深入理解RunLoop

最近看了很多RunLoop的文章，看完很懵逼，决心整理一下，文章中大部分内容都是引用大神们的，但好歹对自己有个交代了，花了一个周天加几个晚上熬夜完成的，有个产出还是很爽的，不多比比了，下面开始吧。

什么是RunLoop?

RunLoop是一个接收处理异步消息事件的循环，一个循环中：等待事件发生，然后将这个事件送到能处理它的地方。

RunLoop实际上是一个对象,这个对象在循环中用来处理程序运行过程中出现的各种事件(比如说触摸事件、UI刷新事件、定时器事件、Selector事件)和消息,从而保持程序的持续运行;而且在没有事件处理的时候,会进入睡眠模式,从而节省CPU资源,提高程序性能。

Event Loop模型伪代码

int main(int argc, char * argv[]) {    
     //程序一直运行状态
     while (AppIsRunning) {
          //睡眠状态，等待唤醒事件
          id whoWakesMe = SleepForWakingU  p();
          //得到唤醒事件
          id event = GetEvent(whoWakesMe);
          //开始处理事件
          HandleEvent(event);
     }
     return 0;
}
Screen Shot 2018-03-25 at 3.41.32 PM.png
  • mach kernel属于苹果内核，RunLoop依靠它实现了休眠和唤醒而避免了CPU的空转。
  • Runloop是基于pthread进行管理的，pthread是基于c的跨平台多线程操作底层API。它是mach thread的上层封装（可以参见Kernel Programming Guide），和NSThread一一对应（而NSThread是一套面向对象的API，所以在iOS开发中我们也几乎不用直接使用pthread）。
Screen Shot 2018-03-25 at 4.28.26 PM.png

RunLoop的组成

RunLoop构成

CFRunLoop对象可以检测某个task或者dispatch的输入事件，当检测到有输入源事件，CFRunLoop将会将其加入到线程中进行处理。比方说用户输入事件、网络连接事件、周期性或者延时事件、异步的回调等。

RunLoop可以检测的事件类型一共有3种，分别是CFRunLoopSource、CFRunLoopTimer、CFRunLoopObserver。可以通过CFRunLoopAddSource, CFRunLoopAddTimer或者CFRunLoopAddObserver添加相应的事件类型。

要让一个RunLoop跑起来还需要run loop modes，每一个source, timer和observer添加到RunLoop中时必须要与一个模式（CFRunLoopMode）相关联才可以运行。

上面是对于CFRunLoop官方文档的解释

RunLoop的主要组成
RunLoop共包含5个类，但公开的只有Source、Timer、Observer相关的三个类。

CFRunLoopRef
CFRunLoopModeRef
CFRunLoopSourceRef
CFRunLoopTimerRef
CFRunLoopObserverRef
image

CFRunLoopSourceRef
source是RunLoop的数据源(输入源)的抽象类(protocol),Source有两个版本：Source0 和 Source1

  • source0：只包含了一个回调（函数指针），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。处理App内部事件,App自己负责管理(出发),如UIEvent(Touch事件等，GS发起到RunLoop运行再到事件回调到UI)、CFSocketRef。
  • Source1：由RunLoop和内核管理，由mach_port驱动（特指port-based事件），如CFMachPort、CFMessagePort、NSSocketPort。特别要注意一下Mach port的概念，它是一个轻量级的进程间通讯的方式，可以理解为它是一个通讯通道，假如同时有几个进程都挂在这个通道上，那么其它进程向这个通道发送消息后，这些挂在这个通道上的进程都可以收到相应的消息。这个Port的概念非常重要，因为它是RunLoop休眠和被唤醒的关键，它是RunLoop与系统内核进行消息通讯的窗口。

CFRunLoopTimerRef 是基于时间的触发器，它和 NSTimer 是toll-free bridged 的，可以混用（底层基于使用mk_timer实现）。它受RunLoop的Mode影响（GCD的定时器不受RunLoop的Mode影响），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。如果线程阻塞或者不在这个Mode下，触发点将不会执行，一直等到下一个周期时间点触发。

