iOS RunLoop应用

在开发过程中几乎所有的操作都是通过Call out进行回调的(无论是Observer的状态通知还是Timer、Source的处理)，而系统在回调时通常使用如下几个函数进行回调(换句话说你的代码其实最终都是通过下面几个函数来负责调用的，即使你自己监听Observer也会先调用下面的函数然后间接通知你，所以在调用堆栈中经常看到这些函数)：

    static void __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__();
    static void __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_BLOCK__();
    static void __CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__();
    static void __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_TIMER_CALLBACK_FUNCTION__();
    static void __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE0_PERFORM_FUNCTION__();
    static void __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE1_PERFORM_FUNCTION__();

实际代码块如下：

{
    /// 1. 通知Observers，即将进入RunLoop
    /// 此处有Observer会创建AutoreleasePool: _objc_autoreleasePoolPush();
    __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopEntry);
    do {
 
        /// 2. 通知 Observers: 即将触发 Timer 回调。
        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopBeforeTimers);
        /// 3. 通知 Observers: 即将触发 Source (非基于port的,Source0) 回调。
        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopBeforeSources);
        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_BLOCK__(block);
 
        /// 4. 触发 Source0 (非基于port的) 回调。
        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE0_PERFORM_FUNCTION__(source0);
        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_BLOCK__(block);
 
        /// 6. 通知Observers，即将进入休眠
        /// 此处有Observer释放并新建AutoreleasePool: _objc_autoreleasePoolPop(); _objc_autoreleasePoolPush();
        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopBeforeWaiting);
 
        /// 7. sleep to wait msg.
        mach_msg() -> mach_msg_trap();
        
 
        /// 8. 通知Observers，线程被唤醒
        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopAfterWaiting);
 
        /// 9. 如果是被Timer唤醒的，回调Timer
        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_TIMER_CALLBACK_FUNCTION__(timer);
 
        /// 9. 如果是被dispatch唤醒的，执行所有调用 dispatch_async 等方法放入main queue 的 block
        __CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__(dispatched_block);
 
        /// 9. 如果如果Runloop是被 Source1 (基于port的) 的事件唤醒了，处理这个事件
        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE1_PERFORM_FUNCTION__(source1);
 
 
    } while (...);
 
    /// 10. 通知Observers，即将退出RunLoop
    /// 此处有Observer释放AutoreleasePool: _objc_autoreleasePoolPop();
    __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopExit);
}

NSTimer

Timer Source作为事件源，事实上它的上层对应就是NSTimer(其实就是CFRunLoopTimerRef)这个开发者进程用到的定时器(底层基于使用mk_timer实现)

NSTimer其实就是CFRunLoopTimerRef，他们之间是toll-free bridged的。一个NStimer注册到RunLoop后，RunLoop会为其重复的时间点注册好事件。RunLoop为了节省资源，并不会在非常准确的时间点回调这个Timer。Timer有个属性叫Tolerance(宽容度)，标示了当时间点到后，容许有多少最大误差。由于NSTimer的这种机制，因此NSTimer的执行必须依赖于RunLoop，如果没有RunLoop，NSTimer是不会执行的。

如果某个时间点被错过了，则那个时间点的回调也会跳过去，不会延后执行。

GCD Timer

GCD则不同，GCD的线程管理是通过系统来直接管理的。GCD Timer是通过dispatch port给RunLoop发送消息，来使RunLoop执行相应的Block，如果所在线程没有RunLoop，那么GCD会临时创建一个线程去执行Block，执行完之后再销毁掉，因此GCD的Timer是不依赖RunLoop的。

至于这两个Timer的准确性问题，如果不在RunLoop的线程里面执行，那么只能使用GCD Timer，由于GCD Timer是基于MK Timer(mach kernel timer)，已经很底层了，因此是很准确的。

如果在RunLoop的线程里面执行，由于GCD Timer和NSTimer都是通过port发送消息的机制来触发RunLoop的，因此准确性差别应该不是很大。如果线程RunLoop阻塞了，不管是GCD Timer还是NSTimer都会存在延迟的问题。

