runloop 小结
OC的两大核心runtime和runloop
runloop简介
runloop本质上是一个do-while循环，当有任务处理时唤醒，没有任务时休眠，如果没有任务没有观察者的时候退出。
OSX/iOS系统中，提供了两个这样的对象：NSRunLoop和CFRunLoopRef.
CFRunLoopRef是CoreFoundation框架提供的纯c的api，所有这些api都是线程安全的。
NSRunLoop是对CFRunLoopRef的OC封装，提供了面向对象的api，这些api不是线程安全的。
runloop和线程的关系
首先，iOS提供了两个线程对象pthread_t和NSThread，这两个线程对象不能互相转换，但是一一对应。比如：可以通过pthread_main_thread_np()和[NSThread mainThread]获取主线程；也可以通过pthread_self()和[NSThread currentThread]获取当前线程。CFRunLoopRef是基于pthread来管理的。
苹果不允许直接创建runloop，它只有两个获取的函数：CFRunLoopGetMain()和CFRunLoopGetCurrent()。这两个函数的内部实现大致是：
/// 全局的Dictionary，key 是 pthread_t， value 是 CFRunLoopRef
static CFMutableDictionaryRef loopsDic;
/// 访问 loopsDic 时的锁
static CFSpinLock_t loopsLock;
/// 获取一个 pthread 对应的 RunLoop。
CFRunLoopRef _CFRunLoopGet(pthread_t thread) {
OSSpinLockLock(&loopsLock);
if (!loopsDic) {
// 第一次进入时，初始化全局Dic，并先为主线程创建一个 RunLoop。
loopsDic = CFDictionaryCreateMutable();
CFRunLoopRef mainLoop = _CFRunLoopCreate();
CFDictionarySetValue(loopsDic, pthread_main_thread_np(), mainLoop);
}
/// 直接从 Dictionary 里获取。
CFRunLoopRef loop = CFDictionaryGetValue(loopsDic, thread));
if (!loop) {
/// 取不到时，创建一个
loop = _CFRunLoopCreate();
CFDictionarySetValue(loopsDic, thread, loop);
/// 注册一个回调，当线程销毁时，顺便也销毁其对应的 RunLoop。
_CFSetTSD(..., thread, loop, __CFFinalizeRunLoop);
}
OSSpinLockUnLock(&loopsLock);
return loop;
}
CFRunLoopRef CFRunLoopGetMain() {
return _CFRunLoopGet(pthread_main_thread_np());
}
CFRunLoopRef CFRunLoopGetCurrent() {
return _CFRunLoopGet(pthread_self());
}可以看出来，线程和RunLoop是一一对应的，保存在一个全局的CFMutableDictionaryRef，key为pthread，value为runloop。线程刚创建时没有runloop，如果你没有主动获取，那它一直不会有。当你第一次获取runloop时，创建runloop，当线程结束时，runloop销毁。
主线程的runloop默认开启，程序启动时，main方法，applicationMain方法内开启runloop。
runloop的类
在Core Foundation框架中提供了五个类关于runloop：
1、CFRunLoopRef
2、CFRunLoopModeRef
3、CFRunLoopSourceRef
4、CFRunLoopTimerRef
5、CFRunLoopObserverRef
它们的关系如下：
一个runloop包含若干个Mode，一个Mode又包含若干个Source/Timer/Observer。每次调用runloop的主函数时，只能指定其中一个mode，如果想切换mode，需要退出当前runloop，再重新指定一个mode进入。这样的好处是，不同组的Source/Timer/Observer互不影响。
CFRunLoopSourceRef是事件产生的地方。Source有两个版本，Source 0（非端口Source）和Source 1（端口Source）。
1、Source 0 只包含一个回调函数指针，它并不能主动触发事件。使用时，需要先调用CFRunLoopSourceSignal（Source 0）将该source标记为待处理，然后手动调用CFRunLoopWakeUp（）唤醒runloop，处理该事件。
2、Source 1 包含一个mach port（端口）和一个回调的函数指针，被用于通过内核和其他线程相互发送消息。这种source能主动唤醒runloop。
CFRunLoopTimerRef 是基于时间的触发器。其包含一个时间长度和一个回调的函数指针。当其加入到runloop时，runloop会注册对应的时间点，当时间点到时，runloop会被唤醒以执行这个回调。
CFRunLoopObserverRef 是观察者，每个Observer都包含一个回调，当runloop的状态发生改变时，观察者可以通过回调接受到这个变化。可以接受到的状态有如下几个：
typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
kCFRunLoopEntry = (1UL << 0), // 即将进入Loop
kCFRunLoopBeforeTimers = (1UL << 1), // 即将处理 Timer
kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2), // 即将处理 Source
kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5), // 即将进入休眠
kCFRunLoopAfterWaiting = (1UL << 6), // 刚从休眠中唤醒
kCFRunLoopExit = (1UL << 7), // 即将退出Loop
};上述的Source/Timer/Observer被统称为一个mode item，一个item可以被加入多个mode，但一个item被重复加入同一个mode，是没有效果的。如果一个mode中一个item都没有，则runloop会自动退出。
runloop的mode
CFRunLoopMode和CFRunLoop的结构大致如下
struct __CFRunLoopMode {
CFStringRef _name; // Mode Name, 例如 @"kCFRunLoopDefaultMode"
CFMutableSetRef _sources0; // Set
CFMutableSetRef _sources1; // Set
CFMutableArrayRef _observers; // Array
CFMutableArrayRef _timers; // Array
...
};
struct __CFRunLoop {
CFMutableSetRef _commonModes; // Set
CFMutableSetRef _commonModeItems; // Set<Source/Observer/Timer>
CFRunLoopModeRef _currentMode; // Current Runloop Mode
CFMutableSetRef _modes; // Set
...
};runloop的mode包含：
1、NSDefaultRunLoopMode：默认的mode；
2、UITrackingRunLoopMode：跟踪用户触摸事件的mode，如UIScrollView的上下滚动；
3、NSRunLoopCommonModes：模式集合，将一组item关联到这个模式集合上，等于将这个item关联到这个集合下的所有模式上；
4、自定义Mode。
这里主要解释一下NSRunLoopCommonModes，这个模式集合。
默认NSDefaultRunLoopMode和UITrackingRunLoopMode都是包含在这个模式集合内的，当然也可以自定义一个mode，通过CFRunLoopAddCommonMode添加到这个模式集合中。
应用场景举例：
当一个控制器里有一个UIScrollview和一个NSTimer，UIScrollView不滚动的时候，runloop运行在NSDefaultRunLoopMode下，此时Timer会得到回调，但当UIScrollView滑动时，会将mode切换成UITrackingRunLoopMode，此时Timer得不到回调。一个解决办法就是将这个NSTimer分别绑定到NSDefaultRunLoopMode和UITrackingRunLoopMode，另一个解决办法是将这个NSTimer绑定到NSRunLoopCommonModes，两种方法都能使NSTimer在两个模式下都能得到回调。
ps.让runloop运行在NSRunLoopCommonModes模式下是没有意思的，因为runloop一个时间只能运行在一个模式下。
端口Source通信的步骤
demo如下：
- (void)testDemo3
{
//声明两个端口 随便怎么写创建方法，返回的总是一个NSMachPort实例
NSMachPort *mainPort = [[NSMachPort alloc]init];
NSPort *threadPort = [NSMachPort port];
//设置线程的端口的代理回调为自己
threadPort.delegate = self;
//给主线程runloop加一个端口
[[NSRunLoop currentRunLoop]addPort:mainPort forMode:NSDefaultRunLoopMode];
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
//添加一个Port
[[NSRunLoop currentRunLoop]addPort:threadPort forMode:NSDefaultRunLoopMode];
[[NSRunLoop currentRunLoop]runMode:NSDefaultRunLoopMode beforeDate:[NSDate distantFuture]];
});
NSString *s1 = @"hello";
NSData *data = [s1 dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
NSMutableArray *array = [NSMutableArray arrayWithArray:@[mainPort,data]];
//过2秒向threadPort发送一条消息，第一个参数：发送时间。msgid 消息标识。
//components，发送消息附带参数。reserved：为头部预留的字节数（从官方文档上看到的，猜测可能是类似请求头的东西...）
