什么是RunLoop

• 运行循环
  在程序运行过程中循环做一些事情
• 应用范畴
  定时器（Timer）、PerformSelector
  GCD Async Main Queue
  事件响应、手势识别、界面刷新
  网络请求
  AutoreleasePool
• RunLoop的基本作用
  保持程序的持续运行
  处理App中的各种事件（比如触摸事件、定时器事件等）
  节省CPU资源，提高程序性能：该做事时做事，该休息时休息
  ......

RunLoop对象

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

NSRunLoop和CFRunLoopRef都代表着RunLoop对象
NSRunLoop是基于CFRunLoopRef的一层OC包装
CFRunLoopRef是开源的CF源码

RunLoop与线程

• 每条线程都有唯一的一个与之对应的RunLoop对象
• RunLoop保存在一个全局的Dictionary里，线程作为key，RunLoop作为value
• 线程刚创建时并没有RunLoop对象，RunLoop会在第一次获取它时创建
• RunLoop会在线程结束时销毁
• 主线程的RunLoop已经自动获取（创建），子线程默认没有开启RunLoop

获取RunLoop对象

• Foundation

[NSRunLoop currentRunLoop]; // 获得当前线程的RunLoop对象
[NSRunLoop mainRunLoop]; // 获得主线程的RunLoop对象

• Core Foundation

CFRunLoopGetCurrent(); // 获得当前线程的RunLoop对象
CFRunLoopGetMain(); // 获得主线程的RunLoop对象

• CFRunLoopGetMain和CFRunLoopGetCurrent的源码实现

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;
}

CFRunLoopRef CFRunLoopGetCurrent(void) {
    CHECK_FOR_FORK();
    CFRunLoopRef rl = (CFRunLoopRef)_CFGetTSD(__CFTSDKeyRunLoop);
    if (rl) return rl;
    return _CFRunLoopGet0(pthread_self());
}

// 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());
        
    // 进行绑定 dict[@"pthread_main_thread_np"] = mainLoop
    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;
}

• 从上面的代码可以看出，线程和RunLoop之间是一一对应的，其关系是保存在一个全局的字典里。线程刚创建时并没有RunLoop，如果你不主动获取，那它一直都不会有RunLoop的创建是发生在第一次获取时RunLoop的销毁是发生在线程结束时。你只能在一个线程的内部获取其 RunLoop（主线程除外）。

RunLoop相关的类

• Core Foundation中关于RunLoop的5个类
  • CFRunLoopRef
  • CFRunLoopModeRef
  • CFRunLoopSourceRef
  • CFRunLoopTimerRef
  • CFRunLoopObserverRef
• 对应的关系图

CFRunLoopRef的主要结构

typedef struct __CFRunLoop * CFRunLoopRef;
struct __CFRunLoop {
    pthread_t _pthread;
    CFMutableSetRef _commonModes;
    CFMutableSetRef _commonModeItems;
    CFRunLoopModeRef _currentMode;
    CFMutableSetRef _modes;
};

CFRunLoopModeRef

typedef struct __CFRunLoopMode *CFRunLoopModeRef;
struct __CFRunLoopMode {
    CFStringRef _name;
    CFMutableSetRef _sources0;
    CFMutableSetRef _sources1;
    CFMutableArrayRef _observers;
    CFMutableArrayRef _timers;
};

• CFRunLoopModeRef代表RunLoop的运行模式
• 一个RunLoop包含若干个Mode，每个Mode又包含若干个Source0/Source1/Timer/Observer
• RunLoop启动时只能选择其中一个Mode，作为currentMode
• 如果需要切换Mode，只能退出当前Loop，再重新选择一个Mode进入
  • 不同组的Source0/Source1/Timer/Observer能分隔开来，互不影响
• 如果Mode里没有任何Source0/Source1/Timer/Observer，RunLoop会立马退出
• 常见的2种Mode
  • kCFRunLoopDefaultMode（NSDefaultRunLoopMode）：App的默认Mode，通常主线程是在这个Mode下运行
  • UITrackingRunLoopMode：界面跟踪 Mode，用于 ScrollView 追踪触摸滑动，保证界面滑动时不受其他 Mode 影响

CFRunLoopSourceRef

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;
};

CFRunLoopTimerRef

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 */
};

CFRunLoopObserverRef

添加Observer监听RunLoop的所有状态

CFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreateWithHandler(kCFAllocatorDefault, kCFRunLoopAllActivities, YES, 0, ^(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity) {
        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;
            default:
                break;
        }
    });
    CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetCurrent(), observer, kCFRunLoopDefaultMode);

RunLoop的运行逻辑

• 苹果官方提供的runloop运行图

• RunLoop的运行逻辑图

  01、通知Observers：进入Loop
  02、通知Observers：即将处理Timers
  03、通知Observers：即将处理Sources
  04、处理Blocks
  05、处理Source0（可能会再次处理Blocks）
  06、如果存在Source1，就跳转到第8步
  07、通知Observers：开始休眠（等待消息唤醒）
  08、通知Observers：结束休眠（被某个消息唤醒）
  01> 处理Timer
  02> 处理GCD Async To Main Queue
  03> 处理Source1
  09、处理Blocks
  10、根据前面的执行结果，决定如何操作
  01> 回到第02步
  02> 退出Loop
  11、通知Observers：退出Loop

• Source0

  • 触摸事件处理
  • performSelector:onThread:

• Source1

  • 基于Port的线程间通信
  • 系统事件捕捉

• Timers

  • NSTimer
  • performSelector:withObject:afterDelay:

• Observers

  • 用于监听RunLoop的状态
  • UI刷新（BeforeWaiting）
  • Autorelease pool（BeforeWaiting）

RunLoop在实际开中的应用

• 控制线程生命周期（线程保活）
• 解决NSTimer在滑动时停止工作的问题
• 监控应用卡顿
• 性能优化