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

enum CFRunLoopActivity {
    kCFRunLoopEntry              = (1 << 0),    // 即将进入Loop   
    kCFRunLoopBeforeTimers      = (1 << 1),    // 即将处理 Timer        
    kCFRunLoopBeforeSources     = (1 << 2),    // 即将处理 Source  
    kCFRunLoopBeforeWaiting     = (1 << 5),    // 即将进入休眠     
    kCFRunLoopAfterWaiting      = (1 << 6),    // 刚从休眠中唤醒   
    kCFRunLoopExit               = (1 << 7),    // 即将退出Loop  
    kCFRunLoopAllActivities     = 0x0FFFFFFFU  // 包含上面所有状态  
};
typedef enum CFRunLoopActivity CFRunLoopActivity;

这里要提一句的是，timer和source1（也就是基于port的source）可以反复使用，比如timer设置为repeat，port可以持续接收消息，而source0在一次触发后就会被runloop移除。

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。

RunLoop主要处理以下6类事件

static void __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__();
static void __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_BLOCK__();
static void __CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__();
static void __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_TIMER_CALLBACK_FUNCTION__();
static void __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE0_PERFORM_FUNCTION__();
static void __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE1_PERFORM_FUNCTION__();

RunLoop的Mode

CFRunLoopMode 和 CFRunLoop的结构大致如下：

struct __CFRunLoopMode {
    CFStringRef _name;            // Mode Name, 例如 @"kCFRunLoopDefaultMode"
    CFMutableSetRef _sources0;    // Set
    CFMutableSetRef _sources1;    // Set
    CFMutableArrayRef _observers; // Array
    CFMutableArrayRef _timers;    // Array
    ...
};

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

一个RunLoop包含了多个Mode，每个Mode又包含了若干个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Mode中的Source/Timer/Observer，让其互不影响。下面是5种Mode

  • kCFDefaultRunLoopMode 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
  • 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

其中kCFDefaultRunLoopMode、UITrackingRunLoopMode是苹果公开的，其余的mode都是无法添加的。那为何我们又可以这么用呢

[[NSRunLoop mainRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];

什么是CommonModes？

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）。每当 RunLoop 的内容发生变化时，RunLoop 都会自动将 _commonModeItems 里的 Source/Observer/Timer 同步到具有 “Common” 标记的所有Mode里
主线程的 RunLoop 里有 kCFRunLoopDefaultMode 和 UITrackingRunLoopMode，这两个Mode都已经被标记为”Common”属性。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 scrollView 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。
如果想让scrollView滑动时Timer可以正常调用，一种办法就是手动将这个 Timer 分别加入这两个 Mode。另一种方法就是将 Timer 加入到CommonMode 中。

怎么将事件加入到CommonMode？

我们调用上面的代码将 Timer 加入到CommonMode 时，但实际并没有 CommonMode，其实系统将这个 Timer 加入到顶层的 RunLoop 的 commonModeItems 中。commonModeItems 会被 RunLoop 自动更新到所有具有”Common”属性的 Mode 里去。
这一步其实是系统帮我们将Timer加到了kCFRunLoopDefaultMode和UITrackingRunLoopMode中。

在项目中最常用的就是设置NSTimer的Mode，比较简单这里就不说了。

RunLoop运行机制

image

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。每次线程运行RunLoop都会自动处理之前未处理的消息，并且将消息发送给观察者，让事件得到执行。RunLoop运行时首先根据modeName找到对应mode，如果mode里没有source/timer/observer，直接返回。

/// 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);
}

RunLoop的挂起和唤醒

RunLoop的挂起

RunLoop的挂起是通过_CFRunLoopServiceMachPort —call—> mach_msg —call—> mach_msg_trap这个调用顺序来告诉内核RunLoop监听哪个mach_port(上面提到的消息通道)，然后等待事件的发生(等待与InputSource、Timer描述内容相关的事件)，这样内核就把RunLoop挂起了，即RunLoop休眠了。

RunLoop的唤醒

这接种情况下会被唤醒

  1. 存在Source0被标记为待处理，系统调用CFRunLoopWakeUp唤醒线程处理事件
  2. 定时器时间到了
  3. RunLoop自身的超时时间到了
  4. RunLoop外部调用者唤醒

