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在知道Runloop之前
一般来说，一个线程只能执行一个任务，执行完就会退出。当我们需要让线程可以随时处理事件而不退出线程，我们就要使用Runloop。
它内部是一个do while循环，不断地处理各种任务，保证线程能够的连续运行。
Runloop的目的
保证线程中有任务时可以执行线程工作。当线程中没有任务时，让线程休眠，提高程序性，节省资源。
Runloop的作用
| 简述 | 详述 |
|---|---|
| 保持程序连续运行 | 应用程序启动后，将启动主线程。当主线程启动时，会启动主线程对应该的runloop。Runloop可以保证线程不会被破坏。如果主线程没有被销毁，程序将继续运行。 |
| 处理应用程序中的各种事件 | 事件响应、手势识别、界面刷新、自动释放池、NSTimer等事件处理。 |
| 节省CPU资源，提高程序性 | 当线程中有任务时，确保线程能够工作。当线程没有任务时，让线程休眠，提高程序性能，节省资源。该做事的时候做事，该休息的时候休息。 |
Runloop原理
| 名称 | 类型 | 所在框架 | 原子性 |
|---|---|---|---|
| NSRunloop | NSObject | Fundation | 线程不安全 |
| CFRunloop | struct | CoreFundation | 线程安全 |
为了更好地理解Runloop，阅读源代码是一个不错的选择。老司机说有了源码，runloop就不会那么神秘了。首先，我们通常说runloop有两种。一个是NSRunloop，另一个是CFRunloop。那么让我先通过源码了解一下CFRunloop。首先，我们看一下基本的数据结构
1.首先我们来看看CFRunloop的定义。这里我注释了所有需要注意的参数
struct __CFRunLoop {
CFRuntimeBase _base;
pthread_mutex_t _lock; /* locked for accessing mode list */
__CFPort _wakeUpPort; // used for CFRunLoopWakeUp 内核向该端口发送消息可以唤醒runloop
Boolean _unused;
volatile _per_run_data *_perRunData; // reset for runs of the run loop
pthread_t _pthread; //RunLoop对应的线程
uint32_t _winthread;
CFMutableSetRef _commonModes; //存储的是字符串，记录所有标记为common的mode
CFMutableSetRef _commonModeItems; //存储所有commonMode的item(source、timer、observer)
CFRunLoopModeRef _currentMode; //当前运行的mode
CFMutableSetRef _modes; //存储的是CFRunLoopModeRef
struct _block_item *_blocks_head; //doblocks的时候用到
struct _block_item *_blocks_tail;
CFTypeRef _counterpart;
};可以看出CFRunloop是一个有很多属性的结构体。
看一下这个结构中我们需要注意的参数。每个runloop都有自己的mode，并且有不止一种mode,mode存放着runloop要处理的事件源。事件源有3种，source、timer和observer。Runloop有很多模式，但是在某个时间只能有一种特定的模式，即_currentmode。下面第二项描述的是runloop的模式，它与runloop结构体（mode）相关参数中的几个模式有关：_currentmode，表示runloop的当前模式；_Modes 表示运行循环中的所有模式；
另外，runloop 中的一种模式是 NSRunloop 常用模式。这种模式没有意义。它只是标记模式的集合；_Commonmodes 是指在NSRunloopCommonmodes 模式下保存的模式。我们还可以在这个集合中添加自定义模式；_Commonmodeitem 表示添加到NSRunloopCommonmodes的源/定时器；
2.上面提到的runloop中有很多模式。让我们了解一下模式cfrunloopmode。这是cfrunloop的源代码。
struct __CFRunLoopMode {
CFRuntimeBase _base;
pthread_mutex_t _lock; /* must have the run loop locked before locking this */
CFStringRef _name; //mode名称
Boolean _stopped; //mode是否被终止
char _padding[3];
// ------------->
//几种事件
CFMutableSetRef _sources0; //sources0
CFMutableSetRef _sources1; //sources1
CFMutableArrayRef _observers; //通知
CFMutableArrayRef _timers; //定时器
CFMutableDictionaryRef _portToV1SourceMap; //字典 key是mach_port_t，value是CFRunLoopSourceRef
