RunLoop看这篇就够了
RunLoop 的概念
通常来说，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。若是咱们须要一个机制，让线程能随时处理事件但并不退出, 一般的代码逻辑是这样的：html
function loop() {
initialize();
do {
var message = get_next_message();
process_message(message);
} while (message != quit);
}
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这种模型一般被称做 Event Loop。 Event Loop 在不少系统和框架里都有实现，好比 Node.js 的事件处理，好比 Windows 程序的消息循环，再好比 OSX/iOS 里的 RunLoop。实现这种模型的关键点在于：如何管理事件/消息，如何让线程在没有处理消息时休眠以免资源占用、在有消息到来时马上被唤醒。 因此，RunLoop 实际上就是一个对象，这个对象管理了其须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（好比传入 quit 的消息），函数返回。 OSX/iOS 系统中，提供了两个这样的对象：NSRunLoop 和 CFRunLoopRef。 CFRunLoopRef 是在 CoreFoundation 框架内的，它提供了纯 C 函数的 API，全部这些 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，可是这些 API 不是线程安全的。 CFRunLoopRef 的代码是开源的，你能够在这里 opensource.apple.com/tarballs/CF… 下载到整个 CoreFoundation 的源码来查看。 (Update: Swift 开源后，苹果又维护了一个跨平台的 CoreFoundation 版本：github.com/apple/swift…，这个版本的源码可能和现有 iOS 系统中的实现略不同，但更容易编译，并且已经适配了 Linux/Windows。)前端
一、RunLoop的做用？RunLoop和线程的关系？
1.1 RunLoop的做用
-
保持程序的持续运行ios
-
处理APP中的各类事件(触摸、定时器、
performSelector)git -
节省cpu资源、提供程序的性能：该作事就作事，该休息就休息。github
1.2 RunLoop和线程的关系
首先，iOS 开发中能遇到两个线程对象:
pthread_t和NSThread。过去苹果有份文档标明了NSThread只是pthread_t的封装，但那份文档已经失效了，如今它们也有可能都是直接包装自最底层的mach thread。苹果并无提供这两个对象相互转换的接口，但无论怎么样，能够确定的是pthread_t和NSThread是一一对应的。好比，你能够经过pthread_main_thread_np()或[NSThread mainThread]来获取主线程；也能够经过pthread_self()或[NSThread currentThread]来获取当前线程。CFRunLoop是基于pthread来管理的。苹果不容许直接建立RunLoop，它只提供了两个自动获取的函数：CFRunLoopGetMain()和CFRunLoopGetCurrent()。 这两个函数内部的逻辑大概是下面这样:swift
/// 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，并先为主线程建立一个 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，建立一个
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());
}
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从上面的代码能够看出，线程和RunLoop之间是一一对应的，以key-value的形式保存在一个全局的 Dictionary 里。线程刚建立时并无RunLoop，若是你不主动获取，那它一直都不会有。RunLoop 的建立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）。segmentfault
子线程不建立RunLoop默认不开启。安全
经过 [[NSRunLoop currentRunLoop] run];开启子线程的RunLoop。bash
timer依赖于RunLoop,能够经过结束线程来销毁定时器。网络
static CFMutableDictionaryRef __CFRunLoops = NULL;
static CFSpinLock_t loopsLock = CFSpinLockInit;
// should only be called by Foundation
// t==0 is a synonym for "main thread" that always works
CF_EXPORT CFRunLoopRef _CFRunLoopGet0(pthread_t t) {
if (pthread_equal(t, kNilPthreadT)) {
t = pthread_main_thread_np();
}
__CFSpinLock(&loopsLock);
if (!__CFRunLoops) {
__CFSpinUnlock(&loopsLock);
CFMutableDictionaryRef dict = CFDictionaryCreateMutable(kCFAllocatorSystemDefault, 0, NULL, &kCFTypeDictionaryValueCallBacks);
CFRunLoopRef mainLoop = __CFRunLoopCreate(pthread_main_thread_np());
CFDictionarySetValue(dict, pthreadPointer(pthread_main_thread_np()), mainLoop);
if (!OSAtomicCompareAndSwapPtrBarrier(NULL, dict, (void * volatile *)&__CFRunLoops)) {
CFRelease(dict);
}
CFRelease(mainLoop);
__CFSpinLock(&loopsLock);
}
CFRunLoopRef loop = (CFRunLoopRef)CFDictionaryGetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t));
__CFSpinUnlock(&loopsLock);
if (!loop) {
CFRunLoopRef newLoop = __CFRunLoopCreate(t);
__CFSpinLock(&loopsLock);
loop = (CFRunLoopRef)CFDictionaryGetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t));
if (!loop) {
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; } 复制代码
二、RunLoop对外的接口
在 CoreFoundation 里面关于 RunLoop 有5个类:
CFRunLoopRef
CFRunLoopModeRef
