什么是RunLoop

顧名思義，RunLoop就是在‘跑圈’蝙斜，其本質(zhì)是一個do
while循環(huán)孕荠。RunLoop提供了這么一種機制稚伍，當(dāng)有任務(wù)處理時个曙，線程的RunLoop會保持忙碌垦搬，而在沒有任何任務(wù)處理時悼沿，會讓線程休眠糟趾，從而讓出CPU义郑。當(dāng)再次有任務(wù)需要處理時非驮，RunLoop會被喚醒劫笙，來處理事件填大，直到任務(wù)處理完畢允华，再次進入休眠磷蜀。

為什么會有這樣一種機制呢褐隆？

• 大家都知道妓灌，一個線程的生命周期分為創(chuàng)建虫埂、就緒掉伏、運行斧散、阻塞和死亡鸡捐，當(dāng)一個線程上的任務(wù)執(zhí)行完畢箍镜，這個線程就會死亡色迂，所占的資源也就會被回收歇僧，當(dāng)頻繁開啟異步操作的時候诈悍，就意味著頻繁創(chuàng)建和銷毀線程兽埃，創(chuàng)建和銷毀線程是要消耗一些性能的慕趴，所以RunLoop 可以在一定程度上解決這個問題冕房。
• 按常理來講耙册，線程中的任務(wù)執(zhí)行完畢详拙，線程要被釋放蔓同，但是卻有一個特例斑粱，Thread.main矿微，主線程好像一直都存在尚揣，不論我們什么時候使用主線程執(zhí)行代碼快骗，主線程都在那里等著你思灌。其實很好理解恭取，如果主線程死亡了耗跛，APP 不就沒了嗎调塌？所以這里也有runLoop 的功勞羔砾。

如果繼續(xù)問：RunLoop是怎么實現(xiàn)休眠機制的姜凄？RunLoop都可以處理哪些任務(wù)，又是怎么處理的呢董虱？RunLoop在iOS系統(tǒng)中都有什么應(yīng)用呢？這些東西在寫代碼過程中可能不會直接用到捐友，但是了解他的原理，對我們平時開發(fā)避坑是有一定作用的撮慨。

RunLoop 的結(jié)構(gòu)組成

RunLoop位于蘋果的Core Foundation庫中砌溺，而Core Foundation庫則位于iOS架構(gòu)分層的Core Service層中（值得注意的是规伐，Core Foundation是一個跨平臺的通用庫，不僅支持Mac肌厨，iOS吵护，同時也支持Windows）：

image.png

RunLoop 的結(jié)構(gòu)如下

image.png

RunLoop提供了如下功能(括號中CF**表明了在CF庫中對應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)名稱)：

RunLoop(CFRunLoop)使你的線程保持忙碌(有事干時)或休眠狀態(tài)（沒事干時）間切換（由于休眠狀態(tài)的存在，使你的線程不至于意外退出）瓮恭。
RunLoop提供了處理事件源（source0屯蹦，source1）機制(CFRunLoopSource）登澜。
RunLoop提供了對Timer的支持(CFRunLoopTimer)帖渠。
RunLoop自身會在多種狀態(tài)間切換（run,sleep,exit等），在狀態(tài)切換時狞甚，RunLoop會通知所注冊的Observer(CFRunLoopObserver)哼审，使得系統(tǒng)可以在特定的時機執(zhí)行對應(yīng)的操作涩盾。相關(guān)的如AutoreleasePool 的Pop/Push春霍，手勢識別等叶眉。
RunLoop在run時衅疙，會進入如下圖所示的do while循環(huán)：

image.png

盡管CFRunLoopPerformBlock在上圖中作為喚醒機制有所體現(xiàn)胧后，但事實上執(zhí)行CFRunLoopPerformBlock只是入隊，下次RunLoop運行才會執(zhí)行抱环，而如果需要立即執(zhí)行則必須調(diào)用CFRunLoopWakeUp壳快。

RunLoopMode

Runloop總是運行在某種特定的CFRunLoopModeRef下（每次運行__CFRunLoopRun()函數(shù)時必須指定Mode）。而通過CFRunloopRef對應(yīng)結(jié)構(gòu)體的定義可以很容易知道每種Runloop都可以包含若干個Mode镇草，每個Mode又包含Source/Timer/Observer。每次調(diào)用Runloop的主函數(shù)__CFRunLoopRun()時必須指定一種Mode，這個Mode稱為** _currentMode**，當(dāng)切換Mode時必須退出當(dāng)前Mode，然后重新進入Runloop以保證不同Mode的Source/Timer/Observer互不影響。

