iOS RunLoop详解

参考资料：
ibireme ：http://blog.ibireme.com/2015/05/18/runloop/
李峰峰：http://www.imlifengfeng.com/blog/?p=487
（感谢各位大神的总结）

一、简介

[CFRunLoopRef源码](http://opensource.apple.com/tarballs/CF/ )

RunLoop是一个对象，这个对象在循环中用来处理程序运行过程中出现的各种事件（比如说触摸事件、UI刷新事件、定时器事件、Selector事件），从而保持程序的持续运行；而且在没有事件处理的时候，会进入睡眠模式，从而节省CPU资源，提高程序性能。

RunLoop的代码逻辑：
详细解释请看这里

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

1. 这种模型通常被称作 Event Loop。 Event Loop 在很多系统和框架里都有实现，比如 Node.js 的事件处理，比如 Windows 程序的消息循环，再比如 OSX/iOS 里的 RunLoop。实现这种模型的关键点在于：如何管理事件/消息，如何让线程在没有处理消息时休眠以避免资源占用、在有消息到来时立刻被唤醒。
2. RunLoop管理了其需要处理的事件和消息，并提供了一个入口函数来执行上面 Event Loop 的逻辑。线程执行了这个函数后，就会一直处于这个函数内部 “接受消息->等待->处理” 的循环中，直到这个循环结束（比如传入 quit 的消息），函数返回。

二、RunLoop的深入分析

1. 从程序入口main函数开始

int main(int argc, char * argv[]) {    @autoreleasepool {        return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));    }}

程序主线程一开始，就会一直跑，那么猜想其内部一定是开启了一个和主线程对应的RunLoop
并且可以看出函数返回的是一个int返回值的 UIApplicationMain()函数

2. 我们继续深入UIApplicationMain函数

UIKIT_EXTERN int UIApplicationMain(int argc, char *argv[], NSString * __nullable principalClassName, NSString * __nullable delegateClassName);

我们发现它返回的是一个int类型的值，那么我们对main函数做一些修改：
““
int main(int argc, char * argv[]) {
@autoreleasepool {
NSLog(@”开始”);
int re = UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
NSLog(@”结束”);
return re;
}
}

运行程序，我们发现只会打印`开始`，并不会打印``结束``，这再次说明在`UIApplicationMain`函数中，开启了一个和主线程相关的`RunLoop`，导致`UIApplicationMain`不会返回，一直在运行中，也就保证了程序的持续运行。##3. 继续学习CFRunLoopRef>RunLoop对象包括Fundation中的NSRunLoop对象和CoreFoundation中的CFRunLoopRef对象。因为Fundation框架是基于CoreFoundation的封装，因此我们学习RunLoop还是要研究CFRunLoopRef 源码。###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

**1. 主线程获取CFRunLoopRef源码**  ```   // 创建字典 CFMutableDictionaryRef dict = CFDictionaryCreateMutable(kCFAllocatorSystemDefault, 0, NULL, &kCFTypeDictionaryValueCallBacks);// 创建主线程 根据传入的主线程创建主线程对应的RunLoop CFRunLoopRef mainLoop = __CFRunLoopCreate(pthread_main_thread_np());// 保存主线程 将主线程-key和RunLoop-Value保存到字典中 CFDictionarySetValue(dict, pthreadPointer(pthread_main_thread_np()), mainLoop);

2. 创建与子线程相关联的CFRunLoopRe源码
苹果不允许直接创建 RunLoop，它只提供了两个自动获取的函数：CFRunLoopGetMain() 和 CFRunLoopGetCurrent()。

