RunLoop 是基礎(chǔ)的一個(gè)概念砸王，在 iOS 里它是由 CFRunLoop 實(shí)現(xiàn)推盛。本章將從源碼的方面梳理下RunLoop相關(guān)的概念、結(jié)構(gòu)谦铃、原理耘成。

淺談RunLoop

RunLoop概念：

一般來(lái)講，一個(gè)線程在執(zhí)行任務(wù)完成后，就會(huì)結(jié)束凿跳。但是在我們的應(yīng)用程序中不會(huì)直接結(jié)束件豌，而是會(huì)在線程中構(gòu)建一個(gè)消息循環(huán)機(jī)制。當(dāng)有事件要去處理時(shí)笨厥龋活線程，當(dāng)沒(méi)有事件要處理時(shí)讓線程進(jìn)入休眠骡显，這個(gè)消息循環(huán)的機(jī)制就是RunLoop疆栏。

RunLoop和線程的關(guān)系：

• RunLoop是基于線程來(lái)管理的，所以是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系
• 主線程中會(huì)自動(dòng)獲取Runloop惫谤，子線程默認(rèn)不會(huì)獲取Runloop

RunLoop創(chuàng)建：

蘋(píng)果不允許直接創(chuàng)建 RunLoop壁顶，它只提供了兩個(gè)自動(dòng)獲取的函數(shù)：CFRunLoopGetMain() 和 CFRunLoopGetCurrent()，這兩個(gè)函數(shù)最終會(huì)調(diào)用以下私有函數(shù)_CFRunLoopGet0()溜歪。
相關(guān)源碼如下：

static CFMutableDictionaryRef __CFRunLoops = NULL;
static CFLock_t loopsLock = CFLockInit;

// 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();
    }
    __CFLock(&loopsLock);
    if (!__CFRunLoops) {
        __CFUnlock(&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);
        __CFLock(&loopsLock);
    }
    CFRunLoopRef loop = (CFRunLoopRef)CFDictionaryGetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t));
    __CFUnlock(&loopsLock);
    if (!loop) {
    CFRunLoopRef newLoop = __CFRunLoopCreate(t);
        __CFLock(&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
        __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;
}

RunLoop結(jié)構(gòu)

• CFRunLoopRef
• CFRunLoopModeRef
• CFRunLoopSourceRef
• CFRunLoopObserverRef
• CFRunLoopTimerRef

// CFRunLoopModeRef 
typedef struct __CFRunLoopMode *CFRunLoopModeRef;
// CFRunLoopRef
typedef struct CF_BRIDGED_MUTABLE_TYPE(id) __CFRunLoop * CFRunLoopRef;
// CFRunLoopSourceRef
typedef struct CF_BRIDGED_MUTABLE_TYPE(id) __CFRunLoopSource * CFRunLoopSourceRef;
// CFRunLoopObserverRef
typedef struct CF_BRIDGED_MUTABLE_TYPE(id) __CFRunLoopObserver * CFRunLoopObserverRef;
// CFRunLoopTimerRef
typedef struct CF_BRIDGED_MUTABLE_TYPE(NSTimer) __CFRunLoopTimer * CFRunLoopTimerRef;

- CFRunLoopRef

CFRunLoopRef包含了對(duì)應(yīng)的線程若专，Mode集合，當(dāng)前的Mode等等蝴猪；

// 結(jié)構(gòu)體定義
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;
    CFAbsoluteTime _runTime;
    CFAbsoluteTime _sleepTime;
    CFTypeRef _counterpart;
};

- CFRunLoopModeRef

CFRunLoopModeRef代表著RunLoop的運(yùn)行模式调衰，一個(gè)RunLoop中可以有多個(gè)mode，一個(gè)mode里面又可以有多個(gè)source自阱、observer嚎莉、timer等等。系統(tǒng)五個(gè)Mode：

• kCFRunLoopDefaultMode：App的默認(rèn)Mode沛豌，通常主線程是在這個(gè)Mode下運(yùn)行
• UITrackingRunLoopMode：界面跟蹤 Mode趋箩，用于 ScrollView 追蹤觸摸滑動(dòng)，保證界面滑動(dòng)時(shí)不受其他 Mode 影響
• UIInitializationRunLoopMode: 在剛啟動(dòng) App 時(shí)第進(jìn)入的第一個(gè) Mode加派，啟動(dòng)完成后就不再使用
• GSEventReceiveRunLoopMode: 接受系統(tǒng)事件的內(nèi)部 Mode叫确，通常用不到
• kCFRunLoopCommonModes: 這是一個(gè)占位用的Mode，不是一種真正的Mode