有些難以理解？來看一下創(chuàng)建Timer 的代碼撩笆，類比一下

let timer = Timer(timeInterval: 1.0, target: self, selector: #selector(timerRun(_:)), userInfo: nil, repeats: true)
RunLoop.main.add(timer, forMode: .common)

這個就是在主線程的runLoop里面加了個timer，設(shè)置mode為 common。

系統(tǒng)默認提供的Run Loop Modes有kCFRunLoopDefaultMode(NSDefaultRunLoopMode)和UITrackingRunLoopMode，需要切換到對應(yīng)的Mode時只需要傳入對應(yīng)的名稱即可颠悬。前者是系統(tǒng)默認的Runloop Mode灾票，例如進入iOS程序默認不做任何操作就處于這種Mode中正什，此時滑動UIScrollView主经，主線程就切換Runloop到到UITrackingRunLoopMode鉴腻，不再接受其他事件操作（除非你將其他Source/Timer設(shè)置到UITrackingRunLoopMode下）。
但是對于開發(fā)者而言經(jīng)常用到的Mode還有一個kCFRunLoopCommonModes（NSRunLoopCommonModes）,其實這個并不是某種具體的Mode，而是一種模式組合志鞍，在iOS系統(tǒng)中默認包含了
NSDefaultRunLoopMode和 UITrackingRunLoopMode（注意：并不是說Runloop會運行在kCFRunLoopCommonModes這種模式下此洲，而是相當(dāng)于分別注冊了 NSDefaultRunLoopMode和 UITrackingRunLoopMode衷畦。當(dāng)然你也可以通過調(diào)用CFRunLoopAddCommonMode()方法將自定義Mode放到 kCFRunLoopCommonModes**組合）。

RunLoop和線程的關(guān)系

Runloop是基于pthread進行管理的纹磺，pthread是基于c的跨平臺多線程操作底層API。它是mach thread的上層封裝（可以參見Kernel Programming Guide）瞬痘，和NSThread一一對應(yīng)（而NSThread是一套面向?qū)ο蟮腁PI，所以在iOS開發(fā)中我們也幾乎不直接使用pthread）鸭蛙。

image.png

open func run()

open func run(until limitDate: Date)

open func run(mode: RunLoop.Mode, before limitDate: Date) -> Bool

• run方法對應(yīng)上面CFRunloopRef中的CFRunLoopRun并不會退出枝秤，除非調(diào)用CFRunLoopStop();通常如果想要永遠不會退出RunLoop才會使用此方法，否則可以使用runUntilDate。
• runMode:beforeDate:則對應(yīng)CFRunLoopRunInMode(mode,limiteDate,true)方法,只執(zhí)行一次觉壶，執(zhí)行完就退出；通常用于手動控制RunLoop（例如在while循環(huán)中）蹬碧。
• runUntilDate:方法其實是CFRunLoopRunInMode(kCFRunLoopDefaultMode,limiteDate,false)翔始，執(zhí)行完并不會退出，繼續(xù)下一次RunLoop直到timeout.

RunLoop應(yīng)用

Timer

前面提到Timer Source作為事件源，事實上它的上層對應(yīng)就是Timer（其實就是CFRunloopTimerRef）這個開發(fā)者經(jīng)常用到的定時器（底層基于使用mk_timer實現(xiàn)），甚至很多開發(fā)者接觸RunLoop還是從Timer開始的窿撬。其實Timer定時器的觸發(fā)正是基于RunLoop運行的，所以使用Timer之前必須注冊到RunLoop色洞，但是RunLoop為了節(jié)省資源并不會在非常準(zhǔn)確的時間點調(diào)用定時器媚污，如果一個任務(wù)執(zhí)行時間較長，那么當(dāng)錯過一個時間點后只能等到下一個時間點執(zhí)行廷雅，并不會延后執(zhí)行（Timer提供了一個tolerance屬性用于設(shè)置寬容度耗美，如果確實想要使用Timer并且希望盡可能的準(zhǔn)確，則可以設(shè)置此屬性）航缀。
Timer的創(chuàng)建通常有兩種方式商架，盡管都是類方法，一種是init(xxxxx)芥玉，另一種scheduedTimer(XXX)蛇摸。