// 全局的Dictionary，key 是 pthread_t， value 是 CFRunLoopRefstatic CFMutableDictionaryRef loopsDic;// 访问 loopsDic 时的锁static CFSpinLock_t loopsLock;// 获取一个 pthread 对应的 RunLoop。CFRunLoopRef _CFRunLoopGet(pthread_t thread) {    OSSpinLockLock(&loopsLock);    if (!loopsDic) {        // 第一次进入时，初始化全局Dic，并先为主线程创建一个 RunLoop。        loopsDic = CFDictionaryCreateMutable();        CFRunLoopRef mainLoop = _CFRunLoopCreate();        CFDictionarySetValue(loopsDic, pthread_main_thread_np(), mainLoop);    }    // 直接从 Dictionary 里获取。    CFRunLoopRef loop = CFDictionaryGetValue(loopsDic, thread));    if (!loop) {        // 取不到时，创建一个        loop = _CFRunLoopCreate();        CFDictionarySetValue(loopsDic, thread, loop);        // 注册一个回调，当线程销毁时，顺便也销毁其对应的 RunLoop。        _CFSetTSD(..., thread, loop, __CFFinalizeRunLoop);    }    OSSpinLockUnLock(&loopsLock);    return loop;}CFRunLoopRef CFRunLoopGetMain() {    return _CFRunLoopGet(pthread_main_thread_np());}CFRunLoopRef CFRunLoopGetCurrent() {    return _CFRunLoopGet(pthread_self());}

3. CFRunloopRef与线程之间的关系

1. 首先，iOS 开发中能遇到两个线程对象: pthread_t 和 NSThread。过去苹果有份文档标明了 NSThread 只是 pthread_t 的封装，但那份文档已经失效了，现在它们也有可能都是直接包装自最底层的 mach thread。苹果并没有提供这两个对象相互转换的接口，但不管怎么样，可以肯定的是 pthread_t 和 NSThread 是一一对应的。比如，你可以通过 pthread_main_np() 或 [NSThread mainThread] 来获取主线程；也可以通过 pthread_self() 或 [NSThread currentThread] 来获取当前线程。CFRunLoop 是基于 pthread 来管理的。
2. 从CFRunLoopRef源码可以看出，线程和 RunLoop 之间是一一对应的，其关系是保存在一个全局的 Dictionary 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）。
   [NSRunLoop currentRunLoop];方法调用时，会先看一下字典里有没有存子线程相对用的RunLoop，如果有则直接返回RunLoop，如果没有则会创建一个，并将与之对应的子线程存入字典中。

. 总结来说. CFRunloopRef与线程之间的关系

1. 线程在处理完自己的任务后一般会退出，为了实现线程不退出能够随时处理任务的机制被称为EventLoop，node.js 的事件处理，windows程序的消息循环，iOS、OSX的RunLoop都是这种机制。
2. 线程和RunLoop是一一对应的，关系保存在全局的字典里。
   在主线程中，程序启动时，系统默认添加了有kCFRunLoopDefaultMode 和 UITrackingRunLoopMode两个预置Mode的RunLoop，保证程序处于等待状态，如果接收到来自触摸事件等，就会执行任务，否则处于休眠中。
3. 线程创建时并没有RunLoop，（主线程除外），RunLoop不能创建，只能主动获取才会有。RunLoop的创建是在第一次获取时，RunLoop的销毁是发生在线程结束时。只能在一个线程中获取自己和主线程的RunLoop。

Core Foundation中关于RunLoop的5个类

CFRunLoopRef  //获得当前RunLoop和主RunLoopCFRunLoopModeRef  //运行模式，只能选择一种，在不同模式中做不同的操作CFRunLoopSourceRef  //事件源，输入源CFRunLoopTimerRef //定时器时间CFRunLoopObserverRef //观察者

* CFRunLoopModeRef*
详细内容请点击这里
1.简介：

每个CFRunLoopRef 包含若干个 Mode，每个 Mode 又包含若干个 Source/Timer/Observer。每次调用 RunLoop 的主函数时，只能指定其中一个 Mode，这个Mode被称作 CurrentMode。如果需要切换 Mode，只能退出 Loop，再重新指定一个 Mode 进入。这样做主要是为了分隔开不同组的 Source/Timer/Observer，让其互不影响。

CFRunLoopModeRef 类并没有对外暴露，只是通过 CFRunLoopRef 的接口进行了封装。他们的关系如下:

CFRunLoopRef获取Mode的接口：

CFRunLoopAddCommonMode(CFRunLoopRef runloop, CFStringRef modeName);CFRunLoopRunInMode(CFStringRef modeName, ...);