// <-------------
__CFPortSet _portSet; //保存所有需要监听的port，比如_wakeUpPort，_timerPort都保存在这个数组中
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 */
};
其实CFRunloop相关的几个定义都是结构体，CFRunloopMode也是结构体。看代码了解CFRunloopMode的几个相关参数，主要是上面标注的四个参数
如上所述，runloop 用于处理事件。它主要处理三种类型的事件：源、定时器和观察者。那么source也可以分为source0和source1两种。CFRunloopMode的定义中有四个集合，分别代表存储这四个事件源的集合，如上所述。
runloop 中的模式主要有以下几种：
1) KCFRunloopDefaultMode：app的默认模式。通常，主线程以这种模式运行。
2）UitrackingRunloopMode：界面跟踪模式，用于Scrollview跟踪触摸滑动，保证界面滑动不受其他模式影响。
3）KCFRunloopCommonMode：这是一个占位符模式。它用作标记 KCFRunloopDefaultMode 和 UITrackingRunnoopMode。这不是真正的模式。
4）UiinitializationRunloopMode：app刚启动时进入的第一个模式。启动后将不再使用。
5）CSeventreceiveRunloopMode：接受系统事件的内部模式。通常不使用
当runloop启动时，只能选择一种模式作为currentmode。如果需要切换模式，只能退出当前模式，重新选择一个模式进入。
这里基于上面对CFRunloop和CRFunloopMode的理解，RunloopMode保存在runloop中，实际执行的任务保存在RunloopMode中。
3.RunloopMode 存储了runloop要处理的事件源。事件源有3种：South、timer和observer。
1) CFRunloopSourceRef 是 South 事件的来源。看看它的定义。
struct __CFRunLoopSource {
CFRuntimeBase _base;
uint32_t _bits; // 用于标记Signaled状态，source0只有在被标记为Signaled状态，才会被处理
pthread_mutex_t _lock;
CFIndex _order; // immutable
CFMutableBagRef _runLoops;
union {
CFRunLoopSourceContext version0; // immutable, except invalidation
CFRunLoopSourceContext1 version1; // immutable, except invalidation
} _context;
};CFRunloopSourceRef 是runloop要处理的事件源之一。Version0 和 Version1 是 source0 和 source1 根据不同事件的处理来区分的。
2）CFRunLoopTimerRef 。runloop的相关定时器事件和定时器，定时执行一个任务，也在runloop中处理。
struct __CFRunLoopTimer {
CFRuntimeBase _base;
uint16_t _bits; //标记fire状态
pthread_mutex_t _lock;
CFRunLoopRef _runLoop; //添加该timer的runloop
CFMutableSetRef _rlModes; //存放所有 包含该timer的 mode的 modeName，意味着一个timer可能会在多个mode中存在
CFAbsoluteTime _nextFireDate;
CFTimeInterval _interval; //理想时间间隔 /* immutable */
CFTimeInterval _tolerance; //时间偏差 /* mutable */
uint64_t _fireTSR; /* TSR units */
CFIndex _order; /* immutable */
CFRunLoopTimerCallBack _callout; /* immutable */
CFRunLoopTimerContext _context; /* immutable, except invalidation */
};3）CFRunLoopObserverRef 。 CFRunloopObserverRef 是runloop的监听器，可以监听runloop的状态变化。
struct __CFRunLoopObserver {
CFRuntimeBase _base;
pthread_mutex_t _lock;
CFRunLoopRef _runLoop;
CFIndex _rlCount;
CFOptionFlags _activities; /* immutable */
CFIndex _order; /* immutable */
CFRunLoopObserverCallBack _callout; /* immutable */
CFRunLoopObserverContext _context; /* immutable, except invalidation */
};Runloop在运行时有以下状态：
