Runloop是什么?

RunLoop 又叫 运行循环，内部就是一个 do-while循环，在这个循环内部不断 处理各种任务，保证程序持续运行。

验证：下载源码，查看CFRunloop.c文件，找到CFRunLoopRun源码可知：确实是 do...while 循环。

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

官方文档：也有详细的说明:

Runloop不是线程安全的

Runloop的作用？重点

保持程序的持续运行。
处理APP中各种事件（触摸、定时器、performSelector）。
节省CPU资源，提高程序性能（该做事时做事，该休息时休息）。

程序中 main 函数的 UIApplicationMain 函数主要作用就是创建了一个主运行循环，主线程几乎所有的事情都是交给runloop去完成，如 UI界面的刷新、点击事件的处理、performSelector等等，但并非所有的任务都是由runloop完成。

Runloop对象

对象：iOS中有2套API来访问和使用RunLoop

OC语言：Foundation – NSRunloop
C语言： Core Foundaton – CFRunloopRef

NSRunLoop 是基于 CFRunLoopRef 的一层OC包装。

获取RunLoop对象：

Foundation
[NSRunLoop currentRunLoop]; // 获得当前线程的RunLoop对象
[NSRunLoop mainRunLoop]; // 获得主线程的RunLoop对象

Core Foundation
CFRunLoopGetCurrent(); // 获得当前线程的RunLoop对象
CFRunLoopGetMain(); // 获得主线程的RunLoop对象

Runloop相关的类

Core Foundation中关于Runloop的5个类：

CFRunloopRef： Runloop的对象
CFRunloopModeRef：模式
CFRunloopSourceRef：输入源/事件源
CFRunloopTimerRef： Timer事件
CFRunloopObserveRef：监听者，监听Runloop的状态改变

CFRunloopRef:

CFRunloopRef 是 Runloop 的对象

CFRunloopModeRef：模式

typedef struct __CFRunLoopMode *CFRunLoopModeRef;
struct __CFRunLoopMode {
    CFMutableSetRef _sources0;
    CFMutableSetRef _sources1;
    CFMutableArrayRef _observers;
    CFMutableArrayRef _timers;

由上述源码和图可知:

CFRunLoopModeRef 代表 RunLoop 的运行模式，一个RunLoop包含若干个 Mode，每个Mode又包含若干个 Source0/Source1/Timer/Observer，RunLoop启动时只能选择其中一个Mode，作为currentMode，如果需要切换Mode，只能退出当前Loop，再重新选择一个Mode进入，不同组的 Source0/Source1/Timer/Observer 能分隔开来，互不影响，如果Mode里没有任何Source0/Source1/Timer/Observer，RunLoop会立马退出。
NSRunloopRef常见的几种Mode:

代码去打印一下:

// CFRunloopModel研究
CFRunLoopRef lp = CFRunLoopGetCurrent();
CFRunLoopMode mode = CFRunLoopCopyCurrentMode(lp);
NSLog(@"mode:%@",mode);
CFArrayRef modeArr = CFRunLoopCopyAllModes(lp);
NSLog(@"modeArr:%@",modeArr);

kCFRunLoopDefaultMode（NSDefaultRunLoopMode）：App的默认Mode，通常主线程是在这个Mode下运行;
UITrackingRunLoopMode：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。
NSRunLoopCommonModes：并不是一个真正的模式,只是一个标记
GSEventReceiveRunLoopMode

CFRunloopSourceRef：输入源/事件源

触摸事件：source0

由上面的截图可知：runloop处理source0事件是调用的 __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE0_PERFORM_FUNCTION__ 函数。
我们来看一下源码：

static void __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE0_PERFORM_FUNCTION__() __attribute__((noinline));
static void __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE0_PERFORM_FUNCTION__(void (*perform)(void *), void *info) {
    if (perform) {
        perform(info);
    }
    asm __volatile__(""); // thwart tail-call optimization
}

CFRunloopTimerRef：

timer类型:

[NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1 repeats:YES block:^(NSTimer * _Nonnull timer) {
    NSLog(@"小老弟");
}];