当RunLoop被挂起后，如果之前监听的事件发生了，由另一个线程（或另一个进程中的某个线程）向内核发送这个mach_port的msg后，trap状态被唤醒，RunLoop继续运行

处理事件

  1. 如果一个 Timer 到时间了，触发这个Timer的回调
  2. 如果有dispatch到main_queue的block，执行block
  3. 如果一个 Source1 发出事件了，处理这个事件

事件处理完成进行判断

  1. 进入loop时传入参数指明处理完事件就返回（stopAfterHandle）
  2. 超出传入参数标记的超时时间（timeout）
  3. 被外部调用者强制停止__CFRunLoopIsStopped(runloop)
  4. source/timer/observer 全都空了__CFRunLoopModeIsEmpty(runloop, currentMode)

RunLoop 的底层实现

关于这个大家可以看ibireme的深入理解RunLoop一文，我这里选择一些觉得比较重要又不是那么难懂的。
Mach消息发送机制看这篇文章Mach消息发送机制

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：

image

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。

RunLoop和线程

RunLoop和线程是息息相关的,我们知道线程的作用是用来执行特定的一个或多个任务,但是在默认情况下,线程执行完之后就会退出,就不能再执行任务了。这时我们就需要采用一种方式来让线程能够处理任务,并不退出。所以,我们就有了RunLoop。

iOS开发中能遇到两个线程对象: pthread_t和NSThread，pthread_t和NSThread 是一一对应的。比如，你可以通过 pthread_main_thread_np()或 [NSThread mainThread]来获取主线程；也可以通过pthread_self()或[NSThread currentThread]来获取当前线程。CFRunLoop 是基于 pthread 来管理的。

线程与RunLoop是一一对应的关系（对应关系保存在一个全局的Dictionary里），线程创建之后是没有RunLoop的（主线程除外），RunLoop的创建是发生在第一次获取时,销毁则是在线程结束的时候。只能在当前线程中操作当前线程的RunLoop,而不能去操作其他线程的RunLoop。

苹果不允许直接创建RunLoop，但是可以通过[NSRunLoop currentRunLoop]或者CFRunLoopGetCurrent()来获取（如果没有就会自动创建一个）。


/// 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());
}

开发过程中需要RunLoop时，则需要手动创建和运行RunLoop(尤其是在子线程中, 主线程中的Main RunLoop除外)，我看到别人举了这么个例子，很有意思

调用[NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:target:selector:userInfo:repeats:]带有schedule的方法簇来启动Timer.

此方法会创建Timer并把Timer放到当前线程的RunLoop中，随后RunLoop会在Timer设定的时间点回调Timer绑定的selector或Invocation。但是，在主线程和子线程中调用此方法的效果是有差异的，即在主线程中调用scheduledTimer方法时timer可以在设定的时间点触发，但是在子线程里则不能触发。这是因为子线程中没有创建RunLoop且更没有启动RunLoop，而主线程中的RunLoop默认是创建好的且一直运行着。所以，子线程中需要像下面这样调用。

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
  [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1 target:self selector:@selector(doTimer) userInfo:nil repeats:NO];
  [[NSRunLoop currentRunLoop] run];
});

那为什么下面这样调用同样不会触发Timer呢？
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
  [[NSRunLoop currentRunLoop] run];
  [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1 target:self selector:@selector(doTimer) userInfo:nil repeats:NO];
});

我的分析是：scheduledTimerWithTimeInterval内部在向RunLoop传递Timer时是调用与线程实例相关的单例方法[NSRunLoop currentRunLoop]来获取RunLoop实例的，即RunLoop实例不存在就创建一个与当前线程相关的RunLoop并把Timer传递到RunLoop中，存在则直接传Timer到RunLoop中即可。而在RunLoop开始运行后再向其传递Timer时，由于dispatch_async代码块里的两行代码是顺序执行，[[NSRunLoop currentRunLoop] run]是一个没有结束时间的RunLoop，无法执行到“[NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:…”这一行代码，Timer也就没有被加到当前RunLoop中，所以更不会触发Timer了。

苹果用 RunLoop 实现的功能

AutoreleasePool

App启动之后，系统启动主线程并创建了RunLoop，在main thread中注册了两个observer，回调都是_wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler()

第一个Observer监视的事件

  1. 即将进入Loop（kCFRunLoopEntry），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

