iOS RunLoop

关于 runloop 面试中经常被问到：

讲讲 RunLoop，项目中有用到吗？

RunLoop内部实现逻辑？

Runloop和线程的关系？

timer 与 Runloop 的关系？

程序中添加每3秒响应一次的NSTimer，当拖动tableview时timer可能无法响应要怎么解决？

Runloop 是怎么响应用户操作的， 具体流程是什么样的？

说说RunLoop的几种状态？

Runloop的mode作用是什么？

一. RunLoop简介

运行循环，在程序运行过程中循环做一些事情，如果没有Runloop程序执行完毕就会立即退出，如果有Runloop程序会一直运行，并且时时刻刻在等待用户的输入操作。RunLoop可以在需要的时候自己跑起来运行，在没有操作的时候就停下来休息。充分节省CPU资源，提高程序性能。

• 定义
  RunLoop的实质是一个死循环，用于保证程序的持续运行，只有当程序退出的时候才会结束（由main函数开启主线程的RunLoop）

• 作用
  保持程序的持续运行
  处理App中的各种事件（触摸、定时器、Selector事件）
  节省CPU资源，提高程序性能（该做事做事，没事做休息）

• 获取方法
  使用NSRunLoop（面向对象）或者CFRunLoopRef（底层C语言）
  在任何一个Cocoa程序的线程中，都可以通过：
  NSRunLoop *runloop = [NSRunLoopcurrentRunLoop];
  来获取到当前线程的run loop。

• 原理
  RunLoop开启一个循环事件，并接受输入事件，接受的事件来自两种不同的来源：
  1.输入源（input source）(传递异步事件)
  2.定时源（timer source）(传递同步事件)
  RunLoop接收到消息后采用handlePort、customSrc、mySelector和timerFired等四个方法处理对应的事件
  当RunLoop没有接收到消息时，则进入休眠状态，以保持程序持续运行。

• 应用范畴：
  1.定时器（Timer）
  2.PerformSelector
  3.GCD Async Main Queue
  4.事件响应、手势识别、界面刷新
  5.网络请求 √ AutoreleasePool

• RunLoop在实际开中的应用
  1.控制线程生命周期（线程保活）
  2.解决NSTimer在滑动时停止工作的问题
  3.监控应用卡顿
  4.性能优化

• 运行逻辑
  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

• RunLoop的结构组成

RunLoop位于苹果的Core Foundation库中，而Core Foundation库则位于iOS架构分层的Core Service层中（值得注意的是，Core Foundation是一个跨平台的通用库，不仅支持Mac，iOS，同时也支持Windows）：

• 六个被调起方法
  主线程 (有 RunLoop 的线程) 几乎所有函数都从以下六个之一的函数调起:

CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION
CFRunloop is calling out to an abserver callback function

用于向外部报告 RunLoop 当前状态的更改，框架中很多机制都由 RunLoopObserver 触发，如 CAAnimation

CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_BLOCK
CFRunloop is calling out to a block

消息通知、非延迟的perform、dispatch调用、block回调、KVO

CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE
CFRunloop is servicing the main desipatch queue
CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_TIMER_CALLBACK_FUNCTION
CFRunloop is calling out to a timer callback function

延迟的perform, 延迟dispatch调用

CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE0_PERFORM_FUNCTION
CFRunloop is calling out to a source 0 perform function

处理App内部事件、App自己负责管理（触发），如UIEvent、CFSocket。普通函数调用，系统调用

CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE1_PERFORM_FUNCTION
CFRunloop is calling out to a source 1 perform function

由RunLoop和内核管理，Mach port驱动，如CFMachPort、CFMessagePort

二. RunLoop基本作用

保持程序持续运行，程序一启动就会开一个主线程，主线程一开起来就会跑一个主线程对应的RunLoop,RunLoop保证主线程不会被销毁，也就保证了程序的持续运行

处理App中的各种事件（比如：触摸事件，定时器事件，Selector事件等）

节省CPU资源，提高程序性能，程序运行起来时，当什么操作都没有做的时候，RunLoop就告诉CUP，现在没有事情做，我要去休息，这时CUP就会将其资源释放出来去做其他的事情，当有事情做的时候RunLoop就会立马起来去做事情

