IOS开发 Runloop机制

一、Runloop的概念

Runloop是维护事件循环来对事件/消息进行管理的对象，runloop提供了一个函数，线程只要执行了这个函数，就会一直处于这个函数内部 "接受消息->等待->处理" 的循环中，没有消息需要处理时，runloop就休眠，不占用CPU，有消息处理时，runloop就立刻被唤醒。

总结：runloop（死循环）保证runloop所在的线程不退出

二、为什么要有runloop？

1、让线程一直活着接受用户输入

2、决定线程在什么时候应该处理哪些事件

3、发送事件的一方不能被接受事件的一方卡住，他会连续发送事件，所以要有消息队列

4、没有事件时，线程会处于阻塞态，不占用CPU，从而节省CPU时间

CFRunLoopRef是在Core Foundation框架里的，它提供了纯C函数的API，所有这些API都是线程安全的
NSRunLoop是CFRunLoopRef的封装，提供了面向对象的API，这些API都不是线程安全的。

三、数据结构

__CFRunLoopRun内部其实是一个_do while_循环，这也正是Runloop运行的本质。执行了这个函数以后就一直处于"等待-处理"的循环之中，直到循环结束。只是不同于我们自己写的循环它在休眠时几乎不会占用系统资源，当然这是由于系统内核负责实现的，也是Runloop精华所在。

CFRunLoopRef和CFRunloopMode、CFRunLoopSourceRef/CFRunloopTimerRef/CFRunLoopObserverRef关系如下图：

一个 RunLoop 包含若干个 Mode，每个 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，这个Mode被称作 CurrentMode。如果需要切换 Mode，只能退出 Loop，再重新指定一个 Mode 进入。这样做主要是为了分隔开不同组的 Source/Timer/Observer，让其互不影响。

1、Runloop Mode

默认模式（NSDefaultRunLoopMode）：一般处理timer、网络等事件。
UI模式（优先级最高）(UITrackingRunLoopMode)：专门处理UI事件，只有触摸事件才能唤醒UI模式，当UI模式和默认模式同时有事件发生时，runloop会去处理UI模式下的事件
UI模式 + 默认模式（NSRunLoopCommonModes）：占位模式，在iOS系统中默认包含了NSDefaultRunLoopMode和 UITrackingRunLoopMode（注意：并不是说Runloop会运行在kCFRunLoopCommonModes这种模式下，而是相当于分别注册了 NSDefaultRunLoopMode和 UITrackingRunLoopMode。

2、Source

Source结构体类型：事件源，任意事件本质都是source，source是RunLoop的数据源抽象类

按照函数调用栈分为

1、source0:非source1就是source0，负责App内部事件，由App负责管理触发，例如UITouch事件，Source0是Input Source中的一类，Input Source还包括Custom Input Source，由其他线程手动发出，RunLoop被这些事件唤醒之后就会处理并调用事件处理方法（CFRunLoopTimerRef的回调指针和CFRunLoopSourceRef均包含对应的回调指针）。

2、source1:系统内核事件的处理，Source1可以监听系统端口和其他线程相互发送消息，它能够主动唤醒RunLoop(由操作系统内核进行管理，例如CFMessagePort消息)，source0不能主动唤醒runloop。

3、Observer

observer：观察runloop，向外部报告runloop的几种状态（它包含一个函数指针_callout_将当前状态及时告诉观察者），框架中的很多机制都是由RunLoopObserver触发，比如CAAnimation，CAAnimation是在runloop要睡的时候调用，把这一圈的动画事件全部汇集起来，最后去调用。

4、timer

5、Call out

在开发过程中几乎所有的操作都是通过Call out进行回调的(无论是Observer的状态通知还是Timer、Source的处理)，而系统在回调时通常使用如下几个函数进行回调(换句话说你的代码其实最终都是通过下面几个函数来负责调用的，即使你自己监听Observer也会先调用下面的函数然后间接通知你，所以在调用堆栈中经常看到这些函数)：

objectivec 复制代码

__CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FOUNDTION__


__CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_BLOCK


__CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE


__CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_TIMER_CALLBACK_FUNCTION__


__CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE0_PERFORM_FUNCTION__


__CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE1_PERFORM__FUNCTION__

6、RunLoop休眠

其实对于Event Loop而言RunLoop最核心的事情就是保证线程在没有消息时休眠以避免占用系统资源，有消息时能够及时唤醒。RunLoop的这个机制完全依靠系统内核来完成，

