePool

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。

RunloopMode

Runloop 在同一段时间只能且必须在一种特定的mode下Run
更换Mode时，必须Stop当前Loop，重齐新Loop

1.NSDefaulyRunLoopMode

默认状态、空闲状态

2.UITrackingRunLoopMode

滑动态mode -追踪 ScrollView 滑动时的状态

3.UIInitializationRunLoopMode

私有，启动APP时切换进入，完成启动就被抛弃不再使用

4.GSEventReceiveRunLoopMode

接受系统事件的内部Mode，通常用不到。

5.NSRunLoopCommonModes

这个mode比较特殊，包含了DefaultMode和UITrackingRunLoopMode 的状态，一般作占位用，结构也比较特殊

应用: UITrakingRunloopMode 与 Timer

主线程的 RunLoop 里有两个预置的 Mode：kCFRunLoopDefaultMode 和 UITrackingRunLoopMode。这两个 Mode 都已经被标记为”Common”属性。DefaultMode 是 App 平时所处的状态，TrackingRunLoopMode 是追踪 ScrollView 滑动时的状态。当你创建一个 Timer 并加到 DefaultMode 时，Timer 会得到重复回调，但此时滑动一个TableView时，RunLoop 会将 mode 切换为 TrackingRunLoopMode，这时 Timer 就不会被回调，并且也不会影响到滑动操作。

// 默认添加到DefaultMode中
NSTimer *timer= [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1 target:self selector:@selector(timerAction:) userInfo:nil repeats:YES];
// 添加到CommonModes中去
NSTimer *timer = [[NSTimer alloc] initWithFireDate:[NSDate dateWithTimeIntervalSinceNow:1] interval:1 target:testObject4 selector:@selector(timerAction:) userInfo:nil repeats:YES];
[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];

RunLoopMode的切换

Run RunLoop对象需要每次调用int CFRunLoopRunSpecific(runloop, modeName, seconds, stopAfterHandle)需要指定一个ModeName进入
当有滑动事件响应后，主线程的RunLoop对象会唤醒RunLoop对象，调用主函数传入TrackingMode的Name切换到滑动Mode中处理相应的Source

Runloop 运行流程

/// 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);

挂起

/// 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
}

上面的函数主要实现了两个步骤

1.指定用于唤醒port的端口
2.调用mach_msg监听唤醒端口，被唤醒前，将这个线程挂起，停留在mach_msg_trap状态

唤醒

mach_msg(msg,MACH_RCV_MSG,port)

向指定端口发送port消息，唤醒Runloop

应用

tableViewCell 优化

// 当滑动状态下就不进行设置图片操作
UIImage *download = ...;
[self.avatarImageView perfomSelector:@selector(setImage:) withObject:download afterDelay:0 inModes:@[NSDefaultRunloopMode]];

signal救回

CFRunloopRef runloop = CFRunloopGetCurrent();
NSArray *allModes = CFBridgingRelease(XFRunLoopCopyAllModes(runloop));
while(1){
    for (NString *mode in allModes) {
        CFRunloopRunInMode((CFStringRef)mode, 0.001, false);
    }
}

可以做最后的收集挽回工作（弹窗提示等）
此处后面在崩溃信息处补充

一次触摸事件的回应

具体流程参照应用 -- 图形响应链
1.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()

当我们触发了事件（触摸/锁屏/摇晃等）后，由IOKit.framework生成一个 IOHIDEvent事件

（IOKit是苹果的硬件驱动框架，它专门处理用户交互设备，由IOHIDServices和IOHIDDisplays两部分组成，其中IOHIDServices是专门处理用户交互的，它会将事件封装成IOHIDEvents对象）
然后这些事件又由SpringBoard接收，它只接收收按键(锁屏/静音等)，触摸，加速，接近传感器等几种 Event
接着用mach_port转发给需要的App进程.随后苹果注册的那个Source1 就会接收IOHIDEvent，之后再回调__IOHIDEventSystemClientQueueCallback()，触发一个Source0资源，Source触发了回调 _UIApplicationHandleEventQueue()进行应用内部的分发。_UIApplicationHandleEventQueue()把IOHIDEvent处理包装成UIEvent进行处理分发，我们平时的UIGesture/处理屏幕旋转/发送给 UIWindow/UIButton 点击、touchesBegin/Move/End/Cancel这些事件，都是在这个回调中完成
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。

该文的参考资料

1.深入理解RunLoop https://blog.ibireme.com/2015/05/18/runloop/
2. Runloop 线下分享 http://v-wb.youku.com/v_show/id_XODgxODkzODI0.html#paction