CADisplayLink

CADisplayLink是一个执行频率（fps）和屏幕刷新相同（可以修改preferredFramesPerSecond改变刷新频率）的定时器，它也需要加入到RunLoop才能执行。与NSTimer类似，CADisplayLink同样是基于CFRunLoopTimerRef实现，底层使用mk_timer（可以比较加入到RunLoop前后RunLoop中timer的变化）。和NSTimer相比它精度更高（尽管NSTimer也可以修改精度），不过和NSTimer类似的是如果遇到大任务它仍然存在丢帧现象。通常情况下CADisplayLink用于构建帧动画，看起来相对更加流畅，而NSTimer则有更广泛的用处。

AutoreleasePool

AutoreleasePool是另一个与RunLoop相关讨论较多的话题。其实从RunLoop源代码分析，AutoreleasePool与RunLoop并没有直接的关系，之所以将两个话题放在一起讨论最主要的原因是因为在iOS应用启动后会注册两个Observer管理和维护AutoreleasePool。不妨在应用程序刚刚启动时打印currentRunLoop可以看到系统默认注册了很多个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。

{valid = Yes, activities = 0x1, repeats = Yes, order = -2147483647, callout = _wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler (0x1020e07ce), context = {type = mutable-small, count = 0, values = ()}}

{valid = Yes, activities = 0xa0, repeats = Yes, order = 2147483647, callout = _wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler (0x1020e07ce), context = {type = mutable-small, count = 0, values = ()}}

第一个Observer会监听RunLoop的进入，它会回调objc_autoreleasePoolPush()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的进入休眠个即将退出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。
主线程的其他操作通常均在这个AutoreleasePool之内（main函数中），以尽可能减少内存维护操作（如果需要显式释放【例如循环】时可以自己创建AutoreleasePool否则一般不需要自己创建）。
其实在应用程序启动后系统还注册了其他Observer（例如即将进入休眠时执行注册回调_UIGestureRecognizerUpdateObserver用于手势处理、回调为_ZN2CA11Transaction17observer_callbackEP19__CFRunLoopObservermPv的observer用于界面实时绘制更新）和多个Source1（例如context为CFMachPort的Source1用于接收硬件事件响应进而分发到应用程序一直到UIEvent）。

在主线程执行的代码，通常是写在诸如事件回调、Timer回调内的。这些回调会被RunLoop创建好的AutoreleasePool环绕着，所以不会出现内存泄漏，开发者也不必显示创建Pool了。

自动释放池的创建和释放，销毁的时机如下所示

• kCFRunLoopEntry // 进入runloop之前，创建一个自动释放池
• kCFRunloopBeforeWaiting // 休眠之前，销毁自动释放池，创建一个新的自动释放池
• kCFRunLoopExit // 退出RunLoop之前，销毁自动释放池

事件响应

苹果注册了一个Source1（基于mach port的）用来接收系统事件，其回调函数为__IOHIDEventSystemClientQueueCallback()。

当一个硬件事件(触摸/锁屏/摇晃等)发生之后，首先由IOKit.framework生成一个IOHIDEvent事件并由SpringBoard接收。SpringBoard只接收按键（锁屏/静音等）触摸，加速，接近传感器等几种Event，随后用mach port转发给需要的App进程。随后苹果注册的那个Source1就会触发回调，并调用_UIApplicationHandleEventQueue()进行应用内部的分发。

_UIApplicationHandleEventQueue()会把IOHIDEvent处理并包装成UIEvent进行处理或分发，其中包括识别UIGesture/处理屏幕旋转/发送给UIWindow等。通常事件比如UIButton点击、touchesBegin/Move/End/Cancel事件都是这个回调完成的。

手势识别

当上面的_UIApplicationHandleEventQueue()识别了一个手势时，其首先会调用Cancel将当前的touchesBegin/Move/End系列回调打断。随后系统将对应的UIGestureRecognizer标记为待处理。

苹果注册了一个Observer监测BeforeWaiting（Loop即将进入休眠）事件，这个Observer的回调函数是_UIGestureRecognizerUpdateObserver()，其内部会获取所有刚被标记为待处理的GestureRecognizer，并执行GestureRecognizer的回调。

