一、什么是RunLoop?

• 1. RunLoop就是運行循環(huán)，在程序運行過程中循環(huán)做一些事情，在很多地方都會應(yīng)用到，例如：定時器、PerformSelector、GCD Async Main Queue、事件響應(yīng)、手勢識別、界面刷新、網(wǎng)絡(luò)請求、AutoreleasePool
• 2. 如果沒有RunLoop的話，例如以下代碼，在執(zhí)行完第13行代碼后，會即將退出程序

沒有RunLoop的話

• 3. 如果有了RunLoop的話，例如以下代碼，程序并不會馬上退出，而是保持運行狀態(tài)

有了RunLoop

• 4. 我們見到的程序長時間保持活躍狀態(tài)都是RunLoop的功勞，UIApplicationMain()會創(chuàng)建主線程，主線程內(nèi)部會主動開啟一個RunLoop，而RunLoop本質(zhì)上就是一個do-while循環(huán)，只要條件滿足，就會不停的循環(huán)，進而程序一直保持運行的狀態(tài)。RunLoop源碼如下所示：

void CFRunLoopRun(void) { /* DOES CALLOUT */
  int32_t result;
  do {
    result = CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopGetCurrent(),kCFRunLoopDefaultMode, 1.0e10, false);
    CHECK_FOR_FORK();
  } while (kCFRunLoopRunStopped != result && kCFRunLoopRunFinished != result);
}

• 5. RunLoop的作用有：

  • 保持程序處于持續(xù)運行

  • 處理App中的各種事件，例如觸摸事件、定時器事件

  • 節(jié)省CPU資源、提高程序性能：該做事的時候做事

二、RunLoop對象

• 1. iOS中有兩套API來訪問和使用RunLoop：Foundation中的NSRunLoop、Core Foundation中的CFRunLoopRef，其中的NSRunLoop和CFRunLoopRef都代表著RunLoop對象，NSRunLoop是基于CFRunLoopRef的一層OC包裝
• 2. CFRunLoop是開源的，地址是：https://opensource.apple.com/tarballs/CF/，CFRunLoopRef提供了兩個自動獲取RunLoop的函數(shù)：CFRunLoopGetMain()、CFRunLoopGetCurrent()，其內(nèi)部邏輯如下：

/// 全局的Dictionary，key 是 pthread_t， value 是 CFRunLoopRef
static CFMutableDictionaryRef loopsDic;
/// 訪問 loopsDic 時的鎖
static CFSpinLock_t loopsLock;

/// 獲取一個 pthread 對應(yīng)的 RunLoop。
CFRunLoopRef _CFRunLoopGet(pthread_t thread) {
OSSpinLockLock(&loopsLock);

if (!loopsDic) {
// 第一次進入時，初始化全局Dic，并先為主線程創(chuàng)建一個 RunLoop。
loopsDic = CFDictionaryCreateMutable();
CFRunLoopRef mainLoop = _CFRunLoopCreate();
CFDictionarySetValue(loopsDic, pthread_main_thread_np(), mainLoop);
}

/// 直接從 Dictionary 里獲取。
CFRunLoopRef loop = CFDictionaryGetValue(loopsDic, thread));

if (!loop) {
/// 取不到時，創(chuàng)建一個
loop = _CFRunLoopCreate();
CFDictionarySetValue(loopsDic, thread, loop);
/// 注冊一個回調(diào)，當線程銷毀時，順便也銷毀其對應(yīng)的 RunLoop。
_CFSetTSD(..., thread, loop, __CFFinalizeRunLoop);
}

OSSpinLockUnLock(&loopsLock);
return loop;
}

CFRunLoopRef CFRunLoopGetMain() {
return _CFRunLoopGet(pthread_main_thread_np());
}

CFRunLoopRef CFRunLoopGetCurrent() {
return _CFRunLoopGet(pthread_self());
}

• 3.從上述源代碼可以看出，RunLoop與線程之間的關(guān)系如下：

  • 每條線程都有唯一的一個與之對應(yīng)的RunLoop對象

  • RunLoop保存在一個全局的Dictionary里，線程作為Key，RunLoop作為Value

  • 線程剛創(chuàng)建時并沒有RunLoop對象，RunLoop會在第一次獲取它時創(chuàng)建

  • RunLoop會在線程結(jié)束時銷毀

  • 主線程的RunLoop默認已經(jīng)自動創(chuàng)建了，而子線程默認沒有開啟RunLoop

• 4. 獲取RunLoop對象的方法：
  • Foundation框架：

[NSRunLoop currentRunLoop]; // 獲得當前線程的RunLoop對象
[NSRunLoop mainRunLoop]; // 獲得主線程的RunLoop對象