CFRunLoopSourceRef
CFRunLoopTimerRef
CFRunLoopObserverRef
其中 CFRunLoopModeRef 类并无对外暴露，只是经过 CFRunLoopRef 的接口进行了封装。他们的关系以下:
经过源码分析能够看到__CFRunLoop是个结构体对象
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;
uint32_t _winthread;
CFMutableSetRef _commonModes;
CFMutableSetRef _commonModeItems;
CFRunLoopModeRef _currentMode;
CFMutableSetRef _modes;
struct _block_item *_blocks_head;
struct _block_item *_blocks_tail;
CFTypeRef _counterpart;
};
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一个 RunLoop 包含若干个 Mode ，每一个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 被称做 CurrentMode 。若是须要切换 Mode ，只能退出 Loop ，再从新指定一个 Mode 进入。这样作主要是为了分隔开不一样组的 Source/Timer/Observer ，让其互不影响。
2.1 CFRunLoopSourceRef
-
CFRunLoopSourceRef是事件产生的地方。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，你须要先调用CFRunLoopSourceSignal(source)，将这个Source标记为待处理，而后手动调用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），被用于经过内核和其余线程相互发送消息。这种Source能主动唤醒RunLoop的线程，其原理在下面会讲到。
2.2 CFRunLoopTimerRef
CFRunLoopTimerRef 是基于时间的触发器，它和 NSTimer 是toll-free bridged 的，能够混用。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。
2.3 CFRunLoopObserverRef
CFRunLoopObserverRef 是观察者，每一个 Observer 都包含了一个回调（函数指针），当 RunLoop 的状态发生变化时，观察者就能经过回调接受到这个变化。能够观测的时间点有如下几个：
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
};
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上面的 Source/Timer/Observer 被统称为 mode item，一个 item 能够被同时加入多个 mode。但一个 item 被重复加入同一个 mode 时是不会有效果的。若是一个 mode 中一个 item 都没有，则 RunLoop 会直接退出，不进入循环
三、RunLoop 的 Mode
CFRunLoopMode 和 CFRunLoop 的结构大体以下：
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
...
};
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这里有个概念叫 “CommonModes”：一个 Mode 能够将本身标记为”Common”属性（经过将其 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 同步到具备 “Common” 标记的全部Mode里。
应用场景举例：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。当你建立一个 Timer 并加到 DefaultMode 时，Timer 会获得重复回调，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，而且也不会影响到滑动操做。
有时你须要一个 Timer，在两个 Mode 中都能获得回调，一种办法就是将这个 Timer 分别加入这两个 Mode。还有一种方式，就是将 Timer 加入到顶层的 RunLoop 的 “commonModeItems” 中。”commonModeItems” 被 RunLoop 自动更新到全部具备”Common”属性的 Mode 里去。
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, ...);
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Mode 暴露的管理 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);
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你只能经过 mode name 来操做内部的 mode，当你传入一个新的 mode name 但 RunLoop 内部没有对应 mode 时，RunLoop会自动帮你建立对应的 CFRunLoopModeRef。对于一个 RunLoop 来讲，其内部的mode` 只能增长不能删除。
苹果公开提供的 Mode 有两个：kCFRunLoopDefaultMode (NSDefaultRunLoopMode) 和 UITrackingRunLoopMode，你能够用这两个 Mode Name 来操做其对应的Mode。
同时苹果还提供了一个操做Common标记的字符串：kCFRunLoopCommonModes (NSRunLoopCommonModes)，你能够用这个字符串来操做Common Items，或标记一个Mode 为 “Common”。使用时注意区分这个字符串和其余mode name。
RunLoop 的内部逻辑 根据苹果在文档里的说明，RunLoop 内部的逻辑大体以下:
其内部代码整理以下 （太长了不想看能够直接跳过去，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，容许设置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);
/// 若是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. 若是有 Source1 (基于port) 处于 ready 状态，直接处理这个 Source1 而后跳转去处理消息。
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
/// • 被其余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 若是一个 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 若是有dispatch到main_queue的block，执行block。
else if (msg_is_dispatch) {
__CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__(msg);
}
