iOS---RunLoop深度剖析

RunLoop

前言

RunLoop是iOS/OS开发中比较基础的一个概念，在苹果开发中用在事件处理，延迟加载，屏幕刷新等功能的处理，其实抛开语言，RunLoop是一个的架构模式，也就是RunLoop不仅仅局限于iOS开发。
网上有很多关于RunLoop的干货，但大多不怎么全，这位哥们的写的挺好的，挺详细的，基本上把要说的都说了，底层也研究的很细，本文基本上是转载他的，只是在它的基础上，基于我的知识水平补充了一些，原文：http://www.cocoachina.com/ios/20150601/11970.html
官方有已经有关于RunLoop的官方文档，英语的，不过网上已经有人把它翻译为中文了，大家可以去看看.

概念

简单来说RunLoop是线程的基本架构模式，架构模式，架构模式-重要的事情说三遍，然并卵，哈哈，具体怎么做呢，就是有事做事，没事睡觉，有事叫我，就这样，想看详细的自己看中文文档去，毕竟文档哪里已经写的好详细了，再板书就没意义了。
分类(获取)：苹果提供了两个途径来获取分别是Cocoe里面定义的NSRunLoop以及CoreFoundation里面定义的CFRunLoopRef。
CFRunLoopRef提供了纯C函数的API，所有这些API都是线程安全的。
NSRunLoop提供了面向对象的API，但这些API不是线程安全的。
创建，苹果官方对CFRunLoopRef进行了开源，在这里官方源码下载就好，苹果官方不提供向我们平时那样子的新建对象的方法来获取NSRunLoop实例，但是可以通过[NSRunLoop getCurrentLoop]来创建，接下来看看具体是怎么创建的把,Show code！

//    全局字典，用来存放线程对应的RunLoop
//    key是线程，value是RunLoop实例，换言之线程与RunLoopRunLoop一一对应
    static CFMutableDictionaryRef __CFRunLoops = NULL;
    static CFSpinLock_t loopsLock = CFSpinLockInit;

    // 当t == 0 的时候，代表主线程
    CF_EXPORT CFRunLoopRef _CFRunLoopGet0(pthread_t t) {
//        如果存进来的线程等于 0
        if (pthread_equal(t, kNilPthreadT)) {
//            那么当前线程等于主线程
            t = pthread_main_thread_np();
        }
//        给操作加锁
        __CFSpinLock(&loopsLock);
//        如果当前RunLoop没有为空，创建。
        if (!__CFRunLoops) {
            __CFSpinUnlock(&loopsLock);
            CFMutableDictionaryRef dict = CFDictionaryCreateMutable(kCFAllocatorSystemDefault, 0, NULL, &kCFTypeDictionaryValueCallBacks);
            CFRunLoopRef mainLoop = __CFRunLoopCreate(pthread_main_thread_np());
//            把线程与RunLoop一一对应的存进字典
            CFDictionarySetValue(dict, pthreadPointer(pthread_main_thread_np()), mainLoop);
            if (!OSAtomicCompareAndSwapPtrBarrier(NULL, dict, (void * volatile *)&__CFRunLoops)) {
                CFRelease(dict);
            }
            CFRelease(mainLoop);
            __CFSpinLock(&loopsLock);
        }
//        获取当前线程的RunLoop
        CFRunLoopRef loop = (CFRunLoopRef)CFDictionaryGetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t));
        __CFSpinUnlock(&loopsLock);
//        如果不是主线程并且之前没有创建，也即是为空
        if (!loop) {
            CFRunLoopRef newLoop = __CFRunLoopCreate(t);
            __CFSpinLock(&loopsLock);
            loop = (CFRunLoopRef)CFDictionaryGetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t));
            if (!loop) {
//                把当前子线程和创建的RunLoop一一对应的存进字典
                CFDictionarySetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t), newLoop);
                loop = newLoop;
            }
            // don't release run loops inside the loopsLock, because CFRunLoopDeallocate may end up taking it
            __CFSpinUnlock(&loopsLock);
            CFRelease(newLoop);
        }
        if (pthread_equal(t, pthread_self())) {
            _CFSetTSD(__CFTSDKeyRunLoop, (void *)loop, NULL);
            if (0 == _CFGetTSD(__CFTSDKeyRunLoopCntr)) {
                _CFSetTSD(__CFTSDKeyRunLoopCntr, (void *)(PTHREAD_DESTRUCTOR_ITERATIONS-1), (void (*)(void *))__CFFinalizeRunLoop);
            }
        }
        return loop;
    }

