RunLoop是iOS事件响应与任务处理最核心的机制，它贯穿iOS整个系统，自动释放池，延迟处理，触摸事件，屏幕刷新都是通过RunLoop实现的.Foundation中的NSRunLoop和Core Foundation中CFRunLoop 是RunLoop的主要实现.

基础实现

RunLoop通过do-while循环保持整个App的持续运行，同时能在运行和睡眠状态之间切换，节省CPU资源.Android中的Looper跟iOS中的RunLoop类似，接收异步消息，控制应用程序的生命周期.一般情况一个线程只能执行一个任务，执行完成后就会退出.我们可以通过Runloop保证线程能随时处理事件，并不退出.

Apple不允许直接创建 RunLoop，提供了两个自动获取的函数：CFRunLoopGetMain() 和 CFRunLoopGetCurrent().

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());
}

pthread_self获取当前线程，pthread_main_thread_np获取主线程，通过线程获取当前的Runloop.线程和Runloop被保存在全局字典__CFRunLoops中，如果字典中存在则会取出，如果不存在则会创建.

// 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运行:

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

运行机制

RunLoop是线程中的一个循环，在循环中不断检测通过Input sources（输入源）和Timer sources（定时源）两种来源等待接受事件，然后对接受到的事件通知线程进行处理，并在没有事件的时候进行睡眠.

RunLoop与线程之间的关系密不可分:
1.线程与RunLoop是一一对应的，一个线程对应一个RunLoop对象，根RunLoop可以嵌套子RunLoop.
2.主线程的RunLoop在应用启动的时候会自动创建，非主线程的RunLoop需要在该线程自己启动.
3.RunLoop对象在第一次获取RunLoop时创建，销毁则是在线程结束的时候.
4.不能自己创建RunLoop.
5.RunLoop并不是线程安全的，只能在当前线程中操作当前线程的RunLoop，而不能去操作其他线程的RunLoop，同时也需要避免在其他线程上调用当前线程的RunLoop.

一个 RunLoop 对象包含若干个 Mode 对象，每个 Mode 又包含若干个 Source/Timer/Observer，RunLoop 一次运行只能在一个 Mode 之下，如果需要切换 Mode，需要退出 Loop 才能重新指定一个 Mode.这样做主要是为了分隔开不同组Source/Timer/Observer，让其互不影响.

一个 Source 对象是一个事件，Source 有两个版本：Source0 和 Source1，Source0 只包含一个函数指针，并不能主动触发，需要将 Source0 标记为待处理，在 RunLoop 运转的时候，才会处理这个事件（如果 RunLoop 处于休眠状态，则不会被唤醒去处理），而 Source1 包含了一个 mach_port 和一个函数指针，mach_port 是 iOS 系统提供的基于端口的输入源，可用于线程或进程间通讯。而 RunLoop 支持的输入源类型中就包括基于端口的输入源，可以做到对 mach_port 端口源事件的监听。所以监听到 source1 端口的消息时，RunLoop 就会自己醒来去执行 Source1 事件（也能称为被消息唤醒）。也就是 Source0 是直接添加给 RunLoop 处理的事件，而 Source1 是基于端口的，进程或线程之间传递消息触发的事件.

Timer 是基于时间的触发器，CFRunLoopTimerRef 和 NSTimer 可以通过 Toll-free bridging 技术混用，Toll-free bridging 是一种允许某些 ObjC 类与其对应的 CoreFoundation 类之间可以互换使用的机制，当将 Timer 加入到 RunLoop 时，RunLoop 会注册对应的时间点，当时间点到时，RunLoop 会被唤醒以执行 Timer 回调.

__CFRunLoopMode定义如下:

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 */
};

RunLoop.jpg

基础知识

RunLoop运行状态通过CFRunLoopActivity可以查看:

typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
    kCFRunLoopEntry = (1UL << 0),
    kCFRunLoopBeforeTimers = (1UL << 1),
    kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2),
    kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5),
    kCFRunLoopAfterWaiting = (1UL << 6),
    kCFRunLoopExit = (1UL << 7),
    kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU
};

运行时.png

kCFRunLoopEntry -- 进入runloop循环
kCFRunLoopBeforeTimers -- 处理定时调用前回调
kCFRunLoopBeforeSources -- 处理input sources的事件
kCFRunLoopBeforeWaiting -- runloop睡眠前调用
kCFRunLoopAfterWaiting -- runloop唤醒后调用
kCFRunLoopExit -- 退出runloop

CoreFoundation中关于RunLoop的5个重要的类:

CFRunLoopRef：运行循环对象，也就是它自身.
CFRunLoopModeRef：指定runloop的运行模式.给事件源分组，避免互相影响.一个runLoop可以有很多个Mode，1个Mode可以有很多个Source，Observer，Timer，但是在同一时刻只能同时执行一种Mode.
CFRunLoopSourceRef：输入源.
CFRunLoopTimerRef：定时源，定时器，必须加入到runloop.
CFRunLoopObserverRef(观察者，观察是否有事件).

