RunLoop

RunLoop的核心，主要是涉及到用户态和内核态的切换（mach_msg()）。

基本作用

保持程序运行（main()的UIApplicationMain函数中会启动主线程的Runloop）

处理事件（触摸、Timer）

节省CPU资源，提高性能（切换到内核态，休眠线程，等待事件/消息）

CFRunloopRef 对象

typedef struct __CFRunloop *CFRunLoopRef;

__CFRunloop属性：pthread-与线程一一对应；commonModes-模式名称的字符串集合；commonModeItems-通用模式下的事件源：Source01、Timer、Observer（Items一个都没有则直接退出Runloop）；currentMode-当前模式；modes-Runloop中所有mode（default，tracking，common等）

Runloop对象的获取

_CFRunLoopGetMain & _CFRunLoopGetCurrent

__CFRunLoopGet(pthread_t thread) { OSSpinLockLock(&lock) 自旋锁； 

第一次进入，初始化loopsDic，并为主线程创建一个Runloop(_CFRunLoopCreate())； 

CFDictionaryGetValue(loopsDic，thread)，根据thread获取CFRunloopRef；

取不到就创建一个，CFDictionarySetValue，并注册回调销毁线程时顺便销毁对应的Runloop；

OSSpinUnLock(&lock)自旋锁结束；}

CFRunLoopModeRef 模式

一个Runloop包含几个mode（但每次只能启动一个，所以互不影响），一个mode包含name，source0/1，timer、observer等若干事件源和监听，mode中没有事件源Runloop会马上退出。

tracking下不去处理default中的source，做到了屏蔽效果，保证了trackingmode下，滚动的顺畅。

CommonModes：所有mode都可以标记为Common，每当Runloop内容发生变化时，自动将_commonModeItems同步到所有带有标记的Mode下（预置的default和track已被标记为common）。

例：把timer加入CommonModeItems自动更新同步到default和track，解决滚动时NSTimer不回调的问题。

管理mode只有两个方法：addCommonMode（只能增加不能删除）和RunInMode。

mode中的事件源和活动状态

CFRunLoopSourceRef 输入源（结构体union中的version0/1分别对应Source0/1）

Source0，只有一个回调指针（添加0到Runloop不会自动唤醒线程需手动wakeup，如触摸事件？、performSeletor: thread等）；

Source1，有一个mach-port和一个回调指针（基于Port的线程通信、系统事件捕捉）

CFRunLoopTimerRef 定时器源

和NSTimer是toll-free-bridge桥接的，包含一个时间长度和一个回调，加入到Runloop时会注册对应的时间点，到点唤醒；performSeletor: afterDelay（本质也是创建一个NSTimer加到Runloop中）。

CFRunLoopObserverRef 活动状态

__CFRunLoopObserver结构体中的_activities（CFOptionFlags，6种状态如下）保存了当前mode的活动状态，状态发生改变时，通过结构体中的_callout回调（CFRunLoopObserverCallBack）通知状态的观察者。

Entry 即将进入

BeforeTimers //即将处理Timers

BeforeSource //即将处理Sources

BeforeWaiting //即将入休眠（UI刷新和AutoreleasePool执行的触发状态）

AfterWaiting //刚从休眠中唤醒

Exit //即将退出

mode管理item的接口有6个，add和remove各3个分别对应以上3个事件源。CFRunLoopAddSource/Timer/Obsever(rl, item, modeName)，如果modeName没有则会创建一个。

RunLoop的内部逻辑：事件循环机制

主线程Runloop的启动过程  通过设置断点，LLDB中输入指令bt查看调用栈，发现UIApplicationMain函数中调用了CFRunLoopSpecific（RunLoop的入口）。

CFRunLoopSpecific的实现

→ currentMode = __CFRunLoopFindMode(rl, modeName, false)（找本次mode，找不到或mode中没有任何事件则直接Finished）

→ __CFRunLoopDoObservers(rl, currentModel, Entry)（即将进入的通知）

→ result = __CFRunLoopRun(rl, currentModel, seconds, returnAfterSourceHandled, previousMode)

