之前關(guān)于RunLoop只知道一點，最近花時間重新系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了一下零远，以下是我的學(xué)習(xí)筆記及總結(jié)苗分。有不足的部分，望大佬不吝賜教遍烦。

1.RunLoop 概念

計算機處理任務(wù)有進程和線程的概念俭嘁，而在iOS中一個App只能開啟一個進程，但是線程可以開啟多個服猪。一般來講供填，一個線程一次只能執(zhí)行一個任務(wù)，執(zhí)行完成后線程就會退出罢猪。

當我們需要一個常駐線程近她，可以讓線程在需要做事的時候忙起來，不需要的話就讓線程休眠膳帕，可以這樣做：

do {
   //獲取消息
   //處理消息
} while (消息 粘捎！= 退出)

上面的這種循環(huán)模型被稱作 Event Loop。Event Loop 在很多系統(tǒng)和框架里都有實現(xiàn)危彩，如 Windows 程序的消息循環(huán)攒磨、OSX/iOS 里的 RunLoop。

所以汤徽，RunLoop 實際上就是一個對象娩缰，這個對象管理了其需要處理的事件和消息，并提供了一個入口函數(shù)來執(zhí)行上面 Event Loop 的邏輯谒府。線程執(zhí)行了這個函數(shù)后拼坎，就會一直處于這個函數(shù)內(nèi)部 “接受消息->等待->處理” 的循環(huán)中，直到這個循環(huán)結(jié)束（比如傳入 quit 的消息）完疫，函數(shù)返回泰鸡。

OSX/iOS 系統(tǒng)中，提供了兩個這樣的對象：
NSRunLoop 和 CFRunLoopRef

屏幕快照 2019-03-28 下午4.11.13.png

• CFRunLoopRef 是在 CoreFoundation 框架內(nèi)的壳鹤，它提供了純 C 函數(shù)的 API盛龄，所有這些 API 都是線程安全的。
• NSRunLoop 是基于 CFRunLoopRef 的封裝芳誓，提供了面向?qū)ο蟮?API讯嫂，但是這些 API 不是線程安全的。

2.RunLoop基本作用

• 1.使程序一直運行并接受用戶輸入
  程序一啟動就會開一個主線程兆沙，主線程一開起來就會跑一個主線程對應(yīng)的RunLoop，RunLoop保證主線程不會被銷毀莉掂，也就保證了程序的持續(xù)運行葛圃。
• 2.決定程序在何時應(yīng)該處理哪些Event
  比如：觸摸事件，定時器事件，Selector事件等
• 3.節(jié)省CPU時間
  程序運行起來時库正，什么操作都沒有做的時候曲楚，RunLoop就告訴CPU，現(xiàn)在沒有事情做褥符，我要去休息龙誊，這時CPU就會將其資源釋放出來去做其他的事情，當有事情做的時候RunLoop就會立馬起來去做事情

3.RunLoop與線程

蘋果不允許直接創(chuàng)建RunLoop喷楣，但是可以通過[NSRunLoop currentRunLoop]或者CFRunLoopGetCurrent()來獲忍舜蟆（如果沒有就會自動創(chuàng)建一個）。

// 拿到當前Runloop 調(diào)用_CFRunLoopGet0
CFRunLoopRef CFRunLoopGetCurrent(void) {
    CHECK_FOR_FORK();
    CFRunLoopRef rl = (CFRunLoopRef)_CFGetTSD(__CFTSDKeyRunLoop);
    if (rl) return rl;
    return _CFRunLoopGet0(pthread_self());
}