我们先通过API内一张图片来简单看一下RunLoop内部运行原理

RunLoop内部运行原理

通过图片可以看出，RunLoop在跑圈过程中，当接收到Input sources 或者 Timer sources时就会交给对应的处理方去处理。当没有事件消息传入的时候，RunLoop就休息了。这里只是简单的理解一下这张图，接下来我们来了解RunLoop对象和其一些相关类，来更深入的理解RunLoop运行流程。

三. RunLoop在哪里开启

UIApplicationMain函数内启动了Runloop，程序不会马上退出，而是保持运行状态。因此每一个应用必须要有一个runloop，

我们知道主线程一开起来，就会跑一个和主线程对应的RunLoop，那么RunLoop一定是在程序的入口main函数中开启。

Runloop入口

进入UIApplicationMain

我们发现它返回的是一个int数，那么我们对main函数做一些修改

运行程序，我们发现只会打印开始，并不会打印结束，这说明在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。

我们来看到RunLoop的源码

// 用DefaultMode启动

voidCFRunLoopRun(void) {/* DOES CALLOUT */

int32_t result;

do{

 result =CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopGetCurrent(),kCFRunLoopDefaultMode,1.0e10,false); CHECK_FOR_FORK(); 

 }while (kCFRunLoopRunStopped != result && kCFRunLoopRunFinished != result);

}

我们发现RunLoop确实是do while通过判断result的值实现的。因此，我们可以把RunLoop看成一个死循环。如果没有RunLoop，UIApplicationMain函数执行完毕之后将直接返回，也就没有程序持续运行一说了。

四. RunLoop对象

Fundation框架  （基于CFRunLoopRef的封装）

NSRunLoop对象

CoreFoundation

CFRunLoopRef对象

因为Fundation框架是基于CFRunLoopRef的一层OC封装，这里我们主要研究CFRunLoopRef源码

如何获得RunLoop对象

Foundation[NSRunLoopcurrentRunLoop];// 获得当前线程的RunLoop对象

[NSRunLoopmainRunLoop];// 获得主线程的RunLoop对象Core 

FoundationCFRunLoopGetCurrent();// 获得当前线程的RunLoop对象

CFRunLoopGetMain();// 获得主线程的RunLoop对象

RunLoop接收几种输入源，系统默认定义了几种模式？

• 输入源有两种
  基于端口的输入源（port）
  自定义的输入源（custom）
• 系统定义的RunLoop模式有五种
  最常用的有三种，如下所示：
  1.NSDefaultRunLoopMode
  默认模式，主线程中默认是NSDefaultRunLoopMode
  2.UITrackingRunLoopMode
  视图滚动模式，RunLoop会处于该模式下
  3.NSRunLoopCommonModes
  并不是真正意义上的Mode，是一个占位用的“Mode”，默认包含了NSDefaultRunLoopMode和UITrackingRunLoopMode两种模式

RunLoop模式的原理和使用注意点？
原理和注意点

• 一个RunLoop包含若干个Mode，每个Mode又包含若干个Source、Observer、Timer（如下图所示）
• 每次RunLoop启动，只能指定一个Mode，这个Mode被称为CurrentMode
• 如果需要切换Mode，只能退出Loop，再重新指定一个Mode进入， 以使不同组之间的Source、Observer、Timer互不受影响

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

RunLoopMode

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。
• 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。

CFRunLoopTimerRef 是基于时间的触发器，它和 NSTimer 是toll-free bridged 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。

通过上面分析我们知道，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，而RunLoop启动时只能选择其中一个Mode作为currentMode。

Source1/Source0/Timers/Observer分别代表什么

1. Source1 : 基于Port的线程间通信

2. Source0 : 触摸事件，PerformSelectors

我们通过代码验证一下

- (void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event
{
    NSLog(@"点击了屏幕");
}

打断点之后打印堆栈信息，当xcode工具区打印的堆栈信息不全时，可以在控制台通过“bt”指令打印完整的堆栈信息，由堆栈信息中可以发现，触摸事件确实是会触发Source0事件。

touchesBegan堆栈信息

同样的方式验证performSelector堆栈信息

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
    [self performSelectorOnMainThread:@selector(test) withObject:nil waitUntilDone:YES];
});

可以发现PerformSelectors同样是触发Source0事件

performSelector堆栈信息

3. Timers : 定时器，NSTimer

通过代码验证

[NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:3.0 repeats:NO block:^(NSTimer * _Nonnull timer) {
    NSLog(@"NSTimer ---- timer调用了");
}];