// 結(jié)構(gòu)體定義
struct __CFRunLoopMode {
    CFRuntimeBase _base;
    pthread_mutex_t _lock;  /* must have the run loop locked before locking this */
    CFStringRef _name;
    Boolean _stopped;
    char _padding[3];
    CFMutableSetRef _sources0;
    CFMutableSetRef _sources1;
    CFMutableArrayRef _observers;
    CFMutableArrayRef _timers;
    CFMutableDictionaryRef _portToV1SourceMap;
    __CFPortSet _portSet;
    CFIndex _observerMask;
#if USE_DISPATCH_SOURCE_FOR_TIMERS
    dispatch_source_t _timerSource;
    dispatch_queue_t _queue;
    Boolean _timerFired; // set to true by the source when a timer has fired
    Boolean _dispatchTimerArmed;
#endif
#if USE_MK_TIMER_TOO
    mach_port_t _timerPort;
    Boolean _mkTimerArmed;
#endif
#if DEPLOYMENT_TARGET_WINDOWS
    DWORD _msgQMask;
    void (*_msgPump)(void);
#endif
    uint64_t _timerSoftDeadline; /* TSR */
    uint64_t _timerHardDeadline; /* TSR */
};

- CFRunLoopSourceRef

CFRunLoopSourceRef是產(chǎn)生事件的地方芍锦。Source有兩個(gè)版本：Source0 和 Source1竹勉。

// 結(jié)構(gòu)體定義
struct __CFRunLoopSource {
    CFRuntimeBase _base;
    uint32_t _bits;
    pthread_mutex_t _lock;
    CFIndex _order;         /* immutable */
    CFMutableBagRef _runLoops;
    union {
    CFRunLoopSourceContext version0;    /* immutable, except invalidation */
        CFRunLoopSourceContext1 version1;   /* immutable, except invalidation */
    } _context;
};

Source0于Source1的區(qū)別如下：

• Source0 只包含了一個(gè)回調(diào) ，它并不能主動(dòng)觸發(fā)事件
• Source1包含了一個(gè) mach_port和一個(gè)回調(diào) 醉旦，被用于通過(guò)內(nèi)核和其他線程相互發(fā)送消息（系統(tǒng)消息饶米，例如觸摸手勢(shì)，屏幕解鎖车胡，按鍵等等）這種Source 能主動(dòng)喚醒RunLoop 的線程

// Source0
typedef struct {
    CFIndex version;
    void *  info;
    const void *(*retain)(const void *info);
    void    (*release)(const void *info);
    CFStringRef (*copyDescription)(const void *info);
    Boolean (*equal)(const void *info1, const void *info2);
    CFHashCode  (*hash)(const void *info);
    void    (*schedule)(void *info, CFRunLoopRef rl, CFRunLoopMode mode);
    void    (*cancel)(void *info, CFRunLoopRef rl, CFRunLoopMode mode);
    void    (*perform)(void *info);
} CFRunLoopSourceContext;

// Source1 
typedef struct {
    CFIndex version;
    void *  info;
    const void *(*retain)(const void *info);
    void    (*release)(const void *info);
    CFStringRef (*copyDescription)(const void *info);
    Boolean (*equal)(const void *info1, const void *info2);
    CFHashCode  (*hash)(const void *info);
#if TARGET_OS_OSX || TARGET_OS_IPHONE
    mach_port_t (*getPort)(void *info);
    void *  (*perform)(void *msg, CFIndex size, CFAllocatorRef allocator, void *info);
#else
    void *  (*getPort)(void *info);
    void    (*perform)(void *info);
#endif
} CFRunLoopSourceContext1;

- CFRunLoopObserverRef

CFRunLoopObserverRef即是RunLoop的Observer檬输，在它的結(jié)構(gòu)體內(nèi)部有一個(gè)_runLoop成員和回調(diào)，每個(gè)Observer只能監(jiān)聽(tīng)一個(gè)RunLoop匈棘，當(dāng) RunLoop 的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)丧慈，Observer就會(huì)被觸發(fā)回調(diào)。RunLoop的六個(gè)狀態(tài)如下：

