深入理解RunLoop

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深入理解RunLoop

什么是 RunLoop，RunLoop的应用范畴，RunLoop内部实现逻辑，RunLoop与线程的关系，timer与RunLoop的关系，RunLoop是怎么响应用户操作的，RunLoop的几种状态，RunLoop的mode作用是什么？

什么是RunLoop

顾名思义，RunLoop是运行循环的意思，就是在程序运行中循环做一些事情。

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int main(int argc, char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        // 如果没有runloop，程序执行到这里就结束退出了
        return 0;
        // 因为有runloop，程序才能保持运行
        return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
    }
}

RunLoop的基本作用：保持程序的持续运行、处理App中的各种事件（eg：触摸事件、定时器事件）、节省CPU资源，提高程序性能：有事做做事，没事做休息

RunLoop的应用范畴

RunLoop主要应用场景有以下几个：
1> 定时器（Timer）、performSelector
2> GCD Asyc Main Queue
3> 事件响应、手势识别、界面刷新
4> 网络请求
5> AutoreleasePool

RunLoop 对象

iOS中有2套API来访问和使用RunLoop：
1> Foundation ： NSRunLoop
2> Core Foundation : CFRunLoopRef

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// 两种获取 RunLoop 方式
NSRunLoop *runloop = [NSRunLoop currentRunLoop];
NSRunLoop *mainRunloop = [NSRunLoop mainRunLoop];

CFRunLoopRef runloop2 = CFRunLoopGetCurrent();
CFRunLoopRef mainRunloop2 = CFRunLoopGetMain();

NSRunLoop和CFRunLoopRef都代表着RunLoop对象，NSRunLoop是基于CFRunLoop的一层OC封装。

CFRunLoopRef是开源的，点击查看

RunLoop与线程

1> 每条线程都有位移的一个与之对应的RunLoop对象
2> RunLoop保存在一个全局的Dictionary，线程作为key，RunLoop作为对象
3> 线程刚创建时并没有RunLoop对象，RunLoop会在第一次获取它时创建，主线程的RunLoop已经自动获取（创建），子线程默认没有开启RunLoop
4> RunLoop会在线程结束时销毁

源码分析

打开刚才下载的源码，我们发现CF的库是没有xcode项目的。新建一个项目，讲所有文件拖进来。

搜索RunLoop.c文件，CFRunLoopGetMain(void)函数：

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CFRunLoopRef CFRunLoopGetMain(void) {
    CHECK_FOR_FORK();
    static CFRunLoopRef __main = NULL; // no retain needed
    if (!__main) __main = _CFRunLoopGet0(pthread_main_thread_np()); // no CAS needed
        return __main;
}

// should only be called by Foundation
// t==0 is a synonym for "main thread" that always works
CF_EXPORT CFRunLoopRef _CFRunLoopGet0(pthread_t t) {
    ...
    // 如果不存在，create
    if (NULL != rlm && NULL == rlm->_sources0) {
    ...
    rlm->_portToV1SourceMap = CFDictionaryCreateMutable(kCFAllocatorSystemDefault, 0, NULL, NULL);
    }
    // 方便理解，省略一些代码，感兴趣的同学可以深入研究
    CFRunLoopRef loop = (CFRunLoopRef)CFDictionaryGetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t));
    ...
    return loop;
}

里面调的是_CFRunLoopGet0(pthread_t t)这个函数，内部调用的(CFRunLoopRef)CFDictionaryGetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t));，这个函数，根据方法名，我们可以猜测，应该是个字典，传入的参数是一个pthreadPointer线程指针，返回一个runloop对象，也证实了刚才所述的字典管理猜想。

RunLoop相关的类

Core Foundation中关于RunLoop的5个类
1> CFRunLoopRef
2> CFRunLoopModeRef
3> CFRunLoopSourceRef
4> CFRunLoopTimerRef
5> CFRunLoopObserverRef

CFRunLoopRef底层结构：

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// CFRunLoopRef 底层是这种类型结构体
typedef struct CF_BRIDGED_MUTABLE_TYPE(id) __CFRunLoop * CFRunLoopRef;

继续搜索 struct __CFRunLoop，会发现搜索出来很多，一个小技巧快速定位，在后面加一个空格和大括号：struct __CFRunLoop {

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struct __CFRunLoop {
    // 实际结构体成员比这个多，将几个重点的选出：
    pthread_t _pthread;
    CFMutableSetRef _commonModes;
    CFMutableSetRef _commonModeItems;
    // 当前模式
    CFRunLoopModeRef _currentMode;
    // _models 存储了多个 CFRunLoopModeRef 对象，只有一个为 CurrentMode
    CFMutableSetRef _modes;
};