  1. 准备进入休眠（kCFRunLoopBeforeWaiting），此时调用 _objc_autoreleasePoolPop() 和 _objc_autoreleasePoolPush() 来释放旧的池并创建新的池。

  2. 即将退出Loop（kCFRunLoopExit）此时调用 _objc_autoreleasePoolPop()释放自动释放池。这个 Observer的order是2147483647，确保池子释放在所有回调之后。

我们知道AutoRelease对象是被AutoReleasePool管理的，那么AutoRelease对象在什么时候被回收呢？

第一种情况：在我们自己写的for循环或线程体里，我们都习惯用AutoReleasePool来管理一些临时变量的autorelease，使得在for循环或线程结束后回收AutoReleasePool的时候来回收AutoRelease临时变量。

另一种情况：我们在主线程里创建了一些AutoRelease对象，这些对象可不能指望在回收Main AutoReleasePool时才被回收，因为App一直运行的过程中Main AutoReleasePool是不会被回收的。那么这种AutoRelease对象的回收就依赖Main RunLoop的运行状态，Main RunLoop的Observer会在Main RunLoop结束休眠被唤醒时(kCFRunLoopAfterWaiting状态)通知UIKit，UIKit收到这一通知后就会调用_CFAutorleasePoolPop方法来回收主线程中的所有AutoRelease对象。

在主线程中执行代码一般都是写在事件回调或Timer回调中的，这些回调都被加入了main thread的自动释放池中，所以在ARC模式下我们不用关心对象什么时候释放，也不用去创建和管理pool。（如果事件不在主线程中要注意创建自动释放池，否则可能会出现内存泄漏）。

NSTimer(timer触发)

上文说到了CFRunLoopTimerRef，其实NSTimer的原型就是CFRunLoopTimerRef。一个Timer注册 RunLoop 之后，RunLoop 会为这个Timer的重复时间点注册好事件。有两点需要注意：

  1. 但是需要注意的是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。这个误差默认为0，我们可以手动设置这个误差。文档最后还强调了，为了防止时间点偏移，系统有权力给这个属性设置一个值无论你设置的值是多少，即使RunLoop 模式正确，当前线程并不阻塞，系统依然可能会在 NSTimer 上加上很小的的容差。
  2. 我们在哪个线程调用 NSTimer 就必须在哪个线程终止

在RunLoop的Mode中也有说到，NSTimer使用的时候注意Mode,比如我之前开发时候用NSTimer写一个Banner图片轮播框架，如果不设置Timer的Mode为commonModes那么在滑动TableView的时候Banner就停止轮播

DispatchQueue.global().async {
    // 非主线程不能使用 Timer.scheduledTimer进行初始化
//                    self.timer = Timer.scheduledTimer(timeInterval: 6.0, target: self, selector: #selector(TurnPlayerView.didTurnPlay), userInfo: nil, repeats: false)
    
    if #available(iOS 10.0, *) {
        self.timer = Timer(timeInterval: 6.0, repeats: true, block: { (timer) in
            self.setContentOffset(CGPoint(x: self.frame.width*2, y: self.contentOffset.y), animated: true)
        })
    } else {
        // Fallback on earlier versions
    }
    
    
    RunLoop.main.add(self.timer!, forMode: RunLoopMode.commonModes)
}

和GCD的关系

  1. RunLoop底层用到GCD
  2. RunLoop与GCD并没有直接关系，但当GCD使用到main_queue时才有关系，如下：
//实验GCD Timer 与 Runloop的关系，只有当dispatch_get_main_queue时才与RunLoop有关系
dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(1 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
    NSLog(@"GCD Timer...");
});

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。同理，GCD的dispatch_after在dispatch到main_queue时的timer机制才与RunLoop相关。

PerformSelecter

NSObject的performSelecter:afterDelay: 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。
NSObject的performSelector:onThread: 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。
其实这种方式有种说法也叫创建常驻线程(内存)，AFNetworking也用到这种技法。举个例子，如果把RunLoop去掉，那么test方法就不会执行。


class SecondViewController: UIViewController {
    
    var thread: Thread!
    
