深入浅出 RunLoop（二）：数据结构

RunLoop 系列文章

深入浅出 RunLoop（一）：初识
深入浅出 RunLoop（二）：数据结构
深入浅出 RunLoop（三）：事件循环机制
深入浅出 RunLoop（四）：RunLoop 与线程
深入浅出 RunLoop（五）：RunLoop 与 NSTimer
iOS - 聊聊 autorelease 和 @autoreleasepool：RunLoop 与 @autoreleasepool

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目录

• CFRunLoopRef
• CFRunLoopModeRef
  RunLoop 的常见模式
  CFRunLoopModeRef 这样设计有什么好处？Runloop为什么会有多个 Mode？
• CFRunLoopSourceRef
• CFRunLoopTimerRef
• CFRunLoopObserverRef

CFRunLoopRef

RunLoop对象的底层就是一个CFRunLoopRef结构体，它里面存储着：

• _pthread：RunLoop与线程是一一对应关系
• _commonModes：存储着 NSString 对象的集合（Mode 的名称）
• _commonModeItems：存储着被标记为通用模式的Source0/Source1/Timer/Observer
• _currentMode：RunLoop当前的运行模式
• _modes：存储着RunLoop所有的 Mode（CFRunLoopModeRef）模式

// CFRunLoop.h
typedef struct __CFRunLoop * CFRunLoopRef;
// CFRunLoop.c
struct __CFRunLoop {
    pthread_t _pthread;  // 与线程一一对应
    CFMutableSetRef _commonModes;
    CFMutableSetRef _commonModeItems;
    CFRunLoopModeRef _currentMode;
    CFMutableSetRef _modes;
    ...
};

CFRunLoopModeRef

• 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；
• RunLoop启动时只能选择其中一个 Mode，作为 currentMode；
• 如果需要切换 Mode，只能退出当前 Loop，再重新选择一个 Mode 进入，切换模式不会导致程序退出；
• 不同 Mode 中的Source0/Source1/Timer/Observer能分隔开来，互不影响；
• 如果 Mode 里没有任何Source0/Source1/Timer/Observer，RunLoop会立马退出。

// CFRunLoop.h
typedef struct __CFRunLoopMode *CFRunLoopModeRef;
// CFRunLoop.c
struct __CFRunLoopMode {
    CFStringRef _name;             // mode 类型，如：NSDefaultRunLoopMode
    CFMutableSetRef _sources0;     // CFRunLoopSourceRef
    CFMutableSetRef _sources1;     // CFRunLoopSourceRef
    CFMutableArrayRef _observers;  // CFRunLoopObserverRef
    CFMutableArrayRef _timers;     // CFRunLoopTimerRef
    ...
};

RunLoop 的常见模式

ModeName	描述
NSDefaultRunLoopMode / KCFRunLoopDefaultMode	默认模式
UITrackingRunLoopMode	界面追踪模式，用于 ScrollView 追踪触摸滑动，保证界面滑动时不受其他 Mode 影响；
NSRunLoopCommonModes / KCFRunLoopCommonModes	通用模式（默认包含 KCFRunLoopDefaultMode 和 UITrackingRunLoopMode） 该模式不是实际存在的一种模式，它只是一个特殊的标记，是同步Source0/Source1/Timer/Observer到多个 Mode 中的技术方案。被标记为通用模式的Source0/Source1/Timer/Observer都会存放到 _commonModeItems 集合中，会同步这些Source0/Source1/Timer/Observer到多个 Mode 中。

备注：

• NSDefaultRunLoopMode和NSRunLoopCommonModes属于Foundation框架；
• KCFRunLoopDefaultMode和KCFRunLoopCommonModes属于Core Foundation框架；
• 前者是对后者的封装，作用相同。

CFRunLoopModeRef 这样设计有什么好处？Runloop为什么会有多个 Mode？

• Mode 做到了屏蔽的效果，当RunLoop运行在 Mode1 下面的时候，是处理不了 Mode2 的事件的；
• 比如NSDefaultRunLoopMode默认模式和UITrackingRunLoopMode滚动模式，滚动屏幕的时候就会切换到滚动模式，就不用去处理默认模式下的事件了，保证了 UITableView 等的滚动顺畅。

