RunLoop 原理
RunLoop 这个对象，在 iOS 里由 CFRunLoop 实现。简单来说，RunLoop 是用来监听输入源，进行调度处理的。这里的输入源可以是输入设备、网络、周期性或者延迟时间、异步回调。RunLoop 会接收两种类型的输入源：一种是来自另一个线程或者来自不同应用的异步消息；另一种是来自预订时间或者重复间隔的同步事件。
RunLoop 的目的是，当有事件要去处理时保持线程忙，当没有事件要处理时让线程进入休眠。所以，了解 RunLoop 原理不光能够运用到监控卡顿上，还可以提高用户的交互体验。通过将那些繁重而不紧急会大量占用 CPU 的任务（比如图片加载），放到空闲的 RunLoop 模式里执行，就可以避开在 UITrackingRunLoopMode 这个 RunLoop 模式时是执行。UITrackingRunLoopMode 是用户进行滚动操作时会切换到的 RunLoop 模式，避免在这个 RunLoop 模式执行繁重的 CPU 任务，就能避免影响用户交互操作上体验。
接下来，我就通过 CFRunLoop 的源码来跟你分享下 RunLoop 的原理吧。
第一步
通知 observers：RunLoop 要开始进入 loop 了。紧接着就进入 loop。代码如下：
//通知 observers
if (currentMode->_observerMask & kCFRunLoopEntry )
__CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopEntry);
//进入 loop
result = __CFRunLoopRun(rl, currentMode, seconds, returnAfterSourceHandled, previousMode);
第二步
开启一个 do while 来保活线程。通知 Observers：RunLoop 会触发 Timer 回调、Source0 回调，接着执行加入的 block。代码如下：
// 通知 Observers RunLoop 会触发 Timer 回调
if (currentMode->_observerMask & kCFRunLoopBeforeTimers)
__CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeTimers);
// 通知 Observers RunLoop 会触发 Source0 回调
if (currentMode->_observerMask & kCFRunLoopBeforeSources)
__CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeSources);
// 执行 block
__CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode);
接下来，触发 Source0 回调，如果有 Source1 是 ready 状态的话，就会跳转到 handle_msg 去处理消息。代码如下：
if (MACH_PORT_NULL != dispatchPort ) {
Boolean hasMsg = __CFRunLoopServiceMachPort(dispatchPort, &msg)
if (hasMsg) goto handle_msg;
}
第三步
回调触发后，通知 Observers：RunLoop 的线程将进入休眠（sleep）状态。代码如下：
Boolean poll = sourceHandledThisLoop || (0ULL == timeout_context->termTSR);
if (!poll && (currentMode->_observerMask & kCFRunLoopBeforeWaiting)) {
__CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeWaiting);
}
第四步
进入休眠后，会等待 mach_port 的消息，以再次唤醒。只有在下面四个事件出现时才会被再次唤醒：
-
基于 port 的 Source 事件；
-
Timer 时间到；
-
RunLoop 超时；
-
被调用者唤醒。
等待唤醒的代码如下：
do {
__CFRunLoopServiceMachPort(waitSet, &msg, sizeof(msg_buffer), &livePort) {
// 基于 port 的 Source 事件、调用者唤醒
if (modeQueuePort != MACH_PORT_NULL && livePort == modeQueuePort) {
break;
}
// Timer 时间到、RunLoop 超时
if (currentMode->_timerFired) {
break;
}
} while (1);
第五步
唤醒时通知 Observer：RunLoop 的线程刚刚被唤醒了。代码如下：
if (!poll && (currentMode->_observerMask & kCFRunLoopAfterWaiting))
__CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopAfterWaiting);
第六步
RunLoop 被唤醒后就要开始处理消息了：
-
如果是 Timer 时间到的话，就触发 Timer 的回调；
-
如果是 dispatch 的话，就执行 block；
-
如果是 source1 事件的话，就处理这个事件。
消息执行完后，就执行加到 loop 里的 block。代码如下：
handle_msg:
// 如果 Timer 时间到，就触发 Timer 回调
if (msg-is-timer) {
__CFRunLoopDoTimers(runloop, currentMode, mach_absolute_time())
}
// 如果 dispatch 就执行 block
else if (msg_is_dispatch) {
__CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__(msg);
}
// Source1 事件的话，就处理这个事件
else {
CFRunLoopSourceRef source1 = __CFRunLoopModeFindSourceForMachPort(runloop, currentMode, livePort);
sourceHandledThisLoop = __CFRunLoopDoSource1(runloop, currentMode, source1, msg);
if (sourceHandledThisLoop) {
mach_msg(reply, MACH_SEND_MSG, reply);
}
}
第七步
根据当前 RunLoop 的状态来判断是否需要走下一个 loop。当被外部强制停止或 loop 超时时，就不继续下一个 loop 了，否则继续走下一个 loop 。代码如下：
if (sourceHandledThisLoop && stopAfterHandle) {
// 事件已处理完
retVal = kCFRunLoopRunHandledSource;
} else if (timeout) {
// 超时
retVal = kCFRunLoopRunTimedOut;
} else if (__CFRunLoopIsStopped(runloop)) {
// 外部调用者强制停止
retVal = kCFRunLoopRunStopped;
} else if (__CFRunLoopModeIsEmpty(runloop, currentMode)) {
// mode 为空，RunLoop 结束
retVal = kCFRunLoopRunFinished;
}
整个 RunLoop 过程，我们可以总结为如下所示的一张图片。
RunLoop过程示意图.png
这里只列出了 CFRunLoop 的关键代码，完整代码查看 https://opensource.apple.com/source/CF/CF-1153.18/CFRunLoop.c.auto.html
loop 的六个状态
通过对 RunLoop 原理的分析，我们可以看出在整个过程中，loop 的状态包括 6 个，其代码定义如下：
typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
kCFRunLoopEntry , // 进入 loop
kCFRunLoopBeforeTimers , // 触发 Timer 回调
kCFRunLoopBeforeSources , // 触发 Source0 回调
kCFRunLoopBeforeWaiting , // 等待 mach_port 消息
kCFRunLoopAfterWaiting ), // 接收 mach_port 消息
kCFRunLoopExit , // 退出 loop
kCFRunLoopAllActivities // loop 所有状态改变
}
如果 RunLoop 的线程，进入睡眠前方法的执行时间过长而导致无法进入睡眠，或者线程唤醒后接收消息时间过长而无法进入下一步的话，就可以认为是线程受阻了。如果这个线程是主线程的话，表现出来的就是出现了卡顿。
所以，如果我们要利用 RunLoop 原理来监控卡顿的话，就是要关注这两个阶段。RunLoop 在进入睡眠之前和唤醒后的两个 loop 状态定义的值，分别是 kCFRunLoopBeforeSources 和 kCFRunLoopAfterWaiting ，也就是要触发 Source0 回调和接收 mach_port 消息两个状态。
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