2.CFRunLoopMode的类型

1. kCFRunLoopDefaultMode
   App的默认Mode，通常主线程是在这个Mode下运行

2. UITrackingRunLoopMode：
   界面跟踪 Mode，用于 ScrollView 追踪触摸滑动，保证界面滑动时不受其他 Mode 影响

3. UIInitializationRunLoopMode:
   在刚启动 App 时第进入的第一个 Mode，启动完成后就不再使用
4. GSEventReceiveRunLoopMode:
   接受系统事件的内部 Mode，通常用不到
5. kCFRunLoopCommonModes:
   这是一个占位用的Mode，作为标记kCFRunLoopDefaultMode和UITrackingRunLoopMode用，并不是一种真正的Mode

3.CFRunLoopMode 和 CFRunLoop 的结构

struct __CFRunLoopMode {    CFStringRef _name;            // Mode Name, 例如 @"kCFRunLoopDefaultMode"    CFMutableSetRef _sources0;    // Set     CFMutableSetRef _sources1;    // Set     CFMutableArrayRef _observers; // Array     CFMutableArrayRef _timers;    // Array     ...};struct __CFRunLoop {    CFMutableSetRef _commonModes;     // Set     CFMutableSetRef _commonModeItems; // Set     CFRunLoopModeRef _currentMode;    // Current Runloop Mode    CFMutableSetRef _modes;           // Set     ...};

CFRunLoopSourceRef

1. 是事件产生的地方。Source有两个版本：Source0 和 Source1。
2. Source0 只包含了一个回调（函数指针），它并不能主动触发事件。使用时，你需要先调用 CFRunLoopSourceSignal(source)，将这个 Source 标记为待处理，然后手动调用 CFRunLoopWakeUp(runloop) 来唤醒 RunLoop，让其处理这个事件。
3. Source1 包含了一个 mach_port 和一个回调（函数指针），被用于通过内核和其他线程相互发送消息。这种 Source 能主动唤醒 RunLoop 的线程.

* CFRunLoopObserverRef*

CFRunLoopObserverRef是观察者，能够监听RunLoop的状态改变。

我们直接来看代码，给RunLoop添加监听者，监听其运行状态：

 //创建监听者     /*     第一个参数 CFAllocatorRef allocator：分配存储空间 CFAllocatorGetDefault()默认分配     第二个参数 CFOptionFlags activities：要监听的状态 kCFRunLoopAllActivities 监听所有状态     第三个参数 Boolean repeats：YES:持续监听 NO:不持续     第四个参数 CFIndex order：优先级，一般填0即可     第五个参数 ：回调 两个参数observer:监听者 activity:监听的事件     */     /*     所有事件     typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {     kCFRunLoopEntry = (1UL << 0),   //   即将进入RunLoop     kCFRunLoopBeforeTimers = (1UL << 1), // 即将处理Timer     kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2), // 即将处理Source     kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5), //即将进入休眠     kCFRunLoopAfterWaiting = (1UL << 6),// 刚从休眠中唤醒     kCFRunLoopExit = (1UL << 7),// 即将退出RunLoop     kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU     };     */    CFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreateWithHandler(CFAllocatorGetDefault(), kCFRunLoopAllActivities, YES, 0, ^(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity) {        switch (activity) {            case kCFRunLoopEntry:                NSLog(@"RunLoop进入");                break;            case kCFRunLoopBeforeTimers:                NSLog(@"RunLoop要处理Timers了");                break;            case kCFRunLoopBeforeSources:                NSLog(@"RunLoop要处理Sources了");                break;            case kCFRunLoopBeforeWaiting:                NSLog(@"RunLoop要休息了");                break;            case kCFRunLoopAfterWaiting:                NSLog(@"RunLoop醒来了");                break;            case kCFRunLoopExit:                NSLog(@"RunLoop退出了");                break;            default:                break;        }    });    // 给RunLoop添加监听者    /*     第一个参数 CFRunLoopRef rl：要监听哪个RunLoop,这里监听的是主线程的RunLoop     第二个参数 CFRunLoopObserverRef observer 监听者     第三个参数 CFStringRef mode 要监听RunLoop在哪种运行模式下的状态     */    CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetCurrent(), observer, kCFRunLoopDefaultMode);     /*     CF的内存管理（Core Foundation）     凡是带有Create、Copy、Retain等字眼的函数，创建出来的对象，都需要在最后做一次release     GCD本来在iOS6.0之前也是需要我们释放的，6.0之后GCD已经纳入到了ARC中，所以我们不需要管了     */    CFRelease(observer);