RunLoop

一、RunLoop的基本概念

RunLoop用中文来翻译就是“跑圈”，“运行循环”。

RunLoop的基本作用：

• 保持程序的运行
• 处理App中的各种事件（比如触摸事件、定时器事件、Selector事件）
• 节省CPU资源，提高程序性能：该做事的时候做事，该休息的时候休息
• ……

如果没有RunLoop:

程序运行后的现象：刚点击运行，就立刻结束了！

如果有了RunLoop：

有了RunLoop后，整个程序启动后并不会马上退出，而是保持持续运行状态！

但是真实情况下的main函数长这样：

其实在执行UIApplicationMain函数时，其内部就启动了一个RunLoop，而且该函数一直没有返回，保持了程序的持续运行！当我们点击UIApplicationMain函数里面去，会发现该函数是有返回值（int类型），只不过一直没有返回而已，接下来可以测试下！

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

        NSLog(@"begin---");

        int result = UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));

        NSLog(@"end---");

        return result;
    }
}

当我们运行程序后，打印如下：

这就表明，确实是在UIApplicationMain函数中执行了RunLoop，而且这个默认启动的RunLoop是跟主线程相关联的！

二、RunLoop对象

在iOS系统中，提供了两个对象：NSRunLoop和CFRunLoopRef。

• NSRunLoop属于Foundation框架，基于CFRunLoopRef的一层OC包装，提供了面向对象的API，但这些API不是线程安全的
• CFRunLoopRef是在Core Foundation内部的，它提供了纯C函数的API，这些API都是线程安全的

因此如果想深入学习RunLoop，就需要多了解CFRunLoopRef层面的API（Core Foundation），可以参考：
官方源代码
官方文档

三、RunLoop与线程的关系

1> 每条线程都有唯一的与之对应的RunLoop对象
在RunLoop源代码中，有这样的一个函数：

CF_EXPORT CFRunLoopRef _CFRunLoopGet0(pthread_t t) 

这个函数的作用就是：传一条线程来创建一个RunLoop对象，这就对应了上面的这句话

2> 主线程的Runloop已经自动创建好了，子线程的RunLoop需要主动创建

苹果不允许直接创建RunLoop，它只提供了两个自动获取的函数:
Foundation:

[NSRunLoop mainRunLoop];
[NSRunLoop currentRunLoop];

Core Foundation:

CFRunLoopGetMain();
CFRunLoopGetCurrent();

3> RunLoop在第一次获取时创建，在线程结束时销毁

以下是源代码的解读：

CF_EXPORT CFRunLoopRef _CFRunLoopGet0(pthread_t t) { // 这个函数就是传一条线程进来，就创建一个RunLoop
    if (pthread_equal(t, kNilPthreadT)) {
    t = pthread_main_thread_np();
    }
    __CFLock(&loopsLock);
    // 判断有没有RunLoop对象
    if (!__CFRunLoops) {
        __CFUnlock(&loopsLock);
        // 创建可变Dictionary
    CFMutableDictionaryRef dict = CFDictionaryCreateMutable(kCFAllocatorSystemDefault, 0, NULL, &kCFTypeDictionaryValueCallBacks);
        // 获取主线程对应的RunLoop对象
    CFRunLoopRef mainLoop = __CFRunLoopCreate(pthread_main_thread_np());
        // 把mainLoop放到Dictionary中，key就是主线程（也就是说在访问其他线程的时候，它会首先把主线程的RunLoop创建好）
    CFDictionarySetValue(dict, pthreadPointer(pthread_main_thread_np()), mainLoop);
    if (!OSAtomicCompareAndSwapPtrBarrier(NULL, dict, (void * volatile *)&__CFRunLoops)) {
        CFRelease(dict);
    }
    CFRelease(mainLoop);
        __CFLock(&loopsLock);
    }
    // 根据传进来的线程获取对应的RunLoop
    CFRunLoopRef loop = (CFRunLoopRef)CFDictionaryGetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t));
    __CFUnlock(&loopsLock);

