iOS底层Runloop

RunLoop介绍
RunLoop是与线程相关的基本基础结构的一部分。RunLoop直译为运行循环，是线程内用于运行事件处理以响应传入事件的一个循环。RunLoop的作用就是为了在有事件到达时唤醒线程以处理各种事件(如touch事件，计时器，performSelector等)，事件处理完让线程进入休眠以节省cpu资源。

RunLoop与线程是一一对应的，主线程的Runloop默认是开启，子线程需要手动开启。为什么perfromSelector:withObject:afterDelay:在子线程为什么不好使？原因就是该方法会在当前线程的RunLoop的defaultMode下添加一个Timer，而子线程RunLoop没有开启，因此RunLoop会直接退出不会执行，可以在这个方法后面使用[[[NSRunLoop currentRunLoop] run];手动开启解决。

---

RunLoop Modes
RunLoop有多种Mode，Mode是Input sources、Timer sources和Observers的集合。RunLoop在同一时刻只能在一种Mode下运行，并且只有在该Mode下的事件才能被处理，只有该Mode下的观察者才会被发送通知。苹果定义的常见Mode有五种：

• NSDefaultRunLoopMode：它是默认的，通常情况下都是在这个模式下运行
• NSConnectionReplyMode：用来监控NSConnection对象的回复的，很少能够用到
• NSModalPanelRunLoopMode：用于标明和Mode Panel相关的事件
• NSEventTrackingRunLoopMode：用于跟踪触摸事件触发的模式
• NSRunLoopCommonModes：这是一个可配置的模式，默认会包含default、modal、track三种，添加到这种模式下的事件在它包含的mode中都可以被处理，另外还可以使用CFRunLoopAddCommonMode函数添加自定义模式。

---

RunLoop 输入源
RunLoop从两种不同的源接收事件，分别是Input sources和Timer sources。Input sources传递异步事件，通常是来自其他线程或其他应用程序；Timer sources传递同步事件，以预定时间或重复间隔触发。这两种类型的源在事件到达时会使用特定的handler来处理事件。下图是苹果介绍Runloop与输入源的经典结构图

Runloop与输入源结构图

• Port-Based Sources：Cocoa中可以简单的创建一个NSPort对象添加到RunLoop，port对象会处理所需输入源的创建和配置；而在CoreFoundation中，必须手动创建端口及其运行循环源。
• Custom Input Sources：自定义输入源必须要使用CoreFoundation中的CFRunLoopSourceRef相关联的函数
• Cocoa Perform Selector Sources：使用NSObject提供的performSelector方法
• Timer Sources：使用NSTimer或CFRunLoopTimer创建，Timer会有预定的时间触发，若为重复定时器，那么将会在指定的次数*时间间隔后执行，哪怕是被延迟。如果触发时间延迟太多以致错过了一个或多个预定的触发时间，则计时器在错过的时间段内只触发一次，之后将被重新安排为下一个计划的触发时间。

RunLoop除了处理输入源之外，还可以为RunLoop的行为生成了一些通知，为这些通知添加观察者就可以在线程上做一些其他处理，注册观察者的api在Core Foundation框架中。如使用通过监听RunLoop的状态变化来监测主线程是否发生了卡顿。RunLoop Observer的几种状态：

/* Run Loop Observer Activities */
typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
    kCFRunLoopEntry = (1UL << 0),//启动
    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),//休眠状态 等待被唤醒
    kCFRunLoopExit = (1UL << 7),//退出
    kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU //所有状态集合
};

RunLoop结构图

---

RunLoop原理

查看RunLoop的run底层源码，当CFRunLoopRunResult不等于stopped和finished时会执行do...while循环，调用CFRunLoopRunSpecific()函数

typedef CF_ENUM(SInt32, CFRunLoopRunResult) {
    kCFRunLoopRunFinished = 1,
    kCFRunLoopRunStopped = 2,
    kCFRunLoopRunTimedOut = 3,
    kCFRunLoopRunHandledSource = 4
};

void CFRunLoopRun(void) {    /* DOES CALLOUT */
    int32_t result;
    do {
        result = CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopGetCurrent(), kCFRunLoopDefaultMode, 1.0e10, false);
        CHECK_FOR_FORK();
    } while (kCFRunLoopRunStopped != result && kCFRunLoopRunFinished != result);
}