// 結(jié)構(gòu)體定義
struct __CFRunLoopObserver {
    CFRuntimeBase _base;
    pthread_mutex_t _lock;
    CFRunLoopRef _runLoop;
    CFIndex _rlCount;
    CFOptionFlags _activities;      /* immutable */
    CFIndex _order;         /* immutable */
    CFRunLoopObserverCallBack _callout; /* immutable */
    CFRunLoopObserverContext _context;  /* immutable, except invalidation */
};

/* Run Loop Observer Activities */
typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
    kCFRunLoopEntry = (1UL << 0),         // 進(jìn)入 loop
    kCFRunLoopBeforeTimers = (1UL << 1),  // 觸發(fā) Timer 回調(diào)
    kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2), // 觸發(fā) Source0 回調(diào)
    kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5), // 等待 mach_port 消息
    kCFRunLoopAfterWaiting = (1UL << 6),  // 接收 mach_port 消息
    kCFRunLoopExit = (1UL << 7),          // 退出 loop
    kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU // loop 所有狀態(tài)改變
};

- CFRunLoopTimerRef

CFRunLoopTimerRef是基于Timer的觸發(fā)器,在它的結(jié)構(gòu)體內(nèi)部有一個(gè)時(shí)間間隔和回調(diào)，一個(gè)Timer僅能夠添加到一個(gè)RunLoop中逃默，當(dāng)其加入到 RunLoop 時(shí)鹃愤，RunLoop會(huì)注冊(cè)對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)，當(dāng)時(shí)間間隔到達(dá)后完域，RunLoop會(huì)被喚醒以執(zhí)行該回調(diào)软吐。

struct __CFRunLoopTimer {
    CFRuntimeBase _base;
    uint16_t _bits;
    pthread_mutex_t _lock;
    CFRunLoopRef _runLoop;
    CFMutableSetRef _rlModes;
    CFAbsoluteTime _nextFireDate;
    CFTimeInterval _interval;       /* immutable */
    CFTimeInterval _tolerance;          /* mutable */
    uint64_t _fireTSR;          /* TSR units */
    CFIndex _order;         /* immutable */
    CFRunLoopTimerCallBack _callout;    /* immutable */
    CFRunLoopTimerContext _context; /* immutable, except invalidation */
};

以上這些就是對(duì)RunLoop結(jié)構(gòu)的介紹，下面我將結(jié)合CFRunLoop 的源碼 來(lái)跟分析下 RunLoop 的原理吧吟税。

RunLoop實(shí)現(xiàn)原理

首先凹耙，我將重要的函數(shù)調(diào)用順序依次排開(kāi)：
CFRunLoopRun() -> CFRunLoopRunSpecific() -> __CFRunLoopRun()

可以參考這個(gè)流程圖

RunLoop流程

第一步：外層函數(shù)執(zhí)行了do while，為線程后面loop做準(zhǔn)備肠仪。 通知observers肖抱，RunLoop狀態(tài)變化：kCFRunLoopEntry，RunLoop 要開(kāi)始進(jìn)入循環(huán)了异旧；

注意： 看這里的while條件(kCFRunLoopRunStopped != result && kCFRunLoopRunFinished != result)

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

// CFRunLoopRunSpecific
NSInt32 CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopRef rl, CFStringRef modeName, CFTimeInterval seconds, Boolean returnAfterSourceHandled) {     /* DOES CALLOUT */
    CHECK_FOR_FORK();
    if (__CFRunLoopIsDeallocating(rl)) return kCFRunLoopRunFinished;
    __CFRunLoopLock(rl);
    CFRunLoopModeRef currentMode = __CFRunLoopFindMode(rl, modeName, false);
    if (NULL == currentMode || __CFRunLoopModeIsEmpty(rl, currentMode, rl->_currentMode)) {
    Boolean did = false;
    if (currentMode) __CFRunLoopModeUnlock(currentMode);
    __CFRunLoopUnlock(rl);
    return did ? kCFRunLoopRunHandledSource : kCFRunLoopRunFinished;
    }
    volatile _per_run_data *previousPerRun = __CFRunLoopPushPerRunData(rl);
    CFRunLoopModeRef previousMode = rl->_currentMode;
    rl->_currentMode = currentMode;
    int32_t result = kCFRunLoopRunFinished;