    // 如果没有RunLoop，就创建
    if (!loop) {
        // 根据传进来的线程创建一个新的RunLoop
    CFRunLoopRef newLoop = __CFRunLoopCreate(t);
        __CFLock(&loopsLock);
    loop = (CFRunLoopRef)CFDictionaryGetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t));
    if (!loop) {
        // 把newLoop存进Dictionary
        CFDictionarySetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t), newLoop);
        loop = newLoop;
    }
        // don‘t release run loops inside the loopsLock, because CFRunLoopDeallocate may end up taking it
        __CFUnlock(&loopsLock);
    CFRelease(newLoop);
    }
    if (pthread_equal(t, pthread_self())) {
        _CFSetTSD(__CFTSDKeyRunLoop, (void *)loop, NULL);
        if (0 == _CFGetTSD(__CFTSDKeyRunLoopCntr)) {
            _CFSetTSD(__CFTSDKeyRunLoopCntr, (void *)(PTHREAD_DESTRUCTOR_ITERATIONS-1), (void (*)(void *))__CFFinalizeRunLoop);
        }
    }
    return loop;
}

上述代码中就可以看出，RunLoop和线程是一一对应的，其关系会保存在一个Dictionary中。线程刚创建的时候并没有RunLoop，因为它是懒加载的，需要主动获取（在子线程内部通过currentRunLoop获取），第一次获取当前线程对应的RunLoop时就会创建，以后再不会创建！

四、RunLoop的相关类

Core Foundation中关于RunLoop的5个类：

CFRunLoopRef
CFRunLoopModeRef
CFRunLoopSourceRef
CFRunLoopTimerRef
CFRunLoopObserverRef

如果RunLoop中没有上面的几个类，RunLoop就会马上结束了。
这些类的关系如下：

一个RunLoop包含很多Mode，Mode中又包含很多Source、Observer、Timer

CFRunLoopModeRef：
CFRunLoopModeRef代表着RunLoop的运行模式。

在获取RunLoop后还需要传入一种运行模式，让其跑起来。每次RunLoop启动时，需要指定其中一种Mode，这个Mode被称为CurrentMode，从上面的图看出，一个RunLoop有很多种模式。如果需要切换Mode，只能退出Loop，然后再重新指定一个Mode进入，这样做的目的就是为了分隔开不同组的Source/Observer/Timer，让其互不影响。

系统默认注册了5个Mode：

kCFRunLoopDefaultMode：App的默认Mode，通常主线程都是在这个Mode下运行

UITrackingRunLoopDefaultMode：界面跟踪Mode，用于scrollView追踪触摸滑动，保证界面滑动时不受其他Mode影响，这样做可以使其更加流畅

UIInitializationRunLoopMode：在刚启动App时的第一个Mode，启动完成后就不再使用

GSEventReceiveRunLoopMode：接受系统内部事件的Mode，通常用不到

NSRunLoopCommonMode：这是一个占位用的Mode，不是一种真正的Mode（也就是说启动的时候，是不可以传这种模式的）

CFRunLoopTimerRef：

它是基于时间的触发器（时间到了就触发一个事件），基本上就是我们平常所知道的NSTimer。它包含一个时间长度和一个回调（函数指针），当加入到 RunLoop 时，RunLoop会注册对应的时间点，当时间点到时，RunLoop会被唤醒以执行那个回调

实用场景案例：
现在屏幕上有一个可滚动的UITextView，此时我们假如我们需要添加一个定时器来执行一些其他操作

[NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:2.0 target:self selector:@selector(doSomeThing) userInfo:nil repeats:YES];

其实这句代码做了很多事情，那就是首先创建一个NSTimer，添加到Mode中，接着RunLoop启动Mode，取出里面的Timer拿出来用。等价代码如下：

NSTimer *timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:2.0 target:self selector:@selector(doSomeThing) userInfo:nil repeats:YES];
    [[NSRunLoop mainRunLoop] addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode];