上面是苹果开源的CFRunLoop中获取RunLoop的代码，简而言之就是，在调用这个方法要存进一个PThread(PThread提供了跨平台的管理多线程的API)，利用这个PThread作为全局字典中的key，并创建与之对应的RunLoop作为Value.RunLoop在我们获取的时候创建，不获取不创建，主线程的RunLoop在一开始就自动创建。简而言之，线程与RunLoop一一对应

对外接口

在CoreFoundation里面关于RunLoop有5个类
- CFRunLoopTimerRef
- CFRunLoopObserverRef
- CFRunLoopSourceRef
- CFRunLoopRef
- CFRunLoopModeRef

其中CFRunLoopModeRef类没有对外暴露，只是通过CFRunLoopRef接口进行了封装

一个RunLoop包含若干个Mode,每个Mode又包含若干个source/Timer/Observer,如图。

每次调用RunLoop的主函数时，只能指定其中一个Mode作为CurrentMode(可以通过这个属性获取当前的Mode),只能退出Loop,在重新指定一个Mode进入。在这里需要清楚的是，系统默认注册了5个Mode
- NSDefaultRunLoopMode:App默认Mode,当没有接收到ScrollView滚动是，主线程通常使用这个Mode
- NSTrackingRunLoopMode:到接收到ScroolView或其子类的时候，主线程就会切换到这个模式下运行。
- UIInitializationRunLoopMode：当App启动时使用的第一个Mode,当启动完成后不再使用。
- NSRunLoopCommonModes，是一个tag,本质上不是一个Mode,默认NSDefaultRunLoopMode和NSTrackingRunLoopMode都绑定这个tag。(应用场景：有时候我们需要添加一个NSTimer在RunLoop,在这时需要制定一个Modes，现在的需求是:我们既要在默认模式下要监听，在滚动模式下也要监听，但只能制定一个模式，这是可以制定这个CommonMode)
- GSEventReceiveRunLoopMode：接受系统内部的Mode,通常做不到。
- 处理不同事件使用不同的Mode，可以最大限度的把性能的最大化处理不同分类的事件，提高性能。
CFRunLoopSourceRef：事件产生的地方，按照函数调用栈来分，Source的分类可以分为
- Source0：非基于Port的，只包含一个回调(函数指针)，他并不能主动触发事件。使用时，你需要先把这个Source标记为待处理，然后手动调用CFRunLoopWakeUp(RunLoop)，然后再让它执行。
- Source1：基于Port的，通过内核和其他线程通信分发的、系统事件。
- 这里的Port是线程间通信的一种方式，简而言之，如果两个线程之间想通信，可以对方的Port来通信。
CFRunLoopTimerRef
- 基于时间触发器，当其加入RunLoop时，RunLoop会注册对应的时间点，当时间点到，RunLoop会被唤醒执行里面的回调。
CFRunLoopObserverRef
- 这是观察者，能够监听RunLoop的状态改变。
- 可以监听的时间点有以下几个。
```
/* Run Loop Observer Activities */
```