→ __CFRunLoopDoObservers(rl, currentMode, Exit)（即将退出的通知）

__CFRunLoopRun(rl, mode, seconds, handler, previousMode)的实现

→ __CFRunLoopDoObservers(rl, rlm, BeforeTimers)、(rl, rlm, BeforeSources); __CFRunLoopDoBlocks(rl, rlm);（发出即将处理Tmers，Sources的通知，响应Blocks）

→ __CFRunLoopDoSources0，__CFRunLoopDoBlocks（处理Sources0，并响应blocks）

→ 判断如果有Source1则goto handle_msg（处理source1的逻辑）

→ __CFRunLoopDoObservers(rl, rlm, BeforeWaiting)（发出即将进入休眠的通知）→ __CFRunLoopSetSleeping(rl); 

→ __CFRunLoopServiceMachPort（正式进入休眠，并等待消息来唤醒线程）

注：休眠时，其中调用了mach_msg函数从用户态切换到了内核态，等待消息，避免CUP资源占用。有消息处理时，立刻唤醒线程，调用mach_msg切回用户态。

handle_msg的实现：

→ int retVal = 0，do-while循环

→ __CFRunLoopDoTimers，__CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__，__CFRunLoopDoSource1（被谁唤醒就处理谁）

→ __CFRunLoopDoBlocks（处理Block）

→ __CFRunLoopModeIsEmpty ? retVal = kCFRunLoopRunFinished;（根据判断条件，标记kCFRunLoopRunHandledSource=4、TimedOut=3、Stopped=2、Finished=1等返回值，return retVal (!=0)）

总结：__CFRunLoopRun方法内部的逻辑，先发出即将处理事件源Timer/Sources的通知，doBlocks，处理Source0和Source1(如果有，跳转handle_msg)，发出即将进入休眠的通知，machPort转移控制权到内核态，并sleep进入休眠。最后Afterwaiting从休眠中唤醒的通知，开始新一轮。

Runloop与线程

1、与线程一一对应，保存在全局的Dict中，线程(pthread)为key，runloop为value；

2、runloop为线程保活否则线程执行完任务就会退出（主线程执行完main()程序也会退出）；

3、runloop创建时机：线程刚创建时没有，第一次CFDictionaryGetValue获取它的时候创建（主线程在UIApplicationMain函数中通过[NSRunLoop currentRunLoop]自动创建，子线程默认没有开启runloop）；

4、销毁时机：线程结束时销毁。创建一个线程（子线程）并执行Test任务，[thread start]后线程会被销毁；runloop注册时会同时注册销毁的回调，当线程被销毁时执行。

5、常驻子线程：为子线程创建Runloop（addPort+addSource添加事件来维持循环→[run] / [runMode beforeDate]启动，注意，run和runUntilDate会永久运行，stop也无法停止），runMode:beforeDate可以用stop退出：在performSelector: onThread中，执行CFRunLoopStop(CFRunLoopGetCurrent());。

添加Source事件源

CFMessagePortRef localPort = CFMessagePortCreateLocal(nil, CFSTR("com.example.app.port.server"), Callback, nil, nil);

CFRunLoopSourceRef runLoopSource = CFMessagePortCreateRunLoopSource(nil, localPort, 0);

CFRunLoopAddSource(CFRunLoopGetCurrent(), runLoopSource, kCFRunLoopCommonModes);

CF方法：创建port，创建source，addSource到currentRunLoop

NS方法：[[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:[[NSPort alloc] init] forMode:NSDefaultRunLoopMode]; // 子线程，别忘了手动run/runMode

或使用信号量的方式

dispatch_semaphore_t sem；

sem = dispatch_semaphore_create(0)；

dispatch_semaphore_signal发送信号；

while(true)循环内dispatch_semaphore_wait(sem, -1)等待信号，并执行：

dispatch_block_t block = [actions firstObject]; if (block) { [actions removeObject: block]; block(); }

6、GCD：dispatch_async(main)时，libDispatch会向主线程的RunLoop发消息，RunLoop会被唤醒并从消息中取得要执行的任务的block，并在回调中执行这个block。