public /*not inherited*/ init(timeInterval ti: TimeInterval, invocation: NSInvocation, repeats yesOrNo: Bool)

    open class func scheduledTimer(timeInterval ti: TimeInterval, invocation: NSInvocation, repeats yesOrNo: Bool) -> Timer

    
    public /*not inherited*/ init(timeInterval ti: TimeInterval, target aTarget: Any, selector aSelector: Selector, userInfo: Any?, repeats yesOrNo: Bool)

    open class func scheduledTimer(timeInterval ti: TimeInterval, target aTarget: Any, selector aSelector: Selector, userInfo: Any?, repeats yesOrNo: Bool) -> Timer

    
    /// Creates and returns a new NSTimer object initialized with the specified block object. This timer needs to be scheduled on a run loop (via -[NSRunLoop addTimer:]) before it will fire.
    /// - parameter:  timeInterval  The number of seconds between firings of the timer. If seconds is less than or equal to 0.0, this method chooses the nonnegative value of 0.1 milliseconds instead
    /// - parameter:  repeats  If YES, the timer will repeatedly reschedule itself until invalidated. If NO, the timer will be invalidated after it fires.
    /// - parameter:  block  The execution body of the timer; the timer itself is passed as the parameter to this block when executed to aid in avoiding cyclical references
    @available(iOS 10.0, *)
    public /*not inherited*/ init(timeInterval interval: TimeInterval, repeats: Bool, block: @escaping (Timer) -> Void)

    
    /// Creates and returns a new NSTimer object initialized with the specified block object and schedules it on the current run loop in the default mode.
    /// - parameter:  ti    The number of seconds between firings of the timer. If seconds is less than or equal to 0.0, this method chooses the nonnegative value of 0.1 milliseconds instead
    /// - parameter:  repeats  If YES, the timer will repeatedly reschedule itself until invalidated. If NO, the timer will be invalidated after it fires.
    /// - parameter:  block  The execution body of the timer; the timer itself is passed as the parameter to this block when executed to aid in avoiding cyclical references
    @available(iOS 10.0, *)
    open class func scheduledTimer(withTimeInterval interval: TimeInterval, repeats: Bool, block: @escaping (Timer) -> Void) -> Timer

二者最大的區(qū)別就是后者除了創(chuàng)建一個定時器外會自動以NSDefaultRunLoopModeMode添加到當(dāng)前線程RunLoop中，不添加到RunLoop中的Timer是無法正常工作的灿巧。例如下面的代碼中如果timer2不加入到RunLoop中是無法正常工作的赶袄。同時注意如果滾動UIScrollView（UITableView、UICollectionview是類似的）二者是無法正常工作的抠藕，但是如果將RunLoop.Mode.default改為RunLoop.Mode.common則可以正常工作饿肺，這也解釋了前面介紹的Mode內(nèi)容。

class ViewController1: UIViewController {
    var counter = 1
    var timer1: Timer?
    override func viewDidLoad() {
        self.view.backgroundColor = UIColor.white
        
        self.timer1 = Timer.scheduledTimer(timeInterval: 1.0, target: self, selector: #selector(timerRun(_:)), userInfo: nil, repeats: true)
        
        let timer2 = Timer(timeInterval: 1.0, target: self, selector: #selector(timerRun(_:)), userInfo: nil, repeats: true)
        RunLoop.main.add(timer2, forMode: .default)
    }
    
    @objc func timerRun(_ timer: Timer) {
        if timer == timer1 {
            print("timer1 print: \(counter)")
        } else {
            print("timer2 runing\(counter)")
        }
        counter += 1
    }
    deinit {
        debugPrint("\(self.classForCoder) deinit!!!!")
    }
}

然后我們退出這個vc盾似，居然發(fā)現(xiàn)敬辣，deinit 語句并沒有輸出，到底是人性的缺失還是道德的淪喪颜说？

對于普通的對象而言购岗，執(zhí)行完viewDidLoad方法之后（準(zhǔn)確的說應(yīng)該是執(zhí)行完viewDidLoad方法后的的一個RunLoop運行結(jié)束）timer2應(yīng)該會被釋放，但事實上timer2并沒有被釋放门粪。原因是：為了確保定時器正常運轉(zhuǎn)，當(dāng)加入到RunLoop以后系統(tǒng)會對Timer執(zhí)行一次retain操作烹困。