您可以将观察结果添加到运行循环。通过监控runloop的状态来判断是否卡顿。创建observer观察者，将创建的observer加入到主线程runloop的普通模式中，并创建一个连续的子线程来监控主线程的runloop状态。一旦发现睡眠前的kCRRonloopBeforeSource状态或者唤醒后的kCFRonloopFafterwaiting状态，在设定的时间阈值内没有变化，就可以判断为卡住了，转储堆栈的信息，从而进一步分析哪个方法有执行时间长。
4、了解了runloop的基本数据结构之后，我们来看看runloop是如何运行的。
首先，如何创建一个runloop？其实runloop不需要手动创建。任何 runloop 都与一个线程相关联。先有线程，后有runloop。Apple 提供了两个 API。让我们获取runloop、CFRunloopgetmain() 和CFRunloopGetCurrent()。这两个方法分别获取当前线程的mainrunloop和runloop。
从上面两个函数可以看出，runloop是通过_CFRunloopGet0()，它以线程为参数，与通过key从NSDictionary中获取值非常相似。接下来看看_CRFunloopGet0()的实现。
获取线程的运行循环。首先，以线程为key，从全局字典中查找。如果没有找到，就新建一个，以thread为key，runloop为value保存到全局字典中（如果全局字典不存在，先初始化全局字典，并创建MainRunloop保存它在全球字典中）。以下是源代码，我添加了注释。
以上就是获取当前runloop的原理，以及任务在runloop内部是如何执行的。这是一个图表。
CFRunlooprun 和 CFRunloopRuninMode 都在内部调用 CFRunloopRunspecific。CFRunloopRunspecific内部调用__CFRunloopRun，CFRunloopRunspecific和__CFRunloopRun一起就是runloop的完整实现。看看下面的伪代码解释，就是runloop的内部逻辑：
Runloop和线程的关系
- Runloop 存储在一个全局字典中。线程是关键，runloop 是价值。
- 第一次创建线程时，没有runloop对象。Runloop 将在第一次获取时创建。
- Runloop 在线程结束时被销毁。
- 主线程的runloop已经自动获取（创建），子线程默认不开启runloop。
- 每个线程都有一个唯一的runloop对象与之对应。
- 先有线程，后有runloop。
在日常开发中如何使用Runloop
1.控制线程生命周期（线程保持活动，线程永远保持）。原理：如果模式中没有soure0/source1/timer/observer，runloop会立即退出。因此，为了不让它退出，可以在runloop中添加一个soure1。这是af2中使用的原理。
下面AFNetworking的一个例子：
- Tableview 延迟加载图片。将SETIMAGE置于
NSDefaultRunloopMode中，即滑动时不会调用分配图片的方法，但滑动后切换到NSDefaultRunloopMode才会调用。
[self.img performSelector:@selector(setImage:) withObject:image afterDelay:0inModes:[NSDefaultRunLoopMode]];
3.解决滑动时NSTimer停止工作的问题（共模增加定时器）。
NSTimer * timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:1 target:self selector:@selector(timerEvent) userInfo:nil repeats:YES];
[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];默认情况下，计时器处于 NSDefaultRunloop 模式。当我们滑动页面的时候，runloop会切换到UITracking runloopmode，所以我们的定时器会停止工作。就像商场里的倒计时一样，当我们滑动页面时，倒计时就会停止。为了解决这个问题，我们需要让定时器工作在UITracking runloopmode，和NSRunloopCommonModes，这个模式相当于NSDefaultRunloopMode和UITrackingRunloopMode的组合。因此，为定时器指定NSRunnoopcommonModes模式，使定时器可以在NSDefaultRunloopMode和UITrackingRunnloopMode两种模式下运行。
- 另外，可以通过监控runloop的状态来应用卡顿。
runloop的进入sleep前和唤醒后的两个loop状态定义的值分别是kCFRenloopbeforesources和kCFRenloopafterwaiting，即触发source0回调和接收mach_port消息有两种状态。创建observer观察者，将创建的observer加入到主线程runloop的普通模式中，并创建一个连续的子线程来监控主线程的runloop状态。一旦发现睡眠前的kCFRonloopBeforeSource状态或者唤醒后的kCFRonloopFafterwaiting状态，在设定的时间阈值内没有变化，就可以判断为卡住了，转储堆栈的信息，从而进一步分析哪个方法有执行时间长。
以上是开发中常用的runloop相关应用。