由上面的截图可知：runloop处理timer事件是调用的__CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_TIMER_CALLBACK_FUNCTION__ 函数进行事件处理：
再看一下源码：

static void __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_TIMER_CALLBACK_FUNCTION__() __attribute__((noinline));
static void __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_TIMER_CALLBACK_FUNCTION__(CFRunLoopTimerCallBack func, CFRunLoopTimerRef timer, void *info) {
    if (func) {
        func(timer, info);
    }
    asm __volatile__(""); // thwart tail-call optimization
}

CFRunloopObserveRef：监听者，监听Runloop的状态改变

用来监听runloop的活动：

/ Run Loop Observer Activities */
typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
    kCFRunLoopEntry = (1UL << 0), //即将进入Loop
    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), //刚从休眠中唤醒
    kCFRunLoopExit = (1UL << 7), //即将退出Loop
    kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU
};

添加Observer监听RunLoop的所有状态

// 创建监听者
CFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreateWithHandler(kCFAllocatorDefault, kCFRunLoopAllActivities, YES, 0, ^(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity) {
    switch (activity) {
      case kCFRunLoopEntry:
        NSLog(@"kCFRunLoopEntry");
        break;
    case kCFRunLoopBeforeTimers:
        NSLog(@"kCFRunLoopBeforeTimers");
        break;
    case kCFRunLoopBeforeSources:
        NSLog(@"kCFRunLoopBeforeSources");
        break;
    case kCFRunLoopBeforeWaiting:
        NSLog(@"kCFRunLoopBeforeWaiting");
        break;
    case kCFRunLoopAfterWaiting:
        NSLog(@"kCFRunLoopAfterWaiting");
        break;
    case kCFRunLoopExit:
        NSLog(@"kCFRunLoopExit");
        break;
    default:
        break;
    }
});

// 添加Observer到RunLoop中
CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetMain(), observer, kCFRunLoopCommonModes);
// 释放
CFRelease(observer);

Mode中各个成员的含义:

source0:

1）触摸事件(TouchUp)
2）performSelector:OnThread（在指定线程）

source1

1）基于 Port 的线程间通信
2）系统事件的捕捉

Timer

1）NSTimer
2）performSelector :afterDelay // 这句代码的本质是往Runloop中添加定时器

Observers

1）监听runloop的状态
2）UI刷新(在runloop休眠之前)
3）自动释放池(在runloop休眠之前)

runloop处理items事件的总结:

runloop处理items以下事件调用函数的总结:

* block:__CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_BLOCK__
* timer:__CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_TIMER_CALLBACK_FUNCTION__
* source0:__CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE0_PERFORM_FUNCTION__
* source1:__CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE1_PERFORM_FUNCTION__
* gcd主队列:_CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__()
* observe源：__CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__

Runloop与线程的关系？

每一条线程都有一个与之对应runloop对象。

查看源码验证，线程和runloop是一一对应的关系 :

CFRunLoopRef CFRunLoopGetMain(void) {
    CHECK_FOR_FORK();
    static CFRunLoopRef __main = NULL; // no retain needed
    if (!__main) __main = _CFRunLoopGet0(pthread_main_thread_np()); // no CAS needed
    return __main;
}

继续查找

CF_EXPORT CFRunLoopRef _CFRunLoopGet0(pthread_t t) {
    if (pthread_equal(t, kNilPthreadT)) {
	t = pthread_main_thread_np();
    }
    __CFLock(&loopsLock);
    if (!__CFRunLoops) {
        __CFUnlock(&loopsLock);
	CFMutableDictionaryRef dict = CFDictionaryCreateMutable(kCFAllocatorSystemDefault, 0, NULL, &kCFTypeDictionaryValueCallBacks);
	//获取mainloop
	CFRunLoopRef mainLoop = __CFRunLoopCreate(pthread_main_thread_np());
	//通过key value方式一一对应
	CFDictionarySetValue(dict, pthreadPointer(pthread_main_thread_np()), mainLoop);
	if (!OSAtomicCompareAndSwapPtrBarrier(NULL, dict, (void * volatile *)&__CFRunLoops)) {
	    CFRelease(dict);
	}
	CFRelease(mainLoop);
        __CFLock(&loopsLock);
    }

runloop保存在全局的 NSMutableDictionaryRef 字