打印完整堆栈信息

Timer 堆栈信息

4. Observer : 监听器，用于监听RunLoop的状态

Source

即可以唤醒Runloop的一些事件。比如用户点击了屏幕，就会创建一个input source。

• source0 ： 非系统事件

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。

• source1 ： 系统事件

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

Timer

我们经常用的NSTimer就属于这一类。

Observer

某个observer可以监听runloop的状态变化，并作出一定反应。

RunLoop运行流程

经典大图

RunLoop 结构组成

RunLoop位于苹果的Core Foundation库中，而Core Foundation库则位于iOS架构分层的Core Service层中（值得注意的是，Core Foundation是一个跨平台的通用库，不仅支持Mac，iOS，同时也支持Windows）：

五. RunLoop和线程间的关系

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

主线程的RunLoop已经自动创建好了，子线程的RunLoop需要主动创建

RunLoop在第一次获取时创建，在线程结束时销毁

通过源码查看上述对应

// 拿到当前Runloop 调用_CFRunLoopGet0CFRunLoopRefCFRunLoopGetCurrent(void) { CHECK_FOR_FORK();

CFRunLoopRefrl = (CFRunLoopRef)_CFGetTSD(__CFTSDKeyRunLoop);if(rl)returnrl;return_CFRunLoopGet0(pthread_self());

}

// 查看_CFRunLoopGet0方法内部CF_EXPORTCFRunLoopRef_CFRunLoopGet0(pthread_t t) {if(pthread_equal(t, kNilPthreadT)) { 

 t = pthread_main_thread_np(); 

 }

 __CFLock(&loopsLock);if(!__CFRunLoops) { __CFUnlock(&loopsLock);CFMutableDictionaryRefdict =CFDictionaryCreateMutable(kCFAllocatorSystemDefault,0,NULL, &kCFTypeDictionaryValueCallBacks);

// 根据传入的主线程获取主线程对应的RunLoop

CFRunLoopRefmainLoop = __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);

if(!OSAtomicCompareAndSwapPtrBarrier(NULL, dict, (void*volatile*)&__CFRunLoops)) {CFRelease(dict); 

 }CFRelease(mainLoop); __CFLock(&loopsLock);

 }

// 从字典里面拿，将线程作为key从字典里获取一个loop

CFRunLoopRefloop = (CFRunLoopRef)CFDictionaryGetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t));

 __CFUnlock(&loopsLock);

// 如果loop为空，则创建一个新的loop，所以runloop会在第一次获取的时候创建

if(!loop) {

CFRunLoopRefnewLoop = __CFRunLoopCreate(t); __CFLock(&loopsLock); 

 loop = (CFRunLoopRef)CFDictionaryGetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t));

// 创建好之后，以线程为key runloop为value，一对一存储在字典中，下次获取的时候，则直接返回字典内的runloop

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); 

 }

 }

returnloop;

}

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 Dictionary 里。所以我们创建子线程RunLoop时，只需在子线程中获取当前线程的RunLoop对象即可[NSRunLoop currentRunLoop];如果不获取，那子线程就不会创建与之相关联的RunLoop，并且只能在一个线程的内部获取其 RunLoop

[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。当线程结束时，RunLoop会被销毁。

NSTimer和RunLoop的关系？

• NSTimer需要添加到Runloop中， 才能执行的情况

NSTimer *timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:1.f target:self selector:@selector(update) userInfo:nil repeats:YES];
[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode];

• NSTimer默认被添加到Runloop中， 直接执行的情况

[NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1.f target:self selector:@selector(update) userInfo:nil repeats:YES];

NSTimer准确吗，如果不准确，如何设计一个准确的timer？
不准确
准确的Timer应该和当前线程的RunLoopMode保持一致

TableView/ScrollView/CollectionView滚动时为什么NSTimer会停止？

一个RunLoop不能同时共存两个mode
当滚动视图滚动时，当前RunLoop处于UITrackingRunLoopMode，
NSTimer的RunLoopMode和当前线程的RunLoopMode不一致，所以会停止
解决方法：将timer的runloopMode改为UITrackingRunLoopMode或者NSRunLoopCommonModes

如果NSTimer在分线程中创建，会发生什么，应该注意什么？

• NSTimer没有启动
  -- 在主线程中，系统默认创建并启动主线程的runloop
  -- 在分线程中，系统不会自动启动runloop，需要手动启动
• 解决方法：
  启动分线程的runLoop

