RunLoop相关知识点收集

首先是YY大神的理解runloop
下面是收集的RunLoop相关知识点，一些应用场景点击这里查看

官方文档翻译

一、RunLoop概念

RunLoop是通过内部维护的事件循环(Event Loop)来对事件/消息进行管理的一个对象。

1、没有消息处理时，休眠已避免资源占用，由用户态切换到内核态(CPU-内核态和用户态)
2、有消息需要处理时，立刻被唤醒，由内核态切换到用户态

RunLoop源码

1. NSRunLoop 是基于 CFRunLoopRef 的封装，提供了面向对象的 API，但是这些 API 不是线程安全的。
2. CFRunLoopRef 的代码是开源的，你可以在这里 http://opensource.apple.com/tarballs/CF/ 下载到整个 CoreFoundation 的源码来查看。
3. Swift 开源后，苹果又维护了一个跨平台的 CoreFoundation 版本：https://github.com/apple/swift-corelibs-foundation/，这个版本的源码可能和现有 iOS 系统中的实现略不一样，但更容易编译，而且已经适配了 Linux/Windows。

为什么main函数不会退出？

int main(int argc, char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
    }
}

UIApplicationMain内部默认开启了主线程的RunLoop，并执行了一段无限循环的代码（不是简单的for循环或while循环）

//无限循环代码模式(伪代码)
int main(int argc, char * argv[]) {        
    BOOL running = YES;
    do {
        // 执行各种任务，处理各种事件
        // ......
    } while (running);

    return 0;
}

UIApplicationMain函数一直没有返回，而是不断地接收处理消息以及等待休眠，所以运行程序之后会保持持续运行状态。

二、RunLoop的数据结构

NSRunLoop(Foundation)是CFRunLoop(CoreFoundation)的封装，提供了面向对象的API
RunLoop 相关的主要涉及五个类：

CFRunLoop：RunLoop对象
CFRunLoopMode：运行模式
CFRunLoopSource：输入源/事件源
CFRunLoopTimer：定时源
CFRunLoopObserver：观察者

1、CFRunLoop

由pthread(线程对象，说明RunLoop和线程是一一对应的)、currentMode(当前所处的运行模式)、modes(多个运行模式的集合)、commonModes(模式名称字符串集合)、commonModelItems(Observer,Timer,Source集合)构成

2、CFRunLoopMode

由name、source0、source1、observers、timers构成

3、CFRunLoopSource

分为source0和source1两种

• source0:
  即非基于port的，也就是用户触发的事件。需要手动唤醒线程，将当前线程从内核态切换到用户态

• source1:
  基于port的，包含一个 mach_port 和一个回调，可监听系统端口和通过内核和其他线程发送的消息，能主动唤醒RunLoop，接收分发系统事件。
  具备唤醒线程的能力

4、CFRunLoopTimer

基于时间的触发器，基本上说的就是NSTimer。在预设的时间点唤醒RunLoop执行回调。因为它是基于RunLoop的，因此它不是实时的（就是NSTimer 是不准确的。 因为RunLoop只负责分发源的消息。如果线程当前正在处理繁重的任务，就有可能导致Timer本次延时，或者少执行一次）。

5、CFRunLoopObserver

监听以下时间点:CFRunLoopActivity

• kCFRunLoopEntry
  RunLoop准备启动

• kCFRunLoopBeforeTimers
  RunLoop将要处理一些Timer相关事件

• kCFRunLoopBeforeSources
  RunLoop将要处理一些Source事件

• kCFRunLoopBeforeWaiting
  RunLoop将要进行休眠状态,即将由用户态切换到内核态

• kCFRunLoopAfterWaiting
  RunLoop被唤醒，即从内核态切换到用户态后

• kCFRunLoopExit
  RunLoop退出

• kCFRunLoopAllActivities
  监听所有状态

6、各数据结构之间的联系

线程和RunLoop一一对应， RunLoop和Mode是一对多的，Mode和source、timer、observer也是一对多的

三、RunLoop的Mode

关于Mode首先要知道一个RunLoop 对象中可能包含多个Mode，且每次调用 RunLoop 的主函数时，只能指定其中一个 Mode(CurrentMode)。切换 Mode，需要重新指定一个 Mode 。主要是为了分隔开不同的 Source、Timer、Observer，让它们之间互不影响。

当RunLoop运行在Mode1上时，是无法接受处理Mode2或Mode3上的Source、Timer、Observer事件的

总共是有五种CFRunLoopMode:

• kCFRunLoopDefaultMode：默认模式，主线程是在这个运行模式下运行
• UITrackingRunLoopMode：跟踪用户交互事件（用于 ScrollView 追踪触摸滑动，保证界面滑动时不受其他Mode影响）
• UIInitializationRunLoopMode：在刚启动App时第进入的第一个 Mode，启动完成后就不再使用
• GSEventReceiveRunLoopMode：接受系统内部事件，通常用不到
• kCFRunLoopCommonModes：伪模式，不是一种真正的运行模式，是同步Source/Timer/Observer到多个Mode中的一种解决方案

四、RunLoop的实现机制

对于RunLoop而言最核心的事情就是保证线程在没有消息的时候休眠，在有消息时唤醒，以提高程序性能。RunLoop这个机制是依靠系统内核来完成的（苹果操作系统核心组件Darwin中的Mach）。

RunLoop通过mach_msg()函数接收、发送消息。它的本质是调用函数mach_msg_trap()，相当于是一个系统调用，会触发内核状态切换。在用户态调用 mach_msg_trap()时会切换到内核态；内核态中内核实现的mach_msg()函数会完成实际的工作。
即基于port的source1，监听端口，端口有消息就会触发回调；而source0，要手动标记为待处理和手动唤醒RunLoop

Mach消息发送机制
大致逻辑为：
1、通知观察者 RunLoop 即将启动。
2、通知观察者即将要处理Timer事件。
3、通知观察者即将要处理source0事件。
4、处理source0事件。
5、如果基于端口的源(Source1)准备好并处于等待状态，进入步骤9。
6、通知观察者线程即将进入休眠状态。
7、将线程置于休眠状态，由用户态切换到内核态，直到下面的任一事件发生才唤醒线程。

• 一个基于 port 的Source1 的事件(图里应该是source0)。
• 一个 Timer 到时间了。
• RunLoop 自身的超时时间到了。
• 被其他调用者手动唤醒。

8、通知观察者线程将被唤醒。
9、处理唤醒时收到的事件。

• 如果用户定义的定时器启动，处理定时器事件并重启RunLoop。进入步骤2。
• 如果输入源启动，传递相应的消息。
• 如果RunLoop被显示唤醒而且时间还没超时，重启RunLoop。进入步骤2

10、通知观察者RunLoop结束。

五、RunLoop与NSTimer

一个比较常见的问题：滑动tableView时，定时器还会生效吗？
默认情况下RunLoop运行在kCFRunLoopDefaultMode下，而当滑动tableView时，RunLoop切换到UITrackingRunLoopMode，而Timer是在kCFRunLoopDefaultMode下的，就无法接受处理Timer的事件。
怎么去解决这个问题呢？把Timer添加到UITrackingRunLoopMode上并不能解决问题，因为这样在默认情况下就无法接受定时器事件了。
所以我们需要把Timer同时添加到UITrackingRunLoopMode和kCFRunLoopDefaultMode上。
那么如何把timer同时添加到多个mode上呢？就要用到NSRunLoopCommonModes了

[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];

Timer就被添加到多个mode上，这样即使RunLoop由kCFRunLoopDefaultMode切换到UITrackingRunLoopMode下，也不会影响接收Timer事件

CFRunLoopTimerRef与NSTimer是 toll-free bridged的

1. 对于重复的NSTimer，其多次触发的时刻不是一开始算好的，而是timer触发后计算的。但是计算时参考的是上次应当触发的时间_fireTSR，因此计算出的下次触发的时刻不会有误差。
2. 设置了tolerance的NSTimer，对于iOS和MacOS系统，实质上会采用GCD timer的形式注册到内核中，GCD timer触发后，再由RunLoop处理其回调逻辑。对于没有设置tolerance的timer，则是用mk_timer的形式注册。
3. RunLoopMode中timer的排序是按照_fireTSR，也就是应当触发的时间排序的。而且，出于对于保证timer严格有序的考虑，保证时间考前的tolerance较大的timer不会影响后面的timer，系统在给GCD timer 传dummy字段时候会保证_fireTSR+dummy小于后面timer的最晚触发时间。
4. RunLoop层在timer触发后进行回调的时候，不会对tolerance进行验证。也就是说，因为RunLoop忙导致的timer触发时刻超出了tolerance的情况下，timer并不会取消，而不执行回调。
5. 对于RunLoop忙时很长（或者timeInteval很短）的情况，会导致本该在这段时间内触发的几次回调中，只触发一次，也就是说，这种情况下还是会损失回调的次数。
6. 对于RunLoop比较忙的情况，timer的回调时刻有可能不准，且不会受到tolerance的任何限制。tolerance的作用不是决定timer是否触发的标准，而是一个传递给系统的数值，帮助系统合理的规划GCD Timer的mach-port触发时机。设置了tolerance，一定会损失一定的时间精确度，但是可以显著的降低耗电。
   CFAbsoluteTimeGetCurrent()获取准确的时间

请看下节 Runloop 运行

Runloop 运行