[threadPort sendBeforeDate:[NSDate date] msgid:1000 components:array from:mainPort reserved:0];
});
}
//这个NSMachPort收到消息的回调，注意这个参数，可以先给一个id。如果用文档里的NSPortMessage会发现无法取值
- (void)handlePortMessage:(id)message
{
NSLog(@"收到消息了，线程为：%@",[NSThread currentThread]);
//只能用KVC的方式取值
NSArray *array = [message valueForKeyPath:@"components"];
NSData *data = array[1];
NSString *s1 = [[NSString alloc]initWithData:data encoding:NSUTF8StringEncoding];
NSLog(@"%@",s1);
// NSMachPort *localPort = [message valueForKeyPath:@"localPort"];
// NSMachPort *remotePort = [message valueForKeyPath:@"remotePort"];
}声明两个端口，sendPort，receivePort，设置receivePort的代理，分别将sendPort和receivePort绑定到两个线程的自己的runloop上，然后回到发送线程用接收端口发送数据（[threadPort sendBeforeDate:[NSDate date] msgid:1000 components:array from:mainPort reserved:0]; from参数标注从发送端口发出），注意这里发送的数据格式为array，内容格式只能为NSPort或者NSData，在代理方法- (void)handlePortMessage:(id)message中接收数据；
RunLoop的内部实现
内部代码整理，不想看可以跳过，看下方总结：
/// 用DefaultMode启动
void CFRunLoopRun(void) {
CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopGetCurrent(), kCFRunLoopDefaultMode, 1.0e10, false);
}
/// 用指定的Mode启动，允许设置RunLoop超时时间
int CFRunLoopRunInMode(CFStringRef modeName, CFTimeInterval seconds, Boolean stopAfterHandle) {
return CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopGetCurrent(), modeName, seconds, returnAfterSourceHandled);
}
/// RunLoop的实现
int CFRunLoopRunSpecific(runloop, modeName, seconds, stopAfterHandle) {
/// 首先根据modeName找到对应mode
CFRunLoopModeRef currentMode = __CFRunLoopFindMode(runloop, modeName, false);
/// 如果mode里没有source/timer/observer, 直接返回。
if (__CFRunLoopModeIsEmpty(currentMode)) return;
/// 1. 通知 Observers: RunLoop 即将进入 loop。
__CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopEntry);
/// 内部函数，进入loop
__CFRunLoopRun(runloop, currentMode, seconds, returnAfterSourceHandled) {
Boolean sourceHandledThisLoop = NO;
int retVal = 0;
do {
/// 2. 通知 Observers: RunLoop 即将触发 Timer 回调。
__CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeTimers);
/// 3. 通知 Observers: RunLoop 即将触发 Source0 (非port) 回调。
__CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeSources);
/// 执行被加入的block
__CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode);
/// 4. RunLoop 触发 Source0 (非port) 回调。
sourceHandledThisLoop = __CFRunLoopDoSources0(runloop, currentMode, stopAfterHandle);
/// 执行被加入的block
__CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode);
/// 5. 如果有 Source1 (基于port) 处于 ready 状态，直接处理这个 Source1 然后跳转去处理消息。
if (__Source0DidDispatchPortLastTime) {