// 查看_CFRunLoopGet0方法內(nèi)部
CF_EXPORT CFRunLoopRef _CFRunLoopGet0(pthread_t t) {
    if (pthread_equal(t, kNilPthreadT)) {
    t = pthread_main_thread_np();
    }
    __CFLock(&loopsLock);
    if (!__CFRunLoops) {
        __CFUnlock(&loopsLock);
    CFMutableDictionaryRef dict = CFDictionaryCreateMutable(kCFAllocatorSystemDefault, 0, NULL, &kCFTypeDictionaryValueCallBacks);
    // 根據(jù)傳入的主線程獲取主線程對應(yīng)的RunLoop
    CFRunLoopRef mainLoop = __CFRunLoopCreate(pthread_main_thread_np());
    // 保存主線程 將主線程-key和RunLoop-Value保存到字典中
    CFDictionarySetValue(dict, pthreadPointer(pthread_main_thread_np()), mainLoop);
    if (!OSAtomicCompareAndSwapPtrBarrier(NULL, dict, (void * volatile *)&__CFRunLoops)) {
        CFRelease(dict);
    }
    CFRelease(mainLoop);
        __CFLock(&loopsLock);
    }
    
    // 從字典里面拿铣焊，將線程作為key從字典里獲取一個loop
    CFRunLoopRef loop = (CFRunLoopRef)CFDictionaryGetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t));
    __CFUnlock(&loopsLock);
    
    // 如果loop為空逊朽，則創(chuàng)建一個新的loop，所以runloop會在第一次獲取的時候創(chuàng)建
    if (!loop) {  
    CFRunLoopRef newLoop = __CFRunLoopCreate(t);
        __CFLock(&loopsLock);
    loop = (CFRunLoopRef)CFDictionaryGetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t));
    
    // 創(chuàng)建好之后曲伊，以線程為key runloop為value叽讳，一對一存儲在字典中，下次獲取的時候坟募，則直接返回字典內(nèi)的runloop
    if (!loop) { 
        CFDictionarySetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t), newLoop);
        loop = newLoop;
    }
        // don't release run loops inside the loopsLock, because CFRunLoopDeallocate may end up taking it
        __CFUnlock(&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;
}

從上面的代碼可以看出:
線程和 RunLoop 之間是一一對應(yīng)的岛蚤，其關(guān)系是保存在一個 Dictionary 里。所以我們創(chuàng)建子線程RunLoop時懈糯，只需在子線程中獲取當前線程的RunLoop對象即可[NSRunLoop currentRunLoop];如果不獲取涤妒，那子線程就不會創(chuàng)建與之相關(guān)聯(lián)的RunLoop，并且只能在一個線程的內(nèi)部獲取其 RunLoop
[NSRunLoop currentRunLoop];方法調(diào)用時昂利，會先看一下字典里有沒有存子線程相對用的RunLoop届腐，如果有則直接返回RunLoop，如果沒有則會創(chuàng)建一個蜂奸，并將與之對應(yīng)的子線程存入字典中犁苏。當線程結(jié)束時，RunLoop會被銷毀扩所。

總結(jié)：

線程和 RunLoop 之間是一一對應(yīng)的围详；其關(guān)系保存在一個全局的 Dictionary 里，線程作為key,RunLoop作為value祖屏；線程創(chuàng)建之后是沒有RunLoop的（主線程除外）助赞；RunLoop在第一次獲取時創(chuàng)建，在線程結(jié)束時銷毀袁勺。

4.RunLoop 主要組成

• RunLoop 有5個類

• CFRunLoopRef
• CFRunLoopModeRef
• CFRunLoopSourceRef
• CFRunLoopTimerRef
• CFRunLoopObserverRef

關(guān)系如下：

RunLoop 內(nèi)部關(guān)系1

RunLoop 內(nèi)部關(guān)系2

一個 RunLoop 包含若干個 Mode雹食，每個 Mode 又包含若干個 Source/Timer/Observer。每次調(diào)用 RunLoop 的主函數(shù)時期丰，只能指定其中一個 Mode群叶，這個Mode被稱作 CurrentMode吃挑。如果需要切換 Mode，只能退出 RunLoop街立，再重新指定一個 Mode 進入舶衬。這樣做主要是為了分隔開不同組的 Source/Timer/Observer，讓其互不影響赎离。