注：此逻辑只限于dispatch到主线程，其他线程仍是libDispatch自己处理的。

Runloop与NSTimer

NSTimer 其实就是 CFRunLoopTimerRef，他们之间是toll-free bridged（等价桥接）的。

原理：在重复的时间点注册事件，RunLoop为了节省资源不会非常准确的回调（Tolerance宽容度，允许的时间误差）。

1、子线程上使用定时器：[[NSRunLoop currentRunLoop] run]，手动启动子线程Runloop（invalidate时也要在子线程）；

2、解决NSTimer在滚动时停止工作的问题：NSTimer默认加入DefaultMode，而滚动时的TrackingMode下，不会处理DefaultMode的消息，所以应设置为CommonMode，同步到所有mode包括Default和Tracking。

3、performSelector：afterDelay会内部创建一个Timer并加到当前线程的runloop中；onThread也会内部创建一个Timer并加到线程中。两种方法在当前线程没有启动Runloop时都会失效（如在未创建和启动Runloop的子线程中调用，回到1）

4、NSTimer的不准时：当RunLoop的任务繁重时，每次循环都会查看是否到达Timer设置的时间点，当循环时间过长时会导致超过Timer设置的时间，则不会延后执行回调而是等待下一个时间点。可以用GCD的定时器，不依赖Runloop直接与系统内核挂钩（dispatch_source_create→dispatch_source_set_timer→dispatch_source_set_event_handler→dispatch_resume）

注1：scheduledTimerWithTimeInterval自动添加到默认的mode下；timerWithTimeInterval不会添加到runloop中，需要手动添加并指定common模式，以避免滚动mode下停止工作的问题。

注2：NSTimer、CADisplayLink、dispatch_source_t的区别和优劣。

注3：CADisplayLink，和屏幕刷新率一致的定时器（内部实际是操作了一个Source），也需要添加到RunLoop，如果两次刷新之间有耗时任务，则会造成页面丢帧卡顿。

AutoreleasePool

主线程的RunLoop中注册了两个Observer：1、监听kCFRunLoopEntry，调用objc_autoreleasePoolPush创建自动释放池，优先级较高，保证在所有其他回调前；2、监听了kCFRunLoopBeforeWaiting，进入休眠前先调pop释放旧池再调push创建新池、和kCFRunLoopBeforeExit，调用pop释放自动释放池优先级低，保证在其他所有回调后。

主线程的代码一般是在事件/Timer回调内的，所以会被自动创建的autoreleasePool环绕，不会出现内存泄漏。但有些情况下比如for循环中创建大量临时对象，需要手动添加@autoreleasePool在下一次RunLoop前就处理这些对象。注：enumerateObjectsUsingBlock的容器循环内，默认添加了pool。

事件响应和手势识别

IOKit捕捉到事件后处理成IOHIDEvent通过mach port发送给SpringBoard，再通过mach port发送给当前前台运行的app，触发了app主线程RunLoop的Source1监听并触发Source0的回调，拿到了事件后，在回调内部封装为UIEvent（手势的封装和识别也在这一步），然后调用UIApplication的sendEvent传递给UIWindow，开始了事件的传递链，寻找最佳响应者。

事件的Source0回调中，处理事件时如果识别成Gesture手势，则标记手势对象为待处理，监听到BeforeWating事件时，会获取所有标记待处理的手势执行手势回调，每当手势变化时，都会进行update。

UI的绘制和刷新

更改frame、UI层级，或手动调用setNeedsLayout/Display后，UIView/CALayer将被标记为待处理并提交到全局容器中，在BeforeWaiting和Exit回调中执行一个callback函数，方法会遍历所有待处理的UI并执行绘制和调整，更新页面。