我们发现一个RunLoop对象里面有一个pthread_t线程，所以每个线程都有一个与之对应的RunLoop；CFMutableSetRef上层与之对应NSMutableSet，与NSMutableArray用法类似，区别是数组有序，可以使用index进行取值；集合无序，取值只能通过[set anyObject]方式。

CFRunLoopModeRef底层结构是什么样子

跟刚才小技巧一样，我们直接搜索struct __CFRunLoopMode {

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struct __CFRunLoopMode {
    ...
    // 同样将本文关心之外的省略
    // mode 名称
    CFStringRef _name;
    // _sources0/_sources0 集合存储CFRunLoopSourceRef对象    
    CFMutableSetRef _sources0;
    CFMutableSetRef _sources1;
    // _observers 集合存储 CFRunLoopObserverRef 对象
    CFMutableArrayRef _observers;
    // _timers 存储 CFRunLoopTimerRef 对象
    CFMutableArrayRef _timers;
};

总结：
1> CFRunLoopModeRef代表着RunLoop的运行模式
2> 一个RunLoop包含若干个Mode，每个Mode又包含若干个Source0/Source1/Timer/Observer
3> RunLoop启动时只能选择其中一个Mode，作为currentMode
4> 如果需要切换Mode，只能退出当前Loop，再重新选择一个Mode进入。这样做的好处是不同组的Source0/Source1/Timer/Observer能分隔开来，互不影响，系统一个时刻只处理一种mode下面的事件
5> 如果一个Mode里面没有任何的Source0/Source1/Timer/Observer，RunLoop会立马退出
如下图：
RunLoop结构

常用的Mode

1> kCFRunLoopDefaultMode (NSDefaultRunLoopMode)：App默认Mode，通常主线程是在这个Mode下运行

2> UITrackingRunLoopMode：界面跟踪Mode，用于Scrollow追踪触摸滑动，保证界面在滑动时不受其他Mode影响

3> kCFRunLoopCommonModes 通用模式，默认包含上面两种模式

Source0/Source1/Timers/Obvers处理什么事件

RunLoop结构
断点touchesBegan，打印堆栈，我们发现，时间调用从Source0开始，到最后的touchesBegan

Source0：
1> 触摸事件处理
2> performSelector:onThread:

Source1:
1> 基于Port的线程间通信
2> 系统时间捕捉（eg.上面的点击事件虽然最后是Source0处理的，但是最开始其实是Source1来进行捕捉的，然后分发给Source0来进行处理）

Timers：
1> NSTimer
2> performSelector:withObject:afterDelay:

Observers：
1> 用于监听RunLoop的状态
2> UI刷新（BeforeWaiting，在休眠之前刷新UI）
3> Autorelease pool（BeforeWaiting，休眠之前将池内需要操作的对象进行一次release操作）

RunLoop几种状态

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/* Run Loop Observer Activities */
typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
    // 即将进入 Loop
    kCFRunLoopEntry = (1UL << 0),
    // 即将处理 Timer
    kCFRunLoopBeforeTimers = (1UL << 1),
    // 即将处理 Source
    kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2),
    // 即将进入休眠
    kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5),
    // 刚从休眠中唤醒
    kCFRunLoopAfterWaiting = (1UL << 6),
    // 即将退出 Loop
    kCFRunLoopExit = (1UL << 7),
    kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU
};

监听 RunLoop 状态：

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- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.

    // 创建 Observer
#if 1
    // C 函数方式
    CFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreate(kCFAllocatorDefault, kCFRunLoopAllActivities, YES, 0, observerRunLoopActivities, NULL);
#elif 0
    // block 方式
    CFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreateWithHandler(kCFAllocatorDefault, kCFRunLoopAllActivities, YES, 0, ^(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity) {

    });
#endif
    // 添加 Observer
    CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetMain(), observer, kCFRunLoopCommonModes);
    CFRelease(observer);
}

void observerRunLoopActivities(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity, void *info) {
    switch (activity) {
        case kCFRunLoopEntry:
            NSLog(@"kCFRunLoopEntry");
            break;
        case kCFRunLoopBeforeTimers:
            NSLog(@"kCFRunLoopBeforeTimers");
            break;
        case kCFRunLoopBeforeSources:
            NSLog(@"kCFRunLoopBeforeSources");
            break;
        case kCFRunLoopBeforeWaiting:
            NSLog(@"kCFRunLoopBeforeWaiting");
            break;
        case kCFRunLoopAfterWaiting:
            NSLog(@"kCFRunLoopAfterWaiting");
            break;
        case kCFRunLoopExit:
            NSLog(@"kCFRunLoopExit");
            break;
        case kCFRunLoopAllActivities:
            NSLog(@"kCFRunLoopAllActivities");
            break;
        default:
            break;
    }
}