4.1 CFRunLoopMode

CFRunLoopMode 結(jié)構(gòu)大致如下：

struct __CFRunLoopMode {
    CFStringRef _name;            // mode名稱
    CFMutableSetRef _sources0;    // sources0
    CFMutableSetRef _sources1;    // sources1
    CFMutableArrayRef _observers; // 通知
    CFMutableArrayRef _timers;    // 定時器
    __CFPortSet _portSet;  // 保存所有需要監(jiān)聽的port逛犹，比如 _wakeUpPort，_timerPort都保存在這個數(shù)組中
};

一個CFRunLoopMode對象有一個name梁剔，若干source0虽画、source1、timer憾朴、observer和若干port狸捕，可見事件都是由Mode在管理，而RunLoop管理Mode众雷。

特性

• RunLoop在同一段時間只能且必須在一種特定Mode下Run
• 更換Mode時灸拍，需要停止當前Loop，然后重啟新Loop
• Mode是iOS App滑動順暢的關(guān)鍵

蘋果文檔中提到的 Mode 有五個砾省，分別是：

• NSDefaultRunLoopMode：App的默認Mode鸡岗，通常主線程是在這個Mode下運行；
• NSConnectionReplyMode
• NSModalPanelRunLoopMode
• NSEventTrackingRunLoopMode
• NSRunLoopCommonModes

iOS 中公開暴露出來的只有 NSDefaultRunLoopMode 和 NSRunLoopCommonModes编兄。
NSRunLoopCommonModes 實際上是一個 Mode 的集合轩性，默認包括 NSDefaultRunLoopMode 和 NSEventTrackingRunLoopMode（注意：并不是說Runloop會運行在kCFRunLoopCommonModes這種模式下，而是相當于分別注冊了 NSDefaultRunLoopMode和 UITrackingRunLoopMode狠鸳。當然你也可以通過調(diào)用CFRunLoopAddCommonMode()方法將自定義Mode放到 kCFRunLoopCommonModes組合）揣苏。

4.2 CFRunLoopTimer
是基于時間的觸發(fā)器，基本上說的就是NSTimer件舵，它受RunLoop的Mode影響（GCD的定時器不受RunLoop的Mode影響）卸察，當其加入到 RunLoop 時，RunLoop會注冊對應(yīng)的時間點铅祸，當時間點到時坑质，RunLoop會被喚醒以執(zhí)行那個回調(diào)。如果線程阻塞或者不在這個Mode下临梗，觸發(fā)點將不會執(zhí)行涡扼，一直等到下一個周期時間點觸發(fā)。

特性：

• CFRunLoopTimer 是定時器盟庞，可以在設(shè)定的時間點拋出回調(diào)
• CFRunLoopTimer和NSTimer是toll-free bridged的吃沪，可以相互轉(zhuǎn)換

RunLoopTimer的封裝

+ (NSTimer *)timerWithTimeInterval:(NSTimeInterval)ti   
invocation:(NSInvocation *)invocation repeats:(BOOL)yesOrNo;
+ (NSTimer *)scheduledTimerWithTimeInterval:(NSTimeInterval)ti 
 invocation:(NSInvocation *)invocation repeats:(BOOL)yesOrNo;

- (void)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(id)anArgument  
 afterDelay:(NSTimeInterval)delay inModes:(NSArray *)modes;

+ (CADisplayLink *)displayLinkWithTarget:(id)target selector:(SEL)sel;
- (void)addToRunLoop:(NSRunLoop *)runloop forMode:(NSString *)mode;

4.3 CFRunLoopSource
CFRunLoopSourceRef是事件源（輸入源），定義了兩個Version的Source:

• Source0：處理App內(nèi)部事件什猖、App自己負責管理（觸發(fā)）巷波，如UIEvent萎津、CFSocket。
  source0是非基于Port的抹镊。只包含了一個回調(diào)（函數(shù)指針），它并不能主動觸發(fā)事件荤傲。使用時垮耳，你需要先調(diào)用 CFRunLoopSourceSignal(source)，將這個 Source 標記為待處理遂黍，然后手動調(diào)用 CFRunLoopWakeUp(runloop) 來喚醒 RunLoop终佛，讓其處理這個事件。