    // 通知 observers 狀態(tài)發(fā)生變化意述，進(jìn)入loop
    if (currentMode->_observerMask & kCFRunLoopEntry ) __CFRunLoopDoObservers(rl, currentMode, kCFRunLoopEntry);
    // RunLoop里面具體要做的事情， 主要是一個(gè)循環(huán)
    result = __CFRunLoopRun(rl, currentMode, seconds, returnAfterSourceHandled, previousMode);
    // 通知 observers 狀態(tài)發(fā)生變化吮蛹，退出loop
    if (currentMode->_observerMask & kCFRunLoopExit ) __CFRunLoopDoObservers(rl, currentMode, kCFRunLoopExit);

        __CFRunLoopModeUnlock(currentMode);
        __CFRunLoopPopPerRunData(rl, previousPerRun);
    rl->_currentMode = previousMode;
    __CFRunLoopUnlock(rl);
    return result;
}

第二步：開(kāi)啟一個(gè) do while 來(lái)被绯纾活線程，通知 Observers匹涮，RunLoop狀態(tài)變化： kCFRunLoopBeforeTimers天试， 處理 Timer 回調(diào)

第三步：通知 Observers，RunLoop狀態(tài)變化： kCFRunLoopBeforeSources然低，處理 Source0 回調(diào)

第四步：然后執(zhí)行加入RunLoop的 block回調(diào)喜每，接著會(huì)觸發(fā) Source0 回調(diào)，接著可能會(huì)再次執(zhí)行加入的 block回調(diào)雳攘，如果有 Source1 是 ready 狀態(tài)的話带兜，就會(huì)跳轉(zhuǎn)到 handle_msg 去處理消息代碼如下：

第五步：通知 Observers，RunLoop狀態(tài)變化：kCFRunLoopBeforeWaiting吨灭，線程將進(jìn)入休眠（sleep）狀態(tài)

第六步：進(jìn)入休眠后刚照，會(huì)等待 mach_port 的消息再次喚醒

第七步：通知 Observer，RunLoop狀態(tài)變化：kCFRunLoopAfterWaiting喧兄，接收到 mach_port 消息无畔，RunLoop 的線程被喚醒了

第八步：RunLoop 被喚醒后開(kāi)始處理消息了:

• 如果是 Timer 時(shí)間到了，觸發(fā) Timer 的回調(diào)
• 如果是 dispatch 吠冤，執(zhí)行 block回調(diào)
• 如果是 source1 事件浑彰，處理這個(gè)事件回調(diào)

第九步：執(zhí)行加入的 block回調(diào)

第十步：根據(jù)RunLoop的狀態(tài)來(lái)判斷是否需要走下一個(gè) loop，結(jié)束循環(huán) 或者 回到外層循環(huán)進(jìn)入第二步

// __CFRunLoopRun
static int32_t __CFRunLoopRun(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopModeRef rlm, CFTimeInterval seconds, Boolean stopAfterHandle, CFRunLoopModeRef previousMode) {
    uint64_t startTSR = mach_absolute_time();
    int32_t retVal = 0;
    do {
    ...

    // 通知 Observers RunLoop 狀態(tài)發(fā)生變化 觸發(fā) Timer 回調(diào)
    if (rlm->_observerMask & kCFRunLoopBeforeTimers) __CFRunLoopDoObservers(rl, rlm, kCFRunLoopBeforeTimers);
    // 通知 Observers RunLoop 狀態(tài)發(fā)生變化 觸發(fā) Source0 回調(diào)
    if (rlm->_observerMask & kCFRunLoopBeforeSources) __CFRunLoopDoObservers(rl, rlm, kCFRunLoopBeforeSources);
    // 接著執(zhí)行加入的 block回調(diào)
    __CFRunLoopDoBlocks(rl, rlm);
        // 接著觸發(fā) Source0 回調(diào)
        Boolean sourceHandledThisLoop = __CFRunLoopDoSources0(rl, rlm, stopAfterHandle);
        // 可能會(huì)再次執(zhí)行加入的 block回調(diào)
        if (sourceHandledThisLoop) {
            __CFRunLoopDoBlocks(rl, rlm);
    }
        // 接著如果有 Source1 是 ready 狀態(tài)的話拯辙，就會(huì)跳轉(zhuǎn)到 handle_msg 去處理消息
        if (MACH_PORT_NULL != dispatchPort && !didDispatchPortLastTime) {
            msg = (mach_msg_header_t *)msg_buffer;
            if (__CFRunLoopServiceMachPort(dispatchPort, &msg, sizeof(msg_buffer), &livePort, 0, &voucherState, NULL)) {
                goto handle_msg;
            }