当程序静止时，RunLoop停留在__CFRunLoopServiceMachPort(waitSet, &msg, sizeof(msg_buffer), &livePort, poll ? 0 : TIMEOUT_INFINITY, &voucherState, &voucherCopy),而这个函数内部就是调用了mach_msg（本质上是一个系统调用）让程序处于休眠状态。

四、Runloop运行流程

一、核心执行阶段

1. 前置通知 + 高优先级事件处理（先干活，再休眠）

第一步：通知观察者 "准备处理事件" 先给当前 Mode 的所有 Observer 发通知（如 kCFRunLoopBeforeWaiting），让外部框架（如 UIKit）提前准备（比如刷新界面状态）。
第二步：优先处理 "到期 Timer" 只触发当前 Mode 下已到时间的 Timer（如 NSTimer），未到期的留到后续迭代。
第三步：处理 "就绪 Source0" 执行用户态事件（如 performSelector 任务、UI 点击预处理），但 Source0 不能主动唤醒 RunLoop，需靠其他事件（如 Source1）唤醒后顺带处理。

2. 内核事件检查（Source1 是 "紧急唤醒键"）

检查当前 Mode 的 Source1（内核态事件，如跨线程消息、系统端口消息）是否就绪：
- 若就绪 ：立即执行其回调，处理完后必须 "回退" 到 "处理 Timer" 步骤（避免遗漏因 Source1 唤醒后新到期的 Timer / 新就绪的 Source0）；
- 若未就绪：进入休眠流程。

3. 休眠 - 唤醒 - 定向处理（无活就休眠，被唤醒就精准干活）

休眠前：通知观察者 "要休眠" 发 kCFRunLoopBeforeWaiting 通知，告知外部 "RunLoop 即将释放 CPU 休眠"。
休眠中：等待被唤醒 线程暂停，仅被 4 类事件唤醒：新 Source0 就绪（需手动 CFRunLoopWakeUp）、Source1 触发、Timer 到期、外部 CFRunLoopStop。
唤醒后：先通知，再定向处理
1. 发 kCFRunLoopAfterWaiting 通知，告知 "已唤醒"；
2. 按 "唤醒原因" 精准处理：
  - 因 Timer/Source1 唤醒：回退到 "处理 Timer" 步骤，重新扫事件；
  - 因 Source0 唤醒：直接去 "处理 Source0"；
  - 因 CFRunLoopStop 唤醒：标记 "退出"，结束本次迭代。

二、循环判断：是否继续下一轮迭代

每次处理完事件后，检查两个退出条件：
1. 是否收到 CFRunLoopStop 信号；
2. 当前 Mode 下是否无任何可处理的 Source/Timer。
满足任一条件：停止 RunLoop；
不满足：回到 "前置通知" 步骤，开始下一次迭代。

五、Runloop与NSTimer

当触摸事件发生时，timer事件不显示，因为把timer添加到默认模式了，解决办法是把timer添加到commonMode模式。

六、Runloop与线程的关系

线程是和RunLoop一一对应的。
自己创建的线程默认是没有RunLoop的。
主线程的RunLoop默认是开启的。

问题：怎么样实现一个常驻线程

为当前线程开启一个RunLoop、
向该RunLoop中添加一个Port/Source等维持RunLoop的事件循环。
启动该RunLoop。

1、RunLoopObserver和Autorealease Pool的关系

UIKit通过RunLoopObserver在RunLoop两次Sleep间（runloop的一圈）对AutoreleasePool进行Pop和Push将这次Loop中产生的Autorelease对象释放，把自动释放池中的对象进行释放。

2、UI更新

当UI改变（ Frame变化、 UIView/CALayer 的继承结构变化等）时，或手动调用了 UIView/CALayer 的 setNeedsLayout/setNeedsDisplay方法后，这个 UIView/CALayer 就被标记为待处理。

苹果注册了一个用来监听BeforeWaiting和Exit的Observer，在它的回调函数里会遍历所有待处理的 UIView/CAlayer 以执行实际的绘制和调整，并更新 UI 界面。