• Source1：由RunLoop和內(nèi)核管理雾家，Mach port驅(qū)動铃彰，如CFMachPort、CFMessagePort芯咧。
  包含了一個 mach_port 和一個回調(diào)（函數(shù)指針）牙捉，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 的線程敬飒。

4.4 CFRunLoopObserver
CFRunLoopObserverRef 是觀察者邪铲，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)生變化時无拗，觀察者就能通過回調(diào)接受到這個變化带到。可以觀測的時間點有以下幾個：

enum CFRunLoopActivity {
    kCFRunLoopEntry             = (1 << 0),    // 即將進入Loop   
    kCFRunLoopBeforeTimers      = (1 << 1),    // 即將處理 Timer        
    kCFRunLoopBeforeSources     = (1 << 2),    // 即將處理 Source  
    kCFRunLoopBeforeWaiting     = (1 << 5),    // 即將進入休眠     
    kCFRunLoopAfterWaiting      = (1 << 6),    // 剛從休眠中喚醒   
    kCFRunLoopExit              = (1 << 7),    // 即將退出Loop  
    kCFRunLoopAllActivities     = 0x0FFFFFFFU  // 包含上面所有狀態(tài)  
};
typedef enum CFRunLoopActivity CFRunLoopActivity;

5.RunLoop 的內(nèi)部邏輯

RunLoop 的內(nèi)部邏輯

流程如下：

1.通知觀察者 RunLoop 啟動
之后調(diào)用內(nèi)部函數(shù)英染，進入Loop揽惹，下面的流程都在Loop內(nèi)部do-while函數(shù)中執(zhí)行。
2.通知觀察者: RunLoop 即將觸發(fā) Timer 回調(diào)四康。（kCFRunLoopBeforeTimers）
3.通知觀察者: RunLoop 即將觸發(fā) Source0 回調(diào)
（kCFRunLoopBeforeSources）
4.RunLoop 觸發(fā) Source0 回調(diào)搪搏。
5.如果有 Source1 處于等待狀態(tài)，直接處理這個 Source1 然后跳轉(zhuǎn)到第9步處理消息箭养。
6.通知觀察者：RunLoop 的線程即將進入休眠(sleep)慕嚷。（kCFRunLoopBeforeWaiting）
7.調(diào)用 mach_msg監(jiān)聽喚醒端口
系統(tǒng)內(nèi)核將這個線程掛起，停留在mach_msg_trap狀態(tài)毕泌，等待接受 mach_port 的消息喝检。線程將進入休眠, 直到被下面某一個事件喚醒**

存在Source0被標記為待處理，系統(tǒng)調(diào)用CFRunLoopWakeUp喚醒線程處理事件
定時器時間到了
RunLoop自身的超時時間到了
RunLoop外部調(diào)用者喚醒

8.通知觀察者線程已經(jīng)被喚醒
（kCFRunLoopAfterWaiting）
9.處理事件

如果一個 Timer 到時間了撼泛，觸發(fā)這個Timer的回調(diào)
如果有dispatch到main_queue的block挠说，執(zhí)行block
如果一個 Source1 發(fā)出事件了，處理這個事件
事件處理完成進行判斷：
進入loop時傳入?yún)?shù)指明處理完事件就返回（stopAfterHandle）
超出傳入?yún)?shù)標記的超時時間（timeout）
被外部調(diào)用者強制停止__CFRunLoopIsStopped(runloop)
source/timer/observer 全都空了__CFRunLoopModeIsEmpty(runloop, currentMode)
上面4個條件都不滿足愿题，即沒超時损俭、mode里沒空蛙奖、loop也沒被停止，那繼續(xù)loop杆兵。此時跳轉(zhuǎn)到步驟2繼續(xù)循環(huán)雁仲。