• Core Foundation框架：

CFRunLoopGetCurrent(); // 獲得當前線程的RunLoop對象
CFRunLoopGetMain(); // 獲得主線程的RunLoop對象

三、RunLoop對外的接口

• 1. 在 CoreFoundation 里面關(guān)于 RunLoop 有5個類: CFRunLoopRef、CFRunLoopModeRef、CFRunLoopSourceRef、CFRunLoopTimerRef、CFRunLoopObserverRef，它們之間的關(guān)系如下所示：
     
     RunLoop
• 2. 從上圖，我們可以看出來，一個RunLoop里面可以有多個mode，每個mode又可以多個source，observer，timer。可是每次RunLoop只能指定一個mode運行，如果想要切換mode，就必須先退出RunLoop，然后重新指定mode運行，這樣做的目的就是避免mode之間相互影響。

  注意： 如果Mode里沒有任何Souce0、Souce1、Timer、Observer，RunLoop會立馬退出

下面我們就詳細說說關(guān)于RunLoop的五個類

• 3. CFRunLoopRef是一個叫做__CFRunLoop的結(jié)構(gòu)體，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下所示，內(nèi)部存放著可用的Mode集合、線程、當前的運行Mode
     
     __CFRunLoop內(nèi)部結(jié)構(gòu)
• 4. CFRunLoopModeRef代表了RunLoop的運行模式，底層是__CFRunLoopMode的結(jié)構(gòu)體，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下所示，內(nèi)部存放著souce0、souce1、observers、timers
     
     __CFRunLoopMode結(jié)構(gòu)體.png

創(chuàng)建RunLoop時，系統(tǒng)默認注冊了五種mode：

- (1). ```kCFRunLoopDefaultMode```: 默認 mode，通常主線程在這個 mode 下運行

- (2). ```UITrackingRunLoopMode```: 追蹤mode，保證Scrollview滑動順暢不受其他 mode 影響

- (3). ```UIInitializationRunLoopMode```: 啟動程序后的過渡mode，啟動完成后就不再使用

- (4). ```GSEventReceiveRunLoopMode```: Graphic相關(guān)事件的mode，通常用不到

- (5). ```kCFRunLoopCommonModes```: 占位用的mode，作為標記kCFRunLoopDefaultMode和UITrackingRunLoopMode用

• 5. CFRunLoopSourceRef是事件產(chǎn)生的地方，分為Source0和Source1兩種：

  • Source0： 只包含了一個回調(diào)（函數(shù)指針），它并不能主動觸發(fā)事件。使用時，你需要先調(diào)用 CFRunLoopSourceSignal(source)，將這個 Source 標記為待處理，然后手動調(diào)用CFRunLoopWakeUp(runloop)來喚醒 RunLoop，讓其處理這個事件

  • Source1： 包含了一個 mach_port 和一個回調(diào)（函數(shù)指針），被用于通過內(nèi)核和其他線程相互發(fā)送消息。這種 Source 能主動喚醒 RunLoop 的線程

• 6. CFRunLoopTimerRef是基于時間的觸發(fā)器，它和 NSTimer 是 toll-free bridged 的，可以混用。其包含一個時間長度和一個回調(diào)（函數(shù)指針）。當其加入到 RunLoop 時，RunLoop會注冊對應(yīng)的時間點，當時間點到時，RunLoop會被喚醒以執(zhí)行那個回調(diào)
• 7. CFRunLoopObserverRef是觀察者，每個 Observer 都包含了一個回調(diào)（函數(shù)指針），當 RunLoop 的狀態(tài)發(fā)生變化時，觀察者就能通過回調(diào)接受到這個變化。可以觀測的時間點有以下幾個：

typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
  kCFRunLoopEntry = (1UL << 0), // 即將進入Loop
  kCFRunLoopBeforeTimers = (1UL << 1), // 即將處理 Timer
  kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2), // 即將處理 Source
  kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5), // 即將進入休眠
  kCFRunLoopAfterWaiting = (1UL << 6), // 剛從休眠中喚醒
  kCFRunLoopExit = (1UL << 7), // 即將退出Loop
};