当有UIGestureRecognizer的变化（创建/销毁/状态改变）时，这个回调会进行相应处理。

UI更新

如果打印App启动之后的主线程RunLoop可以发现另外一个callout为_ZN2CA11Transaction17observer_callbackEP19__CFRunLoopObservermPv的Observer，这个监听专门负责UI变化后的更新，比如修改了frame、调整了UI层级（UIView/CALayer）或者手动设置了setNeedsDisplay/setNeedsLayout之后就会将这些操作提交到全局容器。而这个Observer监听了主线程RunLoop的即将进入休眠和退出状态，一旦进入这两种状态则会遍历所有的UI更新并提交进行实际绘制更新。

这个函数内部的调用栈大概是这样的：

_ZN2CA11Transaction17observer_callbackEP19__CFRunLoopObservermPv()
    QuartzCore:CA::Transaction::observer_callback:
        CA::Transaction::commit();
            CA::Context::commit_transaction();
                CA::Layer::layout_and_display_if_needed();
                    CA::Layer::layout_if_needed();
                        [CALayer layoutSublayers];
                            [UIView layoutSubviews];
                    CA::Layer::display_if_needed();
                        [CALayer display];
                            [UIView drawRect];

通常情况下这种方式是完美的，因为除了系统的更新，还可以利用setNeedsDisplay等方法手动触发下一次RunLoop运行的更新。但如果当前正在执行大量的逻辑运算可能UI的更新就会比较卡，因此facebook推出了AsyncDisplayKit来解决这个问题。AsyncDisplayKit其实是将UI排版和绘制运算尽可能放到后台，将UI的最终更新操作放到主线程（这一步也必须在主线程完成），同时提供一套类UIView或CALayer的相关属性，尽可能保证开发者的开发习惯。这个过程中AsyncDisplayKit在主线程RunLoop中增加了一个Observer监听即将进入休眠和退出RunLoop两种状态，收到回调时遍历队列中的待处理任务一一执行。

NSURLConnection

一旦启动NSURLConnection以后就会不断调用delegate方法接收数据，这样一个连续的动作正是基于RunLoop来进行的。
一旦NSURLConnection设置了delegate会创建一个线程com.apple.NSURLConnectionLoader，同时内部启动RunLoop并在NSDefaultMode模式下添加4个Source0。其中CFHTTPCookieStorage用于处理cookie，CFMultiplexerSource负责各种delegate回调并在回调用唤醒delegate内部的RunLoop（通常是主线程）来执行实际操作。
早期版本的AFNetworking库也是基于NSURLConnection实现，为了能够在后台接收delegate回调AFNetworking内部创建了一个空的线程并启动了RunLoop，当需要使用这个后台线程执行任务时AFNetworking通过performSelector:onThread: 将这个任务放到后台线程的RunLoop中。
当调用了performSelector:onThread:时，实际上其会创建一个Timer加到对应的线程去，同样的，如果对应线程没有RunLoop该方法也会失效。

GCD和RunLoop的关系

在RunLoop的源代码中可以看到用到了GCD的相关内容，但是RunLoop本身和GCD并没有直接的关系。当调用了dispatch_async(dispatch_get_main_queue(),<#^(void)block#>)时libDispatch会向主线程RunLoop发送消息唤醒RunLoop，RunLoop从消息中获取block，并且在CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE回调里执行这个block。不过这个操作仅限于主线程，其他线程dispatch操作是全部由libDispatch驱动的。

滚动的ScrollView导致定时器失效

在界面上有一个UIScrollView控件，如果此时还有一个定时器在执行一个事件，你会发现当你滚动ScrollView的时候定时器会失效。
因为当你滚动ScrollView的时候，RunLoop会切换到UITrackingRunLoopMode模式，而定时器运行在defaultMode下面，系统一次只能处理一种模式RunLoop，所以导致defaultMode下的定时器失效。
解决办法：

• 把timer注册到NSRunLoopCommonModes，它包含了defaultMode和trackingMode两种模式。

[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];