10.系統(tǒng)通知觀察者: RunLoop 即將退出。
滿足步驟9事件處理完成判斷4條中的任何一條琐脏，跳出do-while函數(shù)的內(nèi)部攒砖，通知觀察者Loop結(jié)束。

6.RunLoop 實際應(yīng)用

6.1 AutoreleasePool

App啟動之后日裙，蘋果在主線程 RunLoop 里注冊了兩個 Observer吹艇，回調(diào)都是_wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler()。
1. 第一個observer昂拂，監(jiān)聽了一個事件：
即將進入Loop（kCFRunLoopEntry）受神，其回調(diào)會調(diào)用 _objc_autoreleasePoolPush()創(chuàng)建一個棧自動釋放池，這個優(yōu)先級最高格侯，保證創(chuàng)建釋放池在其他操作之前鼻听。
2.第二個observer，監(jiān)聽了兩個事件：
1).準備進入休眠（kCFRunLoopBeforeWaiting）养交，此時調(diào)用 _objc_autoreleasePoolPop()和 _objc_autoreleasePoolPush()來釋放舊的池并創(chuàng)建新的池精算。
2). 即將退出Loop（kCFRunLoopExit），此時調(diào)用 _objc_autoreleasePoolPop()釋放自動釋放池碎连。這個 observer 的優(yōu)先級最低灰羽，確保池子釋放在所有回調(diào)之后。

在主線程中執(zhí)行代碼一般都是寫在事件回調(diào)或Timer回調(diào)中的鱼辙，這些回調(diào)都被加入了main thread的自動釋放池中廉嚼，所以在ARC模式下我們不用關(guān)心對象什么時候釋放，也不用去創(chuàng)建和管理pool倒戏。

6.2 事件響應(yīng)

系統(tǒng)注冊了一個 Source1 用來接收系統(tǒng)事件怠噪，其回調(diào)函數(shù)為 __IOHIDEventSystemClientQueueCallback()。當一個硬件事件(觸摸/鎖屏/搖晃等)發(fā)生后杜跷，首先由 IOKit.framework 生成一個 IOHIDEvent 事件并由 SpringBoard 接收傍念。

SpringBoard 只接收按鍵(鎖屏/靜音等)、觸摸葛闷、加速憋槐，傳感器等幾種事件

隨后用 mach port 轉(zhuǎn)發(fā)給需要的App進程。隨后系統(tǒng)注冊的那個 Source1 就會觸發(fā)回調(diào)淑趾，并調(diào)用_UIApplicationHandleEventQueue()進行應(yīng)用內(nèi)部的分發(fā)阳仔。
_UIApplicationHandleEventQueue()會把 IOHIDEvent 事件處理并包裝成 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 等扣泊。通常事件比如 UIButton 點擊近范、touchesBegin/Move/End/Cancel 事件都是在這個回調(diào)中完成的嘶摊。

6.3 定時器

1.NSTimer 的工作原理
這里說的定時器就是NSTimer，我們使用頻率最高的定時器评矩，它的原型是CFRunLoopTimerRef叶堆。一個Timer注冊 RunLoop 之后，RunLoop 會為這個Timer的重復(fù)時間點注冊好事件稚照。

需要注意：

1.如果某個重復(fù)的時間點由于線程阻塞或者其他原因錯過了蹂空，例如執(zhí)行了一個很長的任務(wù)，則那個時間點的回調(diào)也會跳過去果录，不會延后執(zhí)行。就比如等公交咐熙，如果 10:10 時我忙著玩手機錯過了那個點的公交弱恒，那我只能等 10:20 這一趟了。
2.我們在哪個線程調(diào)用 NSTimer 就必須在哪個線程終止棋恼。