关于五个主要的类可以描述为一个RunLoop对象中包含若干个运行模式(CFRunLoopModeRef)，而每一个运行模式下又包含若干个输入源（CFRunLoopSourceRef）、定时源（CFRunLoopTimerRef）、观察者(CFRunLoopObserverRef).

单次Runloop可以处理Source1(触摸/锁屏/摇晃)，Source0事件(需要手动触发)，Timer事件和观察者事件.

ibireme.png

Runloop 模式

系统默认定义了多种运行模式(CFRunLoopModeRef)，常见的有五种:

kCFRunLoopDefaultMode:App的默认Mode，通常主线程是在这个 Mode 下运行的.
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.
UIInitializationRunLoopMode:在刚启动 App 时第进入的第一个Mode，启动完成之后就不再使用.
GSEventReceiveRunLoopMode:接收系统事件的内部 Mode，通常用不到.
kCFRunLoopCommonModes:占位用的 Mode，不是一种真正的 Mode.

RunLoop与自动释放池:
自动释放池寄生于Runloop，程序启动后，主线程注册了两个Observer监听runloop的进出和睡眠.一个最高优先级OB监测Entry状态，一个最低优先级OB监听BeforeWaiting状态和Exit状态.

RunLoop 实战

1.维护线程的生命周期，让线程不自动退出，isFinished为Yes时退出.

NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];
[runLoop addPort:[NSMachPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
while (!self.isCancelled && !self.isFinished) {
    @autoreleasepool {
            [runLoop runUntilDate:[NSDate dateWithTimeIntervalSinceNow:3]];
    }
}

2.创建常驻线程，执行一些会一直存在的任务，该线程的生命周期跟App相同:

@autoreleasepool {
        NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];
        [runLoop addPort:[NSMachPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
        [runLoop run];
}

创建常驻线程最经典的例子是AFNetWorking 2.x版本中代码:

+ (void)networkRequestThreadEntryPoint:(id)__unused object {
    @autoreleasepool {
        [[NSThread currentThread] setName:@"AFNetworking"];

        NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];
        [runLoop addPort:[NSMachPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
        [runLoop run];
    }
}

+ (NSThread *)networkRequestThread {
    static NSThread *_networkRequestThread = nil;
    static dispatch_once_t oncePredicate;
    dispatch_once(&oncePredicate, ^{
        _networkRequestThread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(networkRequestThreadEntryPoint:) object:nil];
        [_networkRequestThread start];
    });

    return _networkRequestThread;
}

3.在一定时间内监听某种事件，或执行某种任务的线程
如下代码，在30分钟内，每隔30s执行onTimerFired.这种场景一般会出现在，如我需要在应用启动之后，在一定时间内持续更新某项数据，如果用来监控屏幕的卡顿也可以.

@autoreleasepool {
    NSRunLoop * runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];
    NSTimer * udpateTimer = [NSTimer timerWithTimeInterval:30
                                                    target:self
                                                  selector:@selector(onTimerFired:)
                                                  userInfo:nil
                                                   repeats:YES];
    [runLoop addTimer:udpateTimer forMode:NSRunLoopCommonModes];
    [runLoop runUntilDate:[NSDate dateWithTimeIntervalSinceNow:60*30]];
}

4.UITableView滚动加载图片
当tableView的cell上有需要从网络获取的图片的时候，滚动tableView，异步线程回去加载图片，加载完成后主线程会设置cell的图片，但是会造成卡顿。可以设置图片的任务在CFRunloopDefaultMode下进行，当滚动tableView的时候，Runloop切换到UITrackingRunLoopMode，不去设置图片，而是而是当停止的时候，再去设置图片.

[self performSelector:@selector(download:) withObject:url afterDelay:0 inModes:NSDefaultRunLoopMode];

5.NSTimer失效
如果页面有计时器同时有滑动视图的时候，需要注意NSTimer的模式，视图滑动的过程会切换至UITrackingMode模式下，造成Timer短暂失效，将Timer的模式设置为CommonMode即可.

self.upTimer = [NSTimer timerWithTimeInterval:1.0 target:self selector:@selector(upTimeUpdate) userInfo:nil repeats:YES];
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:self.upTimer forMode:NSRunLoopCommonModes];
    [self.upTimer fire];
    
    self.bottomTimer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1.0 target:self selector:@selector(bottomTimeUpdate) userInfo:nil repeats:YES];

参考资料:
CF框架源码
RunLoop 原理和核心机制
CoreFoundation
深入理解RunLoop
滑动卡顿优化
官方文档
CF源码
http://blog.raozhizhen.com/post/2016-08-18

iOS-RunLoop浅析

基础实现

运行机制

基础知识

Runloop 模式

RunLoop 实战

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