本篇文章是学习ibireme 的深入理解RunLoop这篇文章。
RunLoop实际上是一个对象，这个对象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的Event Loop的逻辑。线程执行这个函数后，就会一直处于函数内部“接收消息-等候-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。
OSX/iOS系统中，提供了两个这样的对象：NSRunloop和CFRunLoopRef。CFRunLoopRef是在CoreFoundation框架内的，它提供了纯C函数的API，所有这些API都是线程安全的。
NSRunLoop是基于CFRunLoopRef的封装，提供了面向对象的API，但是这些API不是线程安全的。
CFRunLoopRef的代码是开源的。
RunLoop与线程的关系
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NSTread只是pthread_t的封装，但那份文档已经失效了，现在它们也有可能是直接包装最底层的mach thread。苹果并没有提供两个对象相互转换的接口，但不管怎样，可以肯定的是pthread_t和NSTread是一一对应的。比如，你可以通过pthread_main_thread_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。
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()。这两个函数内部的逻辑大概是这样：
/// 全局的Dictionary，key 是 pthread_t， value 是 CFRunLoopRef
static 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());
}
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）。
RunLoop对外的接口
在CoreFoundation里面关于RunLoop有5个类：
CFRunLoopRef
CFRunLoopModeRef
CFRunLoopSourceRef
CFRunLoopTimerRef
CFRunLoopObserverRef
其中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：
一个RunLoop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。
CFRunLoopSourceRef是事件产生的地方。Source有两个版本：Source0和Source1。
-Source0只包含一个回调（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。非系统内核事件。
-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，其原理在下面会讲到。系统内核事件。
CFRunLoopTimerRef是基于时间的触发器，它和NSTimer是toll-free bridged（简称TFB，是一种允许某些ObjC类与其对应的CoreFoundation类之间互换使用的机制，比如NSString和CFString）的，可以混用。其包含一个时间长度和一个回调（函数指针）。当其加入到RunLoop时，RunLoop会注册对应的时间点，当时间点到时，RunLoop会被唤醒以执行那个回调。
CFRunLoopObserverRef是观察者，每个Observer都包含了一个回调（函数指针），当RunLoop的状态发生变化时，观察者就能通过回调接受到这个变化。可以观测的时间点有以下几个：
typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
kCFRunLoopEntry = (1UL << 0), // 即将进入Loop
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Loop
};
上面的Source/Timer/Observer被统称为mode item，一个item可以被同时加入到多个mode。但一个item被重复加入同一个mode时是不会有效果的。如果一个mode中一个item都没有，则RunLoop会直接退出，不进入循环。
RunLoop的Mode
CFRunLoopMode和CFRunLoop的结构大致如下：
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
...
};
这里有个概念叫“CommonModes”：一个Mode可以将自己标记为“Common”属性（通过将其ModeName添加到RunLoop的“commonModes”中）。每当RunLoop的内容发生变化时，RunLoop都会将_commonModeItems里的Source/Observer/Timer同步到具有“Common”标记的所有Mode里。
应用场景举例：主线程的RunLoop里有两个预置的Mode：kCFRunLoopDefaultMode和UITrackingRunLoopMode。这两个Mode都已经被标记为“Common”属性。DefaultMode是App平时所处的状态，TrackingRunLoopMode是追踪ScrollView滑动时的状态。当你创建一个Timer并加到DefaultMode时，Timer会得到重复回调，但此时滑动一个TableView时，RunLoop会将mode切换TrackingRunLoop，这时Timer就不会被回调，并且也不会影响到滑动操作。
有时你需要一个Timer，在两个Mode中都能得到回调，一种办法就是将这个Timer分别加入这两个Mode。还有一种方式，就是将Timer加入到顶层的RunLoop的“commonModeItems”中。“commonModeItems”被RunLoop自动更新到所有具有“Common”属性的Mode里去。
CFRunLoop对外暴露的管理Mode接口只有下面2个：
CFRunLoopAddCommonMode(CFRunLoopRef runloop, CFStringRef modeName);
CFRunLoopRunInMode(CFStringRef modeName, ...);
Mode暴露的管理mode item的接口有下面几个：
CFRunLoopAddSource(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopSourceRef source, CFStringRef modeName);
CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopObserverRef observer, CFStringRef modeName);
CFRunLoopAddTimer(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopTimerRef timer, CFStringRef mode);
CFRunLoopRemoveSource(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopSourceRef source, CFStringRef modeName);
CFRunLoopRemoveObserver(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopObserverRef observer, CFStringRef modeName);
CFRunLoopRemoveTimer(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopTimerRef timer, CFStringRef mode);
对于一个RunLoop来说，其内部的mode只能增加不能删除。
苹果公开提供的Mode有两个：kCFRunLoopDefaultMode（NSDefaultRunLoopMode）和UITrackingRunLoopMode，你可以用这两个ModeName来操作其对应的Mode。
同时苹果还提供了一个操作Common标记的字符串：kCFRunLoopCommonModes（NSRunLoopCommonModes），你可以用这个字符串来操作Common Items，或标记一个Mode为“Common”。使用时注意区分这个字符串和其他mode name。