Timer 有個屬性叫做 Tolerance (寬容度)返弹，官方文檔給它的解釋是 Timer 的計時并不是準確的，有一定的誤差爪飘。

2.NSTimer 優(yōu)化使用
開發(fā)中常見的現(xiàn)象：在界面上有一個UIscrollview控件（tableview义起，collectionview等），如果此時還有一個定時器在執(zhí)行一個事件师崎，你會發(fā)現(xiàn)當你滾動scrollview的時候默终，定時器會失效。

這是因為犁罩，為了更好的用戶體驗齐蔽，在主線程中UITrackingRunLoopMode的優(yōu)先級最高。在用戶拖動控件時床估，主線程的Run Loop是運行在UITrackingRunLoopMode下含滴，而創(chuàng)建的Timer是默認關(guān)聯(lián)為Default Mode，因此系統(tǒng)不會立即執(zhí)行Default Mode下接收的事件丐巫。

解決方法1：
將當前 Timer 加入到 UITrackingRunLoopMode 或 kCFRunLoopCommonModes 中

NSTimer * timer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1.0 target:self selector:@selector(TimerFire:) userInfo:nil repeats:YES];
[[NSRunLoop mainRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];  

解決方法2：
用GCD定時器

    //dispatch_source_t必須是全局或static變量谈况，否則timer不會觸發(fā)
    static dispatch_source_t timer;
    //創(chuàng)建新的調(diào)度源（這里傳入的是DISPATCH_SOURCE_TYPE_TIMER，創(chuàng)建的是Timer調(diào)度
    timer = dispatch_source_create(DISPATCH_SOURCE_TYPE_TIMER, 0, 0, dispatch_get_main_queue());
    dispatch_source_set_timer(timer, DISPATCH_TIME_NOW, 1 * NSEC_PER_SEC, 0 * NSEC_PER_SEC);
    dispatch_source_set_event_handler(timer, ^{
        NSLog(@"%@",[NSThread currentThread]);
    });
    //啟動或繼續(xù)定時器
    dispatch_resume(timer);

3.基于mode的拓展應(yīng)用

用戶滑動 scrollView 的過程中加載圖片递胧，由于UI的操作都是在主線程進行的暑认，會造成滑動不流暢的問題誊垢，這個時候我們就需要在滑動的時候不加載圖片，等滑動操作完成再進行加載圖片的操作。

一般我們可以設(shè)置代理菜拓，當用戶滑動結(jié)束的時候通知代理加載圖片，這樣比較麻煩太low，基于RunLoop的原理我們只要一行代碼即可搞定。

UIImage *downloadedImage = ...;
[self.avatarImageView performSelector:@selector(setImage:)
                               withObject:downloadedImage
                               afterDelay:0
                                  inModes:@[NSDefaultRunLoopMode]];

通過將圖片的設(shè)置 setImage: 添加到 DefaultMode 里面屉栓，確保在 UITrackingRunLoopMode 下該操作不會被執(zhí)行，保證了滑動的流暢性耸袜。

6.4 RunLoop與GCD關(guān)系

當調(diào)用了dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), <#^(void)block#>)時友多，libDispatch會向主線程RunLoop發(fā)送消息喚醒RunLoop，RunLoop從消息中獲取block堤框，并且在__CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__回調(diào)里執(zhí)行這個block域滥。dispatch_after同理。如圖：

dispatch.png

7.相關(guān)面試題

1.談?wù)剅unloop的理解蜈抓；
2.runloop有哪些狀態(tài)启绰；
3.RunLoop的作用是什么？它的內(nèi)部工作機制了解么沟使？（最好結(jié)合線程來說） 4.TableView/ScrollView/CollectionView滾動時為什么NSTimer會停止委可？
5.RunLoop和線程有什么關(guān)系？

求知四階段

不知自己不知道
不知自己已知道
已知自己已知道
知道自己不知道

參考文獻：

深入理解RunLoop
孫源@sunnyxx 視頻分享
iOS RunLoop詳解
RunLoop的前世今生
iOS底層原理總結(jié) - RunLoop