可以看出主要逻辑就在CFRunLoopRunSpecific()函数中，其内部主要逻辑为

• 首先根据modeName找到对应的mode
• 通知Observers，RunLoop即将进入kCFRunLoopEntry
• 进入循环，调用核心函数__CFRunLoopRun()
• 通知Observers，RunLoop即将退出kCFRunLoopExit

核心函数__CFRunLoopRun()内部循环处理流程

• 0 启动一个10^10的计时器，并开启循环
• 1 通知Observers：将要处理Timers事件
• 2 通知Observers：将要处理Source0事件
• 3 执行所有准备就绪的Source0
• 4 如果有Source1准备就绪，立即开始处理Source1
• 5 通知Observers：线程即将进入休眠
• 6 休眠，等待唤醒
• 7 休眠中被唤醒kCFRunLoopAfterWaiting，若为Timers则执行1，若为source1则执行4，若为GCD则执行GCD回调函数，若被其他调用者手动唤醒，则继续从1开始循环
• 8 事件被处理或超时等改变了RunLoop状态则跳出循环，返回已处理/超时/停止/结束状态。

通过源码可以看到RunLoop处理事件的回调函数有六种，也可以通过debug断点回调，然后查看汇编代码进行佐证，分别为：

• GCD主队列：CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE
• observer源：CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION
• 调用timer：CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_TIMER_CALLBACK_FUNCTION
• block应用: CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_BLOCK
• source0：CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE0_PERFORM_FUNCTION
• source1：CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE1_PERFORM_FUNCTION

RunLoop相关面试题

1. 如何创建一个常驻线程？
   NSRunLoop无法通过alloc创建，直接在子线程中使用CFRunLoopGetCurrent()或[NSRunLoop currentRunLoop]在第一次时即会进行创建，随后添加一个Port/Source到Runloop，最后调用run启动。如果Runloop的mode中一个item都没有，那么runloop会直接退出。

2.performSelector:withObject:afterDelay:这个方法在子线程中调用有什么问题？
会不起作用，因为这个方法的实现是在当前的runloop的defaultmode下添加一个timer，因为runloop在子线程默认是不开启的，因此不会执行，可在这此方法之后添加调用[[NSRunLoop currentRunLoop] run];或者使用GCD来实现.

3. 利用runloop解释界面的渲染过程？
   在调用[UIView setNeedDisplay]，或者直接调用调用[CAlayer setNeedsDisplay]时，相当于给当前的layer打上了一个脏标记，标识为需要重绘，但此时并没有直接进行绘制。而是会在当前的Runloop即将进行休眠时，即CFRunLoopBeforeWaiting状态时才开始绘制。
   • [CAlayer setNeedsDisplay]会调用[CALayer display]
   • 若layer没有delegate，则会[CALayer drawInContext:]
   • 有delegate判断是否实现了- (void)displayLayer:(CALayer *)layer异步绘制代理方法
   • 若没有实现异步绘制的代理方法，则会继续进行系统绘制的流程，CALayer内部会创建一个Backing Store用于获取图形上下文
   • 调用delegate方法- (void)drawLayer:(CALayer *)layer inContext:(CGContextRef)ctx，并返回- (void)drawRect:(CGRect)rect的回调
   • 最终 CALayer 都会将位图提交到 Backing Store ，最后提交给 GPU，绘制结束

4.解释一下事件响应的过程？
苹果注册了一个基于mach port的source1用来接收系统事件，当一个硬件事件发生(触摸/摇晃/锁屏等)，首先会由系统的IOKit.framework封装成一个IOHIDEvent，并且由内核接受，内核接收到事件之后会通过mach port转发给App进程，随后source1即会被触发，然后在回调的内部会把IOHIDEvent处理并包装成UIEvent事件，然后发送给UIWindow进行响应处理。

5.autoreleasePool是在何时进行释放？
App启动后，苹果在主线程的Runloop注册了两个observer，第一个observer监视的RunLoop的Entry事件，在这个事件的回调内会调用autoreleasePoolPush()创建自动释放池，它的优先级最高，保证创建的动作在其他所有回调之前；第二个observer监视的RunLoop的BeforWaiting和Exit两个事件，在BeforWaiting时调用autoreleasePoolPop()释放旧池和autoreleasePoolPush()创建新池，在Exit时调用autoreleasePoolPop()释放旧池，这个observer的优先级最低，保证释放发生在其他回调之后。