在异步线程中下载很多图片,如果失败了,该如何处理?请结合RunLoop来谈谈解决方案

在异步线程中启动一个RunLoop重新发送网络请求,下载图片

如果程序启动就需要执行一个耗时操作，你会怎么做？

开启一个异步的子线程，并启动它的RunLoop来执行该耗时操作

runloop与autoreleasepool的关系,如果在分线程中启动一个异步请求，会有什么问题？

判断其是否请求结束，如果未结束，要保持当前线程一直启动，直到结束

while(!isFinish)
     {
       [[NSRunLoop currentRunLoop] runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate:[NSDate distantFuture]];
     }

可以看到，实际上 RunLoop 就是这样一个函数，其内部是一个 do-while 循环。当你调用 CFRunLoopRun() 时，线程就会一直停留在这个循环里；直到超时或被手动停止，该函数才会返回。

程序启动时，runloop是如何工作的？如果程序启动就需要执行一个耗时操作，你会怎么做？

程序启动时，系统默认创建并启动主线程的runloop，runloop会默认创建两个Observe来进行监听runloop的进出和睡眠，有事情的时候就去做，没事的休眠。

(线程(创建)-->runloop将进入-->最高优先级OB创建释放池-->runloop将睡-->最低优先级OB销毁旧池创建新池-->runloop将退出-->最低优先级OB销毁新池-->线程(销毁))

线程刚创建时并没有runloop，如果你不主动去获取，那么一直都不会有。

耗时操作可以放在分线程中进行，结束后回到主线程。

经典面试题

Runloop和线程是什么关系？
每条线程都有唯一的一个与之对应的RunLoop对象，其关系是保存在一个全局的 Dictionary 里；主线程的RunLoop已经自动创建，子线程的RunLoop需要主动创建；RunLoop在第一次获取时创建，在线程结束时销毁

Runloop的mode作用是什么？
指定事件在运行循环中的优先级的，

线程的运行需要不同的模式，去响应各种不同的事件，去处理不同情境模式。(比如可以优化tableview的时候可以设置UITrackingRunLoopMode下不进行一些操作，比如设置图片等。)

以+scheduledTimerWithTimeInterval:的方式触发的timer，在滑动页面上的列表时，timer会暂停回调， 为什么？
滑动scrollView时，主线程的RunLoop会切换到UITrackingRunLoopMode这个Mode，执行的也是UITrackingRunLoopMode下的任务（Mode中的item），而timer是添加在NSDefaultRunLoopMode下的，所以timer任务并不会执行，只有当UITrackingRunLoopMode的任务执行完毕，runloop切换到NSDefaultRunLoopMode后，才会继续执行timer。

如何解决在滑动页面上的列表时，timer会暂停回调？
将Timer放到NSRunLoopCommonModes中执行即可

[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes]; [[NSRunLoop currentRunLoop] run];复制代码
NSTImer使用时需要注意什么？
注意timer添加到runloop时应该设置为什么mode

注意timer在不需要时，一定要调用invalidate方法使定时器失效，否则得不到释放

RunLoop 有哪些应用？
常驻内存、AutoreleasePool 自动释放池

AutoreleasePool 和 RunLoop 有什么联系？
iOS应用启动后会注册两个 Observer 管理和维护 AutoreleasePool。应用程序刚刚启动时默认注册了很多个Observer，其中有两个Observer的 callout 都是 _ wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler，这两个是和自动释放池相关的两个监听。

第一个 Observer 会监听 RunLoop 的进入，它会回调objc_autoreleasePoolPush() 向当前的 AutoreleasePoolPage 增加一个哨兵对象标志创建自动释放池。这个 Observer 的 order 是 -2147483647 优先级最高，确保发生在所有回调操作之前。

第二个 Observer 会监听 RunLoop 的进入休眠和即将退出 RunLoop 两种状态，在即将进入休眠时会调用 objc_autoreleasePoolPop() 和 objc_autoreleasePoolPush() 根据情况从最新加入的对象一直往前清理直到遇到哨兵对象。而在即将退出 RunLoop 时会调用objc_autoreleasePoolPop() 释放自动自动释放池内对象。这个Observer 的 order 是 2147483647 ，优先级最低，确保发生在所有回调操作之后。

NSRunLoop 和 CFRunLoopRef 区别
CFRunLoopRef 基于C 线程安全，NSRunLoop 基于 CFRunLoopRef 面向对象的API 是不安全的