这时每过2秒就会回调一次doSomeThing方法，但是当我们滚动UITextView时，doSomeThing方法就不再会执行了。因为该NSTimer是添加到NSDefaultRunLoopMode中的，而滚动UITextView是属于UITrackingRunLoopDefaultMode。那么如果想在defaultMode和TrackingMode下都能执行该怎么办呢？

当我们点进头文件，苹果只给我们提供了两种Mode：NSDefaultRunLoopMode/NSRunLoopCommonModes，并没有TrackingMode。因此得用到NSRunLoopCommonMode了，这就表示定时器会跑在标记为common modes的模式下。在我们打印currentRunLoop时：

带有common modes的Mode有两个，分别是kCFRunLoopDefaultMode和UITrackingRunLoopDefaultMode，这就表明这两种Mode下，定时器都可以用。

CFRunLoopSourceRef

它是事件源（输入源），意味着一些点击事件、触摸事件都是由它来处理的。

按照函数调用栈，scorce的分类：

• Source0：非基于Port的
• Source1：基于Port的，通过内核和其他线程通信，接受、分发系统事件

至于什么是函数栈：

比如触发一个点击事件，会按照上图所示，从下到上依次执行函数。很明显，里面就有Source0这个函数，说明点击事件在Source0中进行。虽然函数栈中并没有Source1，但是当触摸屏幕时会被包装成一个Event，首先会被Source1接受，然后把这个事件分发到Source0。

CFRunLoopObserverRef

它是观察者，能够监听RunLoop状态的改变。每一个Observer都包含着一个回调，当RunLoop状态发生改变的时候，Observer就会通过回调接受这个变化。

// 添加observer
CFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreateWithHandler(CFAllocatorGetDefault(), kCFRunLoopAllActivities, YES, 0, ^(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity) { // 这里就可以监听状态的改变，然后做出一些操作

    });

// 添加观察着，监听RunLoop的状态
 CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetCurrent(), observer, kCFRunLoopDefaultMode);

// 释放observer
CFRelease(observer);

RunLoop的状态有以下几个时间点：

/* Run Loop Observer Activities */
typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
    kCFRunLoopEntry = (1UL << 0), // 1，即将进入Loop
    kCFRunLoopBeforeTimers = (1UL << 1), // 2，即将处理Timer
    kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2), // 4，即将处理Source
    kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5), // 32，即将进入休眠
    kCFRunLoopAfterWaiting = (1UL << 6), // 64，从休眠中被唤醒
    kCFRunLoopExit = (1UL << 7), // 128，退出Loop
    kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU // 包括以上所有状态
};

五、RunLoop的内部实现逻辑

一幅图很好的说明了这个实现逻辑的过程

内部主要就是一个do-while循环，直到超时或者手动停止才会结束循环，该函数才会有返回值。

六、RunLoop实践案例

1> imageView延迟显示
当我们在滚动tableView时，就会从网络下载图片进行展示，但是图片显示的过程中会有渲染的问题，导致tableView拖动非常卡，这个时候就可以让imageView延迟显示。

[self.imageView performSelector:@selector(setImage:) withObject:[UIImage imageNamed:@"zly"] afterDelay:3.0 inModes:@[NSDefaultRunLoopMode]];

也就是让imageView的显示只在NSDefaultRunLoopMode模式下才能进行，所以拖动tableView时是处于TrackingMode！

2> 常驻线程(让线程不死)
想要让当前线程不死，其实就可以用到RunLoop，在当前线程中开启一个RunLoop，但是需要注意的是此时的RunLoop的Mode中并没有Mode item，所以RunLoop就会立即退出，因此得在里面添加Mode item。

@autoreleasepool {
        // 添加Source
        [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:[NSPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];

        // run
        [[NSRunLoop currentRunLoop] run];
    }