Boolean hasMsg = __CFRunLoopServiceMachPort(dispatchPort, &msg)
if (hasMsg) goto handle_msg;
}
/// 通知 Observers: RunLoop 的线程即将进入休眠(sleep)。
if (!sourceHandledThisLoop) {
__CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeWaiting);
}
/// 7. 调用 mach_msg 等待接受 mach_port 的消息。线程将进入休眠, 直到被下面某一个事件唤醒。
/// • 一个基于 port 的Source 的事件。
/// • 一个 Timer 到时间了
/// • RunLoop 自身的超时时间到了
/// • 被其他什么调用者手动唤醒
__CFRunLoopServiceMachPort(waitSet, &msg, sizeof(msg_buffer), &livePort) {
mach_msg(msg, MACH_RCV_MSG, port); // thread wait for receive msg
}
/// 8. 通知 Observers: RunLoop 的线程刚刚被唤醒了。
__CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopAfterWaiting);
/// 收到消息，处理消息。
handle_msg:
/// 9.1 如果一个 Timer 到时间了，触发这个Timer的回调。
if (msg_is_timer) {
__CFRunLoopDoTimers(runloop, currentMode, mach_absolute_time())
}
/// 9.2 如果有dispatch到main_queue的block，执行block。
else if (msg_is_dispatch) {
__CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__(msg);
}
/// 9.3 如果一个 Source1 (基于port) 发出事件了，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);
}
}
/// 执行加入到Loop的block
__CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode);
if (sourceHandledThisLoop && stopAfterHandle) {
/// 进入loop时参数说处理完事件就返回。
retVal = kCFRunLoopRunHandledSource;
} else if (timeout) {
/// 超出传入参数标记的超时时间了
retVal = kCFRunLoopRunTimedOut;
} else if (__CFRunLoopIsStopped(runloop)) {
/// 被外部调用者强制停止了
retVal = kCFRunLoopRunStopped;
} else if (__CFRunLoopModeIsEmpty(runloop, currentMode)) {
/// source/timer/observer一个都没有了
retVal = kCFRunLoopRunFinished;
}
/// 如果没超时，mode里没空，loop也没被停止，那继续loop。
} while (retVal == 0);
}
/// 10. 通知 Observers: RunLoop 即将退出。
__CFRunLoopDoObservers(rl, currentMode, kCFRunLoopExit);
}可以看到，实际上 RunLoop 就是这样一个函数，其内部是一个 do-while 循环。当你调用 CFRunLoopRun() 时，线程就会一直停留在这个循环里；直到超时或被手动停止，该函数才会返回。
runloop的运行逻辑：
1、通知监听者，即将进入runloop；
2、通知监听者，将要处理Timer；
3、通知监听者，将要处理Source0（非端口InputSource）；
4、处理Source0；
5、如果有Source1，跳到第9步；
6、通知监听者，线程即将进入休眠；
7、runloop进入休眠，等待唤醒；
1.source0;
2.Timer启动;
3.外部手动唤醒
8、通知监听者，线程将被唤醒；
9、处理未处理的任务；
1.如果用户定义的定时器任务启动，处理定时器任务并重启runloop，进入步骤2；
2.如果输入源启动，传递相应的消息；
3.如果runloop被显示唤醒，且没有超过设置的时间，重启runloop，进入步骤2；
10、通知监听者，runloop结束。
1.runloop结束，没有timer或者没有source；
2.runloop被停止，使用CFRunloopStop停止Runloop；
3.runloop超时；
4.runloop处理完事件。
苹果用runloop实现的功能
1、自动释放池，在主程序启动时，再即将进入runloop的时候会执行autoreleasepush()，新建一个autoreleasePoolPage，同时push一个哨兵对象到这个page中；当runloop进入休眠模式时，会执行autoreleasepop()，释放旧池，同时autoreleasepush()，创建新池；当runloop退出时，清空自动释放池。
2、定时器NSTimer实际上就是CFRunloopTimerRef。
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