CFRunLoopSourceRef

• 在RunLoop中有两个很重要的概念，一个是上面提到的模式，还有一个就是事件源。事件源分为输入源（Input Sources）和定时器源（Timer Sources）两种；
• 输入源（Input Sources）又分为Source0和Source1两种，以下__CFRunLoopSource中的共用体union中的version0和version1就分别对应Source0和Source1。

// CFRunLoop.h
typedef struct __CFRunLoopSource * CFRunLoopSourceRef;
// CFRunLoop.m
struct __CFRunLoopSource {
    CFRuntimeBase _base;
    uint32_t _bits;
    pthread_mutex_t _lock;
    CFIndex _order;                         /* immutable */
    CFMutableBagRef _runLoops;
    union {
        CFRunLoopSourceContext version0;    /* immutable, except invalidation */
        CFRunLoopSourceContext1 version1;   /* immutable, except invalidation */
    } _context;
};

Source0 和 Source1 的区别：

Input Sources	区别
Source0	需要手动唤醒线程：添加Source0到RunLoop并不会主动唤醒线程，需要手动唤醒） ① 触摸事件处理 ② performSelector:onThread:
Source1	具备唤醒线程的能力 ① 基于 Port 的线程间通信 ② 系统事件捕捉：系统事件捕捉是由Source1来处理，然后再交给Source0处理

CFRunLoopTimerRef

• CFRunloopTimer和NSTimer是 toll-free bridged 的，可以相互转换；
• performSelector:withObject:afterDelay:方法会创建timer并添加到RunLoop中。

// CFRunLoop.h
typedef struct CF_BRIDGED_MUTABLE_TYPE(NSTimer) __CFRunLoopTimer * CFRunLoopTimerRef;
// CFRunLoop.c
struct __CFRunLoopTimer {
    CFRuntimeBase _base;
    uint16_t _bits;
    pthread_mutex_t _lock;
    CFRunLoopRef _runLoop;           // 添加该 timer 的 RunLoop
    CFMutableSetRef _rlModes;        // 所有包含该 timer 的 modeName
    CFAbsoluteTime _nextFireDate;
    CFTimeInterval _interval;        /* immutable 理想时间间隔 */    
    CFTimeInterval _tolerance;       /* mutable 时间偏差 */  
    uint64_t _fireTSR;               /* TSR units */
    CFIndex _order;                  /* immutable */
    CFRunLoopTimerCallBack _callout; /* immutable 回调入口 */
    CFRunLoopTimerContext _context;  /* immutable, except invalidation */
};

CFRunLoopObserverRef

作用

• CFRunLoopObserverRef用来监听RunLoop的 6 种活动状态

/* Run Loop Observer Activities */
typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
    kCFRunLoopEntry = (1UL << 0),          // 即将进入 RunLoop
    kCFRunLoopBeforeTimers = (1UL << 1),   // 即将处理 Timers
    kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2),  // 即将处理 Sources
    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 RunLoop
    kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU  // 表示以上所有状态
};

• UI 刷新（BeforeWaiting）
• Autorelease pool（BeforeWaiting）

定义

// CFRunLoop.h
typedef struct __CFRunLoopObserver * CFRunLoopObserverRef;
// CFRunLoop.c
struct __CFRunLoopObserver {
    CFRuntimeBase _base;
    pthread_mutex_t _lock;
    CFRunLoopRef _runLoop;              // 添加该 observer 的 RunLoop
    CFIndex _rlCount;
    CFOptionFlags _activities;          /* immutable 监听的活动状态 */
    CFIndex _order;                     /* immutable */
    CFRunLoopObserverCallBack _callout; /* immutable 回调入口 */
    CFRunLoopObserverContext _context;  /* immutable, except invalidation */
};

CFRunLoopObserverRef中的_activities用来保存RunLoop的活动状态。当RunLoop的状态发生改变时，通过回调_callout通知所有监听这个状态的Observer。

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