一、RunLoop概念

RunLoop是通过内部维护的事件循环(Event Loop)来对事件/消息进行管理的一个对象。

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

为什么main函数不会退出？

int main(int argc, char * argv[]) {

    @autoreleasepool {

        return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));

    }

}

UIApplicationMain内部默认开启了主线程的RunLoop，并执行了一段无限循环的代码

二、RunLoop的数据结构

NSRunLoop(Foundation)是CFRunLoop(CoreFoundation)的封装，提供了面向对象的API RunLoop 相关的主要涉及五个类：

1. CFRunLoop

CFRunLoop：RunLoop对象
CFRunLoopMode：运行模式
CFRunLoopSource：输入源/事件源
CFRunLoopTimer：定时源
CFRunLoopObserver：观察者

2. CFRunLoopMode

由name、source0、source1、observers、timers构成

3. CFRunLoopSource

分为source0和source1两种

source0: 即非基于port的，也就是用户触发的事件。需要手动唤醒线程，将当前线程从内核态切换到用户态
source1: 基于port的，包含一个 mach_port 和一个回调，可监听系统端口和通过内核和其他线程发送的消息，能主动唤醒RunLoop，接收分发系统事件。具备唤醒线程的能力

4. CFRunLoopTimer

基于时间的触发器，基本上说的就是NSTimer。在预设的时间点唤醒RunLoop执行回调。因为它是基于RunLoop的，因此它不是实时的（就是NSTimer 是不准确的。因为RunLoop只负责分发源的消息。如果线程当前正在处理繁重的任务，就有可能导致Timer本次延时，或者少执行一次）。

5. CFRunLoopObserver

监听以下时间点:CFRunLoopActivity

kCFRunLoopEntry
RunLoop准备启动
kCFRunLoopBeforeSources
RunLoop将要处理一些Source事件
kCFRunLoopBeforeWaiting
RunLoop将要进行休眠状态,即将由用户态切换到内核态
kCFRunLoopAfterWaiting RunLoop被唤醒，即从内核态切换到用户态后
kCFRunLoopExit RunLoop 退出
kCFRunLoopAllActivities 监听所有状态

6. 各数据结构之间的联系

线程和RunLoop一一对应， RunLoop和Mode是一对多的，Mode和source、timer、observer也是一对多的

三、RunLoop的Mode

关于Mode首先要知道一个RunLoop 对象中可能包含多个Mode，且每次调用 RunLoop 的主函数时，只能指定其中一个 Mode(CurrentMode)。切换 Mode，需要重新指定一个 Mode 。主要是为了分隔开不同的 Source、Timer、Observer，让它们之间互不影响。

当RunLoop运行在Mode1上时，是无法接受处理Mode2或Mode3上的Source、Timer、Observer事件的

总共是有五种CFRunLoopMode:

kCFRunLoopDefaultMode：默认模式，主线程是在这个运行模式下运行
UITrackingRunLoopMode：跟踪用户交互事件（用于 ScrollView 追踪触摸滑动，保证界面滑动时不受其他Mode影响）
UIInitializationRunLoopMode：在刚启动App时第进入的第一个 Mode，启动完成后就不再使用
GSEventReceiveRunLoopMode：接受系统内部事件，通常用不到
kCFRunLoopCommonModes：伪模式，不是一种真正的运行模式，是同步Source/Timer/Observer到多个Mode中的一种解决方案

四、RunLoop的实现机制

对于RunLoop而言最核心的事情就是保证线程在没有消息的时候休眠，在有消息时唤醒，以提高程序性能。RunLoop这个机制是依靠系统内核来完成的（苹果操作系统核心组件Darwin中的Mach）。

RunLoop通过mach_msg()函数接收、发送消息。它的本质是调用函数mach_msg_trap()，相当于是一个系统调用，会触发内核状态切换。在用户态调用 mach_msg_trap()时会切换到内核态；内核态中内核实现的mach_msg()函数会完成实际的工作。即基于port的source1，监听端口，端口有消息就会触发回调；而source0，要手动标记为待处理和手动唤醒RunLoop

Mach消息发送机制大致逻辑为：
1、通知观察者 RunLoop 即将启动。
2、通知观察者即将要处理Timer事件。
3、通知观察者即将要处理source0事件。
4、处理source0事件。
5、如果基于端口的源(Source1)准备好并处于等待状态，进入步骤9。
6、通知观察者线程即将进入休眠状态。
7、将线程置于休眠状态，由用户态切换到内核态，直到下面的任一事件发生才唤醒线程。

一个基于 port 的Source1 的事件(图里应该是source0)。
一个 Timer 到时间了。
RunLoop 自身的超时时间到了。
被其他调用者手动唤醒。

8、通知观察者线程将被唤醒。
9、处理唤醒时收到的事件。

如果用户定义的定时器启动，处理定时器事件并重启RunLoop。进入步骤2。
如果输入源启动，传递相应的消息。
如果RunLoop被显示唤醒而且时间还没超时，重启RunLoop。进入步骤2
10、通知观察者RunLoop结束。

RunLoop