    override func viewDidLoad() {
        super.viewDidLoad()
        self.view.backgroundColor = UIColor.red
        thread = Thread.init(target: self, selector: #selector(SecondViewController.run), object: nil)
        thread.start()
        
    }
    
    @objc func run() {
        
        print("run －－ ")
        RunLoop.current.add(Port(), forMode: .defaultRunLoopMode)
        RunLoop.current.run()
    }
    
    @objc func test() {
        print("test --  \(Thread.current)")
    }
    
    
    override func touchesBegan(_ touches: Set<UITouch>, with event: UIEvent?) {
        //        self.test()
        
        self.perform(#selector(SecondViewController.test), on: thread, with: nil, waitUntilDone: false)
        
    }
    
    
}

网络请求

iOS中的网络请求接口自下而上有这么几层

Screen Shot 2018-03-26 at 2.13.00 PM.png

其中CFSocket和CFNetwork偏底层，早些时候比较知名的网络框架AFNetworking是基于NSURLConnection编写的，iOS7之后新增了NSURLSession，NSURLSession的底层仍然用到了 NSURLConnection 的部分功能 (比如 com.apple.NSURLConnectionLoader 线程)，之后AFNetworking和Alamofire就是基于它封装的了。

image

通常使用 NSURLConnection 时，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。

开始网络传输时，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中的RunLoop通过一些基于mach port的Source1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。

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。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。

触摸事件其实是Source1接收系统事件后在回调 __IOHIDEventSystemClientQueueCallback()内触发的 Source0，Source0 再触发的 _UIApplicationHandleEventQueue()。source0一定是要唤醒runloop及时响应并执行的，如果runloop此时在休眠等待系统的 mach_msg事件，那么就会通过source1来唤醒runloop执行。

_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。

image

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。

UI更新

Core Animation 在 RunLoop 中注册了一个 Observer 监听 BeforeWaiting(即将进入休眠) 和 Exit (即将退出Loop) 事件 。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。当Oberver监听的事件到来时，回调执行函数中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。

如果此处有动画，通过 DisplayLink 稳定的刷新机制会不断的唤醒runloop，使得不断的有机会触发observer回调，从而根据时间来不断更新这个动画的属性值并绘制出来。

函数内部的调用栈

_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];

绘图和动画有两种处理的方式：CPU（中央处理器）和GPU（图形处理器)
CPU: CPU 中计算显示内容，比如视图的创建、布局计算、图片解码、文本绘制等
GPU: GPU 进行变换、合成、渲染.

关于CADisplayLink的描述有两种

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。

CADisplayLink是一个执行频率（fps）和屏幕刷新相同（可以修改preferredFramesPerSecond改变刷新频率）的定时器，它也需要加入到RunLoop才能执行。与NSTimer类似，CADisplayLink同样是基于CFRunloopTimerRef实现，底层使用mk_timer（可以比较加入到RunLoop前后RunLoop中timer的变化）。和NSTimer相比它精度更高（尽管NSTimer也可以修改精度），不过和NStimer类似的是如果遇到大任务它仍然存在丢帧现象。通常情况下CADisaplayLink用于构建帧动画，看起来相对更加流畅，而NSTimer则有更广泛的用处。

不管怎么样CADisplayLink和NSTimer是有很大不同的，详情可以参考这篇文章CADisplayLink

ibireme根据CADisplayLink的特性写了个FPS指示器YYFPSLabel，代码非常少
原理是这样的：既然CADisplayLink可以以屏幕刷新的频率调用指定selector，而且iOS系统中正常的屏幕刷新率为60Hz（60次每秒），所以使用 CADisplayLink 的 timestamp 属性，配合 timer 的执行次数计算得出FPS数

参考文章
深入理解RunLoop
iOS 事件处理机制与图像渲染过程
RunLoop学习笔记(一) 基本原理介绍
iOS刨根问底-深入理解RunLoop
【iOS程序启动与运转】- RunLoop个人小结
RunLoop的前世今生
Runloop知识树