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
kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU
};
```
- 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时不会有效果，如果一个item里面一个mode也没有，则RunLoop刚创建就被退出，不进入循环，这里在线程常驻的时候会讲到。

CFRunLoop对外暴露的管理Mode的接口只有下面2个

CF_EXPORT SInt32 CFRunLoopRunInMode(CFStringRef mode, CFTimeInterval seconds, Boolean returnAfterSourceHandled);
CF_EXPORT void CFRunLoopAddCommonMode(CFRunLoopRef rl, CFStringRef mode);

Mode暴露管理的mode item的接口有下面几个

    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);

你只能通过mode name来操作内部的mode,当你传入一个的mode name没有对应的mode.RunLoop会自动帮你创建对应的CFRunLoopModeRef。对于一个RunLoop来说，其内部的mode只能增加不能删除。

RunLoop的内部逻辑

RunLoop内部的逻辑大致如下

其内部代码整理如下

/// 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。

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

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苹果开源源码里找到。
我们在深入看一下 Darwin 这个核心的架构：

- 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 的消息定义是在头文件的，很简单：

```objc
    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：

```objc
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ach_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 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
- 当 RunLoop进行回调时，一般都是通过一个很长的函数调用出去 (call out),当你在你的代码中下断点调试时，通常能在调用栈上看到这些函数。下面是这几个函数的整理版本，如果你在调用栈中看到这些长函数名，在这里查找一下就能定位到具体的调用地点了：

```objc


{
/// 1. 通知Observers，即将进入RunLoop
/// 此处有Observer会创建AutoreleasePool:                         _objc_autoreleasePoolPush();
__CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION_    _(kCFRunLoopEntry);
do {

    /// 2. 通知 Observers: 即将触发 Timer 回调。
    __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopBeforeTimers);
    /// 3. 通知 Observers: 即将触发 Source (非基于port的,Source0) 回调。
    __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopBeforeSources);
    __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_BLOCK__(block);

    /// 4. 触发 Source0 (非基于port的) 回调。
    __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE0_PERFORM_FUNCTION__(source0);
    __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_BLOCK__(block);

    /// 6. 通知Observers，即将进入休眠
    /// 此处有Observer释放并新建AutoreleasePool:     _objc_autoreleasePoolPop(); _objc_autoreleasePoolPush();
    __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopBeforeWaiting);

    /// 7. sleep to wait msg.
    mach_msg() -> mach_msg_trap();


    /// 8. 通知Observers，线程被唤醒
    __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopAfterWaiting);

    /// 9. 如果是被Timer唤醒的，回调Timer
    __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_TIMER_CALLBACK_FUNCTION__(timer);

    /// 9. 如果是被dispatch唤醒的，执行所有调用 dispatch_async 等方法放入main queue 的 block
    __CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__(dispatched_block);

    /// 9. 如果如果Runloop是被 Source1 (基于port的) 的事件唤醒了，处理这个事件
    __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE1_PERFORM_FUNCTION__(source1);


} while (...);

/// 10. 通知Observers，即将退出RunLoop
/// 此处有Observer释放AutoreleasePool: _objc_autoreleasePoolPop();
__CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopExit);