• 使用GCD创建定时器，GCD创建的定时器不会受RunLoop的影响。

图片下载

由于图片渲染到屏幕需要消耗较多资源，为了提高用户体验，当用户滚动TableView的时候，只在后台下载图片，但是不显示图片，当用户停下来的时候才显示图片

[self.imageView performSelector:@selector(setImage:) withObject:[UIImage imageNamed:@"imgName"] afterDelay:3.0 inModes:@[NSDefaultRunLoopMode]];

上面的代码可以达到如下效果：
用户点击屏幕，在主线程中，三秒之后显示图片，但是当用户点击屏幕后，如果此用户又开始滚动textView，那么就算过了三秒，图片也不会显示出来，当用户停止了滚动，才会显示图片。
这是因为限定了方法setImage只能在NSDefaultRunLoopMode模式下使用。而滚动textView的时候，程序运行在tracking模式下面，所以方法setImage不会执行。

常驻线程

需要创建一个在后台一直存在的程序，来做一些需要频繁处理的任务。比如检测网络状态等。

默认情况一个线程创建出来，运行完要做的事情，线程就会消亡。而程序启动的时候，就创建的主线程已经加入到RunLoop，所以主线程不会消亡。

这个时候我们就需要把自己创建的线程加到RunLoop中来，就可以实现线程常驻后台。

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    self.thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];
    [self.thread start];
}

- (void)run
{
    NSLog(@"----------run----%@", [NSThread currentThread]);
    @autoreleasepool{
    /*如果不加这句，会发现runloop创建出来就挂了，因为runloop如果没有CFRunLoopSourceRef事件源输入或者定时器，就会立马消亡。
      下面的方法给runloop添加一个NSport，就是添加一个事件源，也可以添加一个定时器，或者observer，让runloop不会挂掉*/
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:[NSPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
    
    // 方法1 ,2，3实现的效果相同，让runloop无限期运行下去
    [[NSRunLoop currentRunLoop] run];
   }

    
    // 方法2
    [[NSRunLoop currentRunLoop] runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate:[NSDate distantFuture]];
    
    // 方法3
    [[NSRunLoop currentRunLoop] runUntilDate:[NSDate distantFuture]];
    
    NSLog(@"---------");
}

- (void)test
{
    NSLog(@"----------test----%@", [NSThread currentThread]);
}

- (void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event
{
    [self performSelector:@selector(test) onThread:self.thread withObject:nil waitUntilDone:NO];
}

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    self.thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run) object:nil];
    [self.thread start];
}
- (void)run
{
    [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:2.0 target:self selector:@selector(test) userInfo:nil repeats:YES];
    
    [[NSRunLoop currentRunLoop] run];
}

如果没有实现添加NSPort或者NSTimer，会发现执行完run方法，线程就会消亡，后续再执行touchbegin方法失效。
我们必须保证线程不会消亡，才可以在后台接受时间处理。
RunLoop启动前内部必须要有至少一个Timer/Observer/Source，所以在[runLoop run]之前先创建一个新的NSMachPort添加进去了。通常情况下，调用这需要有这个NSMachPort(mach_port)并在外部线程通过这个port发送消息到RunLoop内，但此处添加port只是为了让RunLoop不至于退出，并没有用于实际的发送消息。
可以发现执行完了run方法，这个时候再点击屏幕，可以不断执行test方法，因为线程self.thread一直常驻后台，等待事件加入其中，然后执行。

观察事件状态，优化性能

实现cell高度缓存计算，因为任务需要在最无感知的时刻进行，所以应该同时满足：

• RunLoop处于“空闲”状态Mode
• 当这一次RunLoop迭代处理完成了所有事件，马上要休眠时

CFRunLoopRef runLoop = CFRunLoopGetCurrent();
CFStringRef runLoopMode = kCFRunLoopDefaultMode;
CFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreateWithHandler(kCFAllocatorDefault, kCFRunLoopBeforeWaiting, true, 0, ^(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity _)) {
    // TODO here
});
CFRunLoopAddObserver(runLoop, observer, runLoopMode);
// 在其中的 TODO 位置，就可以开始任务的收集和分发了，当然，不能忘记适时的移除这个 observer