        }

    ...

    // 
    if (!poll && (rlm->_observerMask & kCFRunLoopBeforeWaiting)) __CFRunLoopDoObservers(rl, rlm, kCFRunLoopBeforeWaiting);

    ...

        // 等待喚醒
        do {
            __CFRunLoopServiceMachPort(waitSet, &msg, sizeof(msg_buffer), &livePort, poll ? 0 : TIMEOUT_INFINITY, &voucherState, &voucherCopy);
            // 基于port的source事件郭变，調(diào)用者喚醒
            if (modeQueuePort != MACH_PORT_NULL && livePort == modeQueuePort) {
                while (_dispatch_runloop_root_queue_perform_4CF(rlm->_queue));
                // Timer 時(shí)間到颜价、RunLoop 超時(shí)
                if (rlm->_timerFired) {
                    rlm->_timerFired = false;
                    break;
                } else {
                    if (msg && msg != (mach_msg_header_t *)msg_buffer) free(msg);
                }
            } else {
                break;
            }
        } while (1);

    ...
    // 接收到 mach_port 消息， RunLoop 的線程被喚醒了
    if (!poll && (rlm->_observerMask & kCFRunLoopAfterWaiting)) __CFRunLoopDoObservers(rl, rlm, kCFRunLoopAfterWaiting);
        handle_msg:;
    ...
        // 接著開(kāi)始處理消息
        // 如果 Timer 時(shí)間到诉濒，就觸發(fā) Timer 回調(diào)
        if (msg-is-timer) {
             if (!__CFRunLoopDoTimers(rl, rlm, mach_absolute_time())) {
                // Re-arm the next timer, because we apparently fired early
                __CFArmNextTimerInMode(rlm, rl);
            }
        } 
        // 如果 dispatch 就執(zhí)行 block
        else if (msg_is_dispatch) {
            __CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__(msg);
        } 
        // Source1 事件的話周伦，就處理這個(gè)事件
        else {
            CFRunLoopSourceRef source1 = __CFRunLoopModeFindSourceForMachPort(runloop, currentMode, livePort);
            sourceHandledThisLoop = __CFRunLoopDoSource1(runloop, currentMode, source1, msg);
            if (sourceHandledThisLoop) {
              mach_msg(reply, MACH_SEND_MSG, reply);
            }
        }
    ...
    // 執(zhí)行加入的 block回調(diào)
    __CFRunLoopDoBlocks(rl, rlm);
        
    // loop 已經(jīng)走完，這里要根據(jù)RunLoop 的狀態(tài)來(lái)判斷是否需要走下一個(gè) loop未荒，
    if (sourceHandledThisLoop && stopAfterHandle) {
        // 事件已處理完
        retVal = kCFRunLoopRunHandledSource;
        } else if (timeout_context->termTSR < mach_absolute_time()) {
        //  設(shè)置了超時(shí)時(shí)間专挪，超時(shí)返回
            retVal = kCFRunLoopRunTimedOut;
    } else if (__CFRunLoopIsStopped(rl)) {
        // 外部調(diào)用者強(qiáng)制停止
            __CFRunLoopUnsetStopped(rl);
        retVal = kCFRunLoopRunStopped;
    } else if (rlm->_stopped) {
        // 停止?fàn)顟B(tài)
        rlm->_stopped = false;
        retVal = kCFRunLoopRunStopped;
    } else if (__CFRunLoopModeIsEmpty(rl, rlm, previousMode)) {
        // mode 為空，RunLoop 結(jié)束
        retVal = kCFRunLoopRunFinished;
    }

    } while (0 == retVal);

    return retVal;
}

RunLoop源碼