/// 9.3 若是一个 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)) {
/// 被外部调用者强制中止了
retVal = kCFRunLoopRunStopped;
} else if (__CFRunLoopModeIsEmpty(runloop, currentMode)) {
/// source/timer/observer一个都没有了
retVal = kCFRunLoopRunFinished;
}
/// 若是没超时，mode里没空，loop也没被中止，那继续loop。
} while (retVal == 0);
}
/// 10. 通知 Observers: RunLoop 即将退出。
__CFRunLoopDoObservers(rl, currentMode, kCFRunLoopExit);
}
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能够看到，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；直到超时或被手动中止，该函数才会返回。
四、RunLoop 的底层实现
从上面代码能够看到，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体划分为上述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:包括各类
核心框架、OpenGL等内容。
Darwin 即操做系统的核心，包括系统内核、驱动、Shell 等内容，这一层是开源的，其全部源码均可以在 opensource.apple.com 里找到。
咱们在深刻看一下 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内核的内环被称做 Mach，其做为一个微内核，仅提供了诸如处理器调度、IPC (进程间通讯)等很是少许的基础服务。 BSD 层能够看做围绕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 自己提供的 API 很是有限，并且苹果也不鼓励使用 Mach 的 API，可是这些API很是基础，若是没有这些API的话，其余任何工做都没法实施。在 Mach 中，全部的东西都是经过本身的对象实现的，进程、线程和虚拟内存都被称为”对象”。和其余架构不一样， Mach 的对象间不能直接调用，只能经过消息传递的方式实现对象间的通讯。”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 (进程间通讯) 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;
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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， 发送和接受消息是经过同一个 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);
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为了实现消息的发送和接收，mach_msg() 函数其实是调用了一个 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做，以下图：
这些概念能够参考维基百科: 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，若是没有别人发送 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，而后在 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，能够看看 NSHipster 这一篇文章，或者这里的中文翻译 。 关于Mach的历史能够看看这篇颇有趣的文章：Mac OS X 背后的故事（三）Mach 之父 Avie Tevanian。
四、苹果用 RunLoop 实现的功能
首先咱们能够看一下 App 启动后 RunLoop 的状态：
CFRunLoop {
current mode = kCFRunLoopDefaultMode
common modes = {
UITrackingRunLoopMode
kCFRunLoopDefaultMode
}
common mode items = {
// source0 (manual)
CFRunLoopSource {order =-1, {
callout = _UIApplicationHandleEventQueue}}
CFRunLoopSource {order =-1, {
callout = PurpleEventSignalCallback }}
CFRunLoopSource {order = 0, {
callout = FBSSerialQueueRunLoopSourceHandler}}
// source1 (mach port)
CFRunLoopSource {order = 0, {port = 17923}}
CFRunLoopSource {order = 0, {port = 12039}}
CFRunLoopSource {order = 0, {port = 16647}}
CFRunLoopSource {order =-1, {
callout = PurpleEventCallback}}
CFRunLoopSource {order = 0, {port = 2407,
callout = _ZL20notify_port_callbackP12__CFMachPortPvlS1_}}
CFRunLoopSource {order = 0, {port = 1c03,
callout = __IOHIDEventSystemClientAvailabilityCallback}}
CFRunLoopSource {order = 0, {port = 1b03,
callout = __IOHIDEventSystemClientQueueCallback}}
CFRunLoopSource {order = 1, {port = 1903,
callout = __IOMIGMachPortPortCallback}}
// Ovserver
CFRunLoopObserver {order = -2147483647, activities = 0x1, // Entry
callout = _wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler}
CFRunLoopObserver {order = 0, activities = 0x20, // BeforeWaiting
callout = _UIGestureRecognizerUpdateObserver}
CFRunLoopObserver {order = 1999000, activities = 0xa0, // BeforeWaiting | Exit
callout = _afterCACommitHandler}
CFRunLoopObserver {order = 2000000, activities = 0xa0, // BeforeWaiting | Exit
callout = _ZN2CA11Transaction17observer_callbackEP19__CFRunLoopObservermPv}