}
```

RunLoop 的实际应用举例

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。

事件响应

苹果注册了一个Source1(基于machport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macport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。

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。

界面更新

当在操作 UI 时，比如改变了 Frame、更新了 UIView/CALayer 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];

定时器

NSTimer 其实就是 CFRunLoopTimerRef，他们之间是 toll-free bridged 的。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。
CADisplayLink 是一个和屏幕刷新率一致的定时器（但实际实现原理更复杂，和 NSTimer 并不一样，其内部实际是操作了一个Source）。如果在两次屏幕刷新之间执行了一个长任务，那其中就会有一帧被跳过去（和 NSTimer 相似），造成界面卡顿的感觉。在快速滑动TableView时，即使一帧的卡顿也会让用户有所察觉。Facebook开源的AsyncDisplayLink就是为了解决界面卡顿的问题，其内部也用到了RunLoop。
解决方案:如果有某些需求或者有强迫症的同学一定要做到时刻准确，那么可以用GCD的定时器来实现。

PerformSelecter(利用RunLoop常驻线程)

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。

GCD

实际上 RunLoop 底层也会用到 GCD 的东西，比如 RunLoop 是用 dispatch_source_t 实现的 Timer。但同时 GCD提供的某些接口也用到了 RunLoop，例如 dispatch_async()。
当调用 dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), block) 时，libDispatch 会向主线程的RunLoop发送消息，RunLoop会被唤醒，并从消息中取得这个 block，并在回调
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。

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
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。

- 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。

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item，所以 AFNetworking在[runLooprun]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];
}

注意RunLoop 启动前内部必须要有至少一个item，虽然Obsever也是item的一种，但是只会等待Timer和Source ，Timer是因为有回调，Source是会接收事件，所以当RunLoop里面有Timer或者Source的时候，RunLoop会等待里面的item(除Obsever以外)主动给他发消息，然后Oberver被动的接收RunLoop发送过来的消息，亦即是说，能主动给RunLoop发消息的item会让RunLoop跑起来并且不退出。

    CFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreateWithHandler(CFAllocatorGetDefault(), kCFRunLoopAllActivities, YES, 0, ^(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity) {

    });
    CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetCurrent(), observer, kCFRunLoopDefaultMode);
    [[NSRunLoop currentRunLoop] run];

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。

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。

常驻线程

有这么一个需求，我们要在子线程中没接收一个事件就调用一次方法。但是子线程在完成任务后就销毁，全局变量强引用？试试

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run:) object:@"etund"];
    self.thread = thread;
    NSLog(@"-----%p",[NSRunLoop currentRunLoop]);
    [self.thread start];

}

- (void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event{
    [self performSelector:@selector(test) onThread:self.thread withObject:nil waitUntilDone:NO];
}

- (void)run:(NSString *)name{
    NSLog(@"==========");
}

- (void)test{
    NSLog(@"------------------");
}

结果不能执行，这里要清楚线程的5个状态，新建，就绪，运行，阻塞，死亡。意思就是就算你是强引用一个子线程，但是他执行完任务就已经处于死亡状态了，只是他还存储在内存，那么现在分析一下。

- 想在子线程中不断执行任务，必须保证子线不处于死亡状态
- 但是子线程执行完一次任务就进入死亡状态
- 那我们可以把线程停留在进入死亡状态之前，这里可以用RunLoop

我们可以在线程初始化的时候执行的方法中给他创建一个运行时RunLoop,这是他就可以不断接收source，也就是这样

- (void)run:(NSString *)name{
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:[[NSPort alloc] init] forMode:NSDefaultRunLoopMode]; // 1
    [[NSRunLoop currentRunLoop] run];
}

注意：上面第一行代码必须加上，因为一个RunLoop里面必须有至少一个item(Obsever除外)

GCD定时器

有这么一个需求，需要这么一个定时器，误差几乎为0的定时器，但是无论是NSTimer还是CGDisplayLink都会有误差，而且误差都比较大，这是我们可以用GCD来实现定时器，实际上，上面已经说了，RunLoop底层也是调用GCD的source来实现NSTimer的，只是NSTimer还受mode的影响，下面来看看怎么用GCD实现

//    获取队列
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue();
//    创建定时器
    self.timer = dispatch_source_create(DISPATCH_SOURCE_TYPE_TIMER, 0, 0, queue);
//    设置定时器属性(什么时候开始，间隔多大)
//    定义开始时间
    dispatch_time_t start = dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(1.0 * NSEC_PER_SEC));
//    定义时间间隔
    uint64_t interver = (uint64_t)(1.0 * NSEC_PER_SEC);
//    设置开始时间和时间间隔
    dispatch_source_set_timer(self.timer, start,interver, 0);
//    设置回调
    dispatch_source_set_event_handler(self.timer, ^{
        NSLog(@"==================") ;
    });
//        dispatch_cancel(self.timer);
//        self.timer = nil;
//    取消定时器
//    启动定时器
    dispatch_resume(self.timer);

最后编辑于：2017.11.27 03:06:17

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