• 8. 可以通過該添加Observer監(jiān)聽RunLoop的狀態(tài)，如下所示：

image.png

四、RunLoop的運行邏輯

• 1. RunLoop的運行邏輯如下所示：

image.png

• 2. 上圖的運行邏輯文字描述是這樣的：

image.png

• 3. RunLoop 的核心就是一個 mach_msg()，當一個RunLoop處理完事件后，即將進入休眠時，會經(jīng)歷下面幾步：

  • (1). 指定一個將來喚醒自己的mach_port端口

  • (2). 調(diào)用mach_msg來監(jiān)聽這個端口，保持mach_msg_trap狀態(tài)

  • (3). 由另一個線程（比如有可能有一個專門處理鍵盤輸入事件的loop在后臺一直運行）向內(nèi)核發(fā)送這個端口的msg后，mach_msg_trap狀態(tài)被喚醒，RunLoop繼續(xù)運行

五、RunLoop的應(yīng)用

• 1. 線程包活，例如：AFNetworking的老版本就使用了線程包活，讓子線程永遠的活著，其源碼如下所示：

+ (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;
}

• • 主線程的RunLoop會自動創(chuàng)建，子線程的RunLoop默認不創(chuàng)建，在子線程中調(diào)用NSRunLoop.current獲取RunLoop對象的時候，就會創(chuàng)建RunLoop
• • RunLoop 啟動前內(nèi)部必須要有至少一個 Timer/Source，所以 AFNetworking 在 [runLoop run] 之前先創(chuàng)建了一個新的 NSMachPort 添加進去了。通常情況下，調(diào)用者需要持有這個 NSMachPort (mach_port) 并在外部線程通過這個 port 發(fā)送消息到 loop 內(nèi)；但此處添加 port 只是為了讓 RunLoop 不至于退出，并沒有用于實際的發(fā)送消息。

• 2. 事件響應(yīng)，當一個事件(觸摸/鎖屏/搖晃等)發(fā)生后，首先由 SpringBoard 接收，隨后用 mach port 轉(zhuǎn)發(fā)給需要的App進程，然后觸發(fā)進程的Source1的_UIApplicationHandleEventQueue()回調(diào)，_UIApplicationHandleEventQueue()會把 IOHIDEvent處理并包裝成 UIEvent 進行處理或分發(fā)，其中包括識別 UIGesture/處理屏幕旋轉(zhuǎn)/發(fā)送給 UIWindow 等，通常事件比如 UIButton 點擊、touchesBegin/Move/End/Cancel 事件都是在這個回調(diào)中完成的。
  • 當我們點擊某個按鈕時，通過打斷點，可以看出來函數(shù)調(diào)用棧是通過Source0過來的 ，如下所示，與我們上面描述的似乎有些不同，這是因為：事件確實是由Source1接受的，在其回調(diào)里會觸發(fā)Souce0，Source0 再觸發(fā)的 _UIApplicationHandleEventQueue()進行事件分發(fā)和處理，所以UIButton事件看到是在 Source0 內(nèi)的。

image.png

• 3. 界面刷新，當在操作 UI 時，比如改變了 Frame、更新了 UIView/CALayer 的層次時，或者手動調(diào)用了 UIView/CALayer 的 setNeedsLayout/setNeedsDisplay方法后，這個 UIView/CALayer 就被標記為待處理，并被提交到一個全局的容器去。
  • 蘋果注冊了一個 Observer 監(jiān)聽 BeforeWaiting(即將進入休眠) 和 Exit (即將退出Loop) 事件，回調(diào)去執(zhí)行一個很長的函數(shù)：_ZN2CA11Transaction17observer_callbackEP19__CFRunLoopObservermPv()，這個函數(shù)里會遍歷所有待處理的 UIView/CALayer 以執(zhí)行實際的繪制和調(diào)整，并更新 UI 界面。

六、面試題

• 1. 講講 RunLoop，項目中有用到嗎？
• 2. runloop內(nèi)部實現(xiàn)邏輯？
• 3. runloop和線程的關(guān)系？
• 4. timer 與 runloop 的關(guān)系？
• 5. 程序中添加每3秒響應(yīng)一次的NSTimer，當拖動tableview時timer可能無法響應(yīng)要怎么解決？
• 6. runloop 是怎么響應(yīng)用戶操作的， 具體流程是什么樣的？
• 7. 說說runLoop的幾種狀態(tài)
• 8. runloop的mode作用是什么？