CFRunLoopObserver {order = 2147483647, activities = 0xa0, // BeforeWaiting | Exit
callout = _wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler}
// Timer
CFRunLoopTimer {firing = No, interval = 3.1536e+09, tolerance = 0,
next fire date = 453098071 (-4421.76019 @ 96223387169499),
callout = _ZN2CAL14timer_callbackEP16__CFRunLoopTimerPv (QuartzCore.framework)}
},
modes ＝ {
CFRunLoopMode {
sources0 = { /* same as 'common mode items' */ },
sources1 = { /* same as 'common mode items' */ },
observers = { /* same as 'common mode items' */ },
timers = { /* same as 'common mode items' */ },
},
CFRunLoopMode {
sources0 = { /* same as 'common mode items' */ },
sources1 = { /* same as 'common mode items' */ },
observers = { /* same as 'common mode items' */ },
timers = { /* same as 'common mode items' */ },
},
CFRunLoopMode {
sources0 = {
CFRunLoopSource {order = 0, {
callout = FBSSerialQueueRunLoopSourceHandler}}
},
sources1 = (null),
observers = {
CFRunLoopObserver >{activities = 0xa0, order = 2000000,
callout = _ZN2CA11Transaction17observer_callbackEP19__CFRunLoopObservermPv}
)},
timers = (null),
},
CFRunLoopMode {
sources0 = {
CFRunLoopSource {order = -1, {
callout = PurpleEventSignalCallback}}
},
sources1 = {
CFRunLoopSource {order = -1, {
callout = PurpleEventCallback}}
},
observers = (null),
timers = (null),
},
CFRunLoopMode {
sources0 = (null),
sources1 = (null),
observers = (null),
timers = (null),
}
}
}
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能够看到，系统默认注册了5个Mode:
-
kCFRunLoopDefaultMode: App的默认 Mode，一般主线程是在这个 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余 Mode 影响。 -
UIInitializationRunLoopMode: 在刚启动 App 时第进入的第一个 Mode，启动完成后就再也不使用。 -
GSEventReceiveRunLoopMode: 接受系统事件的内部 Mode，一般用不到。 -
kCFRunLoopCommonModes: 这是一个占位的 Mode，没有实际做用。
你能够在这里看到更多的苹果内部的 Mode，但那些 Mode 在开发中就很难遇到了。
当 RunLoop 进行回调时，通常都是经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，一般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，若是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：
{
/// 1. 通知Observers，即将进入RunLoop
/// 此处有Observer会建立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. 若是是被Timer唤醒的，回调Timer
__CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_TIMER_CALLBACK_FUNCTION__(timer);
/// 9. 若是是被dispatch唤醒的，执行全部调用 dispatch_async 等方法放入main queue 的 block
__CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__(dispatched_block);
/// 9. 若是若是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);
}
复制代码
五、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() 建立自动释放池。其 order 是-2147483647，优先级最高，保证建立释放池发生在其余全部回调以前。
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() 释放旧的池并建立新池；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余全部回调以后。
在主线程执行的代码，一般是写在诸如事件回调、Timer回调内的。这些回调会被 RunLoop 建立好的 AutoreleasePool 环绕着，因此不会出现内存泄漏，开发者也没必要显示建立 Pool 了。
六、RunLoop主要处理如下6类事件：
block应用：CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_BLOCK
调用timer：CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_TIMER_CALLBACK_FUNCTION
响应source0：CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE0_PERFORM_FUNCTION
响应source1： CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE1_PERFORM_FUNCTION
GCD主队列：CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE
observer源：CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION
6.1 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。这个过程的详细状况能够参考这里。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 转发给须要的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。一般事件好比 UIButton 点击、touchesBegin/Move/End/Cancel 事件都是在这个回调中完成的。
6.2 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()，其内部会获取全部刚被标记为待处理的 GestureRecognizer，并执行GestureRecognizer的回调。
当有 UIGestureRecognizer 的变化(建立/销毁/状态改变)时，这个回调都会进行相应处理。
6.3 界面更新
当在操做 UI 时，好比改变了 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()。这个函数里会遍历全部待处理的 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];
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6.4 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，并不会在很是准确的时间点回调这个Timer。Timer 有个属性叫作 Tolerance (宽容度)，标示了当时间点到后，允许有多少最大偏差。
若是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。就好比等公交，若是 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 并不同，其内部实际是操做了一个 Source）。若是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 类似），形成界面卡顿的感受。在快速滑动TableView时，即便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。
6.5 PerformSelecter
当调用 NSObject 的 performSelecter:afterDelay: 后，实际上其内部会建立一个 Timer 并添加到当前线程的 RunLoop 中。因此若是当前线程没有 RunLoop，则这个方法会失效。
当调用 performSelector:onThread: 时，实际上其会建立一个 Timer 加到对应的线程去，一样的，若是对应线程没有 RunLoop 该方法也会失效。
6.6 关于GCD
实际上 RunLoop 底层也会用到 GCD 的东西，好比 RunLoop 是用 dispatch_source_t 实现的 Timer（评论中有人提醒，NSTimer 是用了 XNU 内核的 mk_timer，我也仔细调试了一下，发现 NSTimer 确实是由 mk_timer 驱动，而非 GCD 驱动的）。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 到其余线程仍然是由 libDispatch 处理的。
6.6 关于网络请求
iOS 中，关于网络请求的接口自下至上有以下几层:
CFSocket
CFNetwork ->ASIHttpRequest
NSURLConnection ->AFNetworking
NSURLSession ->AFNetworking2, Alamofire
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CFSocket是最底层的接口，只负责socket通讯。CFNetwork是基于CFSocket等接口的上层封装，ASIHttpRequest工做于这一层。NSURLConnection是基于CFNetwork的更高层的封装，提供面向对象的接口，AFNetworking工做于这一层。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 (好比com.apple.NSURLConnectionLoader线程)，AFNetworking2.0和Alamofire工做于这一层。
下面主要介绍下 NSURLConnection 的工做过程。
一般使用 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，而后在其中的 DefaultMode 添加了4个 Source0 (即须要手动触发的Source)。CFMultiplexerSource 是负责各类 Delegate 回调的，CFHTTPCookieStorage 是处理各类 Cookie 的。
当开始网络传输时，咱们能够看到 NSURLConnection 建立了两个新线程：com.apple.NSURLConnectionLoader 和 com.apple.CFSocket.private。其中 CFSocket 线程是处理底层socket 链接的。NSURLConnectionLoader 这个线程内部会使用 RunLoop 来接收底层 socket 的事件，并经过以前添加的 Source0通知到上层的 Delegate。
NSURLConnectionLoader 中的 RunLoop 经过一些基于 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、RunLoop 的实际应用举例
AFNetworking2.0中的应用
AFURLConnectionOperation 这个类是基于 NSURLConnection 构建的，其但愿能在后台线程接收 Delegate 回调。为此 AFNetworking 单首创建了一个线程，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;
}
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RunLoop 启动前内部必需要有至少一个 Timer/Observer/Source，因此AFNetworking 在 [runLoop run] 以前先建立了一个新的 NSMachPort 添加进去了。一般状况下，调用者须要持有这个 NSMachPort (mach_port) 并在外部线程经过这个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，并无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];
}
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当须要这个后台线程执行任务时，AFNetworking2.0 经过调用 [NSObject performSelector:onThread:..] 将这个任务扔到了后台线程的 RunLoop 中。
参考
- 1. RunLoop？看我就够了
- 2. nginx看这篇就够了
- 3. mongoDB看这篇就够了
- 4. npm，看这篇就够了
- 5. Lombok 看这篇就够了
- 6. 了解 MongoDB 看这一篇就够了
- 7. 想了解Webpack，看这篇就够了
- 8. RunLoop入门 看我就够了
- 9. java序列化，看这篇就够了
- 10. python面试看这一篇就够了
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