在創(chuàng)建Timer1 和 timer2時指定了target為self玄妈，這樣一來造成了timer1和timer2對ViewController1有一個強引用。解決這個問題的方法通常有兩種：一種是將target分離出來獨立成一個對象（在這個對象中創(chuàng)建NSTimer并將對象本身作為Timer的target），控制器通過這個對象間接使用Timer拟蜻；另一種方式的思路仍然是轉(zhuǎn)移target绎签，只是可以直接增加Timer擴展（分類），讓Timer自身做為target酝锅，同時可以將操作selector封裝到block中诡必。后者相對優(yōu)雅，也是目前使用較多的方案（目前有大量類似的封裝搔扁，例如：NSTimer+Block）爸舒。顯然Apple也認識到了這個問題，如果你可以確保代碼只在iOS 10下運行就可以使用iOS 10新增的系統(tǒng)級block方案（上面的代碼中已經(jīng)貼出這種方法）稿蹲。
當(dāng)然使用上面第二種方法可以解決控制器無法釋放的問題扭勉，但是會發(fā)現(xiàn)即使控制器被釋放了兩個定時器仍然正常運行，要解決這個問題就需要調(diào)用Timer的invalidate方法（注意：無論是重復(fù)執(zhí)行的定時器還是一次性的定時器只要調(diào)用invalidate方法則會變得無效苛聘，只是一次性的定時器執(zhí)行完操作后會自動調(diào)用invalidate方法）涂炎。修改后的代碼如下：

class ViewController1: UIViewController {
    var counter = 1
    var timer1: Timer?
    var timer2: Timer?
    override func viewDidDisappear(_ animated: Bool) {
        timer1?.invalidate()
        timer2?.invalidate()
    }
    override func viewDidLoad() {
        self.view.backgroundColor = UIColor.white
        
        self.timer1 = Timer.scheduledTimer(timeInterval: 1.0, target: self, selector: #selector(timerRun(_:)), userInfo: nil, repeats: true)
        
        let timer2 = Timer(timeInterval: 1.0, target: self, selector: #selector(timerRun(_:)), userInfo: nil, repeats: true)
        RunLoop.main.add(timer2, forMode: .default)
        self.timer2 = timer2
    }
    
    @objc func timerRun(_ timer: Timer) {
        if timer == timer1 {
            print("timer1 print: \(counter)")
        } else {
            print("timer2 runing\(counter)")
        }
        counter += 1
    }
    deinit {
        debugPrint("\(self.classForCoder) deinit!!!!")
    }
}

timer1 print: 1
timer2 runing2
timer1 print: 3
timer2 runing4
timer1 print: 5
timer2 runing6
timer1 print: 7
timer2 runing8
"ViewController1 deinit!!!!"

NSURLSession

(pending 待更新)

GCD和RunLoop的關(guān)系

在RunLoop的源代碼中可以看到用到了GCD的相關(guān)內(nèi)容，但是RunLoop本身和GCD并沒有直接的關(guān)系设哗。當(dāng)調(diào)用了dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), <#^(void)block#>)時libDispatch會向主線程RunLoop發(fā)送消息喚醒RunLoop唱捣，RunLoop從消息中獲取block，并且在CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE回調(diào)里執(zhí)行這個block网梢。不過這個操作僅限于主線程爷光，其他線程dispatch操作是全部由libDispatch驅(qū)動的。

RunLoop 的其他使用

RunLoop包含多個Mode澎粟，而它的Mode又是可以自定義的蛀序，這么推斷下來其實無論是Source1、Timer還是Observer開發(fā)者都可以利用活烙，但是通常情況下不會自定義Timer徐裸，更不會自定義一個完整的Mode，利用更多的其實是Observer和Mode的切換啸盏。
例如很多人都熟悉的使用perfromSelector在默認模式下設(shè)置圖片重贺，防止UITableView滾動卡頓（[[UIImageView allocinitWithFrame:CGRectMake(0, 0, 100, 100)] performSelector:@selector(setImage:) withObject:myImage afterDelay:0.0 inModes:@NSDefaultRunLoopMode]）。還有sunnyxx的UITableView+FDTemplateLayoutCell利用Observer在界面空閑狀態(tài)下計算出UITableViewCell的高度并進行緩存回懦。再有老譚的PerformanceMonitor關(guān)于iOS實時卡頓監(jiān)控气笙，同樣是利用Observer對RunLoop進行監(jiān)視。