网络请求

网络请求接口的四层封装

1、CFSocket：最底层的接口，只负责Socket通信

2、CFNetwork：基于CFSocket的封装

3、NSURLConnection：基于CFNetwork的封装，面向对象，AFNetworking在这层

4、NSURLSession：iOS7新增，表面和3并列，底层实际还是用到了3部分功能，AFNetwork2，Alamofire在这层

NSURLConnection的工作原理：[connection start]，start函数会获取CurrentRunLoop，并在Default里CFRunLoopAddSource加4个Source0（参见RunLoop与线程中的5、创建常驻线程）。CFMultiplexerSource负责各种请求的回调，CFHTTPCookieStorage负责处理Cookie。

网络开始传输时，NSURLConnection创建了com.apple.CFSocket.private和com.apple.NSURLConnectionLoader两个新线程，CFSocket处理底层Socket连接发个Source1事件，NSURLConnectionLoader接收这个Source1（基于mach Port），并通过之前添加的Source0通知到上层delegate，唤醒回调线程的RunLoop，执行实际的回调。

AFNetwork

AFURLConnectionOperation：基于NSURLConnection，单独创建了一个线程并启动了一个RunLoop，以便在后台线程接收Delegate回调。

相关问题

RunLoop的基本作用

主线程RunLoop保持程序运行；处理事件/Timer；通过调用mach_msg转移线程控制权切换内核态，进入休眠，节省CPU资源。

Runloop对象的数据结构

一个RunLoop对象有多个mode，如defaultMode、trackMode和commonMode标记，每个mode可以处理多个source和Timer，回调多个Observer。

整个RunLoop机制的运行过程，哪些事件源可以唤醒RunLoop

Entry通知，RunLoop运行(source和timer通知，处理blocks，处理source0.1，然后handle_msg内执行dowhile循环，被谁唤醒处理timer，GCD，Source1)，Exit通知

获取RunLoop的两个方法和实现；管理Mode的两个方法和用处；管理ModeItem的6个方法和用处CFRunLoopGetMain/Current：从线程-RunLoop的字典中获取，获取不到就创建一个，并注册跟随线程销毁的回调。主线程会在UIApplicationMain中获取主线程RunLoop默认开启。

addCommonMode/runInMode方法：添加自定义mode和将事件或Timer放入指定mode。

CFRunLoopAddSource/Timer/Obsever(rl, item, modeName)，如果modeName没有则会创建一个。

RunLoop和线程的关系及生命周期，主线程创建RunLoop的过程，如何实现一个常驻子线程（线程保活）

与线程一一对应；主线程RunLoop会在Main函数时通过currentRunLoop创建并开启；

在子线程内addPort / addSource维持事件循环，run开启后常驻  或  使用信号量的方式：while(true)循环内执行dispatch_semaphore_wait(sem, -1)等待信号，收到信号执行block。

NSTimer的原理和劣势；有哪些添加NSTimer的方法，分别有什么问题；能在子线程上使用NSTimer吗；PerformSelector的原理

NSTimer和CFRunLoopTimerRef是toll-bridge的，注册时间点每次RunLoop时检查，为了性能有一定的宽容度，有耗时任务时将不会准时回调；scheduled开头的timer添加方法会加到defaultMode下，track时不回调，而timerWithTimeInterval不会加到RunLoop中，需要手动添加[[NSRunLoop mainRunLoop] addTimer: timer forMode:NSRunLoopCommonModes];。PerformSelector的onThread和afterDelay都是添加一个timer到runLoop中，子线程中不会默认启动。

主线程中是如何通过RunLoop添加AutoreleasePool的，子线程呢

监听Entry调用Push创建，BeforeWaiting的回调中Pop并再push一个新的，于是主线程代码中的对象被pool包围，不会内存泄露。子线程中，iOS7前需要手动开启，后来会通过自动创建hotPoolPaged把对象加入page。

RunLoop和UI刷新的关系（绘制计算和提交渲染的时机）

被标记需要刷新的UI会在BeforeWaiting/Exit的回调中，CPU计算处理提交GPU渲染。

RunLoop是如何接收系统事件（识别手势），并开启传递链的

IOKit，SpringBoard，分发给APP，通过mach port触发主线程Source1并执行Source0回调，内部处理成UIEvent，调用UIApplication的sendEvent发给UIWindow开始事件的传递。