最后编辑于 ：
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 人面猴
    序言：七十年代末，一起剥皮案震惊了整个滨河市，随后出现的几起案子，更是在滨河造成了极大的恐慌，老刑警刘岩，带你破解...
    沈念sama阅读 203,271评论 5赞 476
  • 死咒
    序言：滨河连续发生了三起死亡事件，死亡现场离奇诡异，居然都是意外死亡，警方通过查阅死者的电脑和手机，发现死者居然都...
    沈念sama阅读 85,275评论 2赞 380
  • 救了他两次的神仙让他今天三更去死
    文/潘晓璐 我一进店门，熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来，“玉大人，你说我怎么就摊上这事。” “怎么了？”我有些...
    开封第一讲书人阅读 150,151评论 0赞 336
  • 道士缉凶录：失踪的卖姜人
    文/不坏的土叔 我叫张陵，是天一观的道长。 经常有香客问我，道长，这世上最难降的妖魔是什么？ 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 54,550评论 1赞 273
  • 港岛之恋（遗憾婚礼）
    正文 为了忘掉前任，我火速办了婚礼，结果婚礼上，老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己，他们只是感情好，可当我...
    茶点故事阅读 63,553评论 5赞 365
  • 恶毒庶女顶嫁案：这布局不是一般人想出来的
    文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着，像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上，一...
    开封第一讲书人阅读 48,559评论 1赞 281
  • 城市分裂传说
    那天，我揣着相机与录音，去河边找鬼。 笑死，一个胖子当着我的面吹牛，可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播，决...
    沈念sama阅读 37,924评论 3赞 395
  • 双鸳鸯连环套：你想象不到人心有多黑
    文/苍兰香墨 我猛地睁开眼，长吁一口气：“原来是场噩梦啊……” “哼！你这毒妇竟也来了？” 一声冷哼从身侧响起，我...
    开封第一讲书人阅读 36,580评论 0赞 257
  • 万荣杀人案实录
    序言：老挝万荣一对情侣失踪，失踪者是张志新（化名）和其女友刘颖，没想到半个月后，有当地人在树林里发现了一具尸体，经...
    沈念sama阅读 40,826评论 1赞 297
  • 护林员之死
    正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡，尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 35,578评论 2赞 320
  • 白月光启示录
    正文 我和宋清朗相恋三年，在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 37,661评论 1赞 329
  • 活死人
    序言：一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡，死状恐怖，灵堂内的尸体忽然破棺而出，到底是诈尸还是另有隐情，我是刑警宁泽，带...
    沈念sama阅读 33,363评论 4赞 318
  • 日本核电站爆炸内幕
    正文 年R本政府宣布，位于F岛的核电站，受9级特大地震影响，放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜，却给世界环境...
    茶点故事阅读 38,940评论 3赞 307
  • 男人毒药：我在死后第九天来索命
    文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹，春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 29,926评论 0赞 19
  • 一桩弑父案，背后竟有这般阴谋
    文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至，却和暖如春，着一层夹袄步出监牢的瞬间，已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 31,156评论 1赞 259
  • 情欲美人皮
    我被黑心中介骗来泰国打工， 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留，地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 42,872评论 2赞 349
  • 代替公主和亲
    正文 我出身青楼，却偏偏与公主长得像，于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子，可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 42,391评论 2赞 342

推荐阅读更多精彩内容

  • 一篇文章深入理解RunLoop
    前言 RunLoop是iOS和OSX开发中非常基础的一个概念，这篇文章将从CFRunLoop的源码入手，介绍Run...
    暮年古稀ZC阅读 2,227评论 1赞 19
  • 深入理解RunLoop
    转载：http://www.cocoachina.com/ios/20150601/11970.html RunL...
    Gatling阅读 1,432评论 0赞 13
  • 深入理解RunLoop
    RunLoop 的概念 一般来讲，一个线程一次只能执行一个任务，执行完成后线程就会退出。如果我们需要一个机制，让线...
    Mirsiter_魏阅读 614评论 0赞 2
  • 深入理解RunLoop
    原文地址：http://blog.ibireme.com/2015/05/18/runloop/ RunLoop ...
    大饼炒鸡蛋阅读 1,142评论 0赞 6
  • 空虚
    生活陷入了新一轮的空虚，像从前，我怕是又陷入了想要睡觉的漩涡。毫无节制的吃，毫无节制的表达挥霍自己的健康和话语。 ...
    亚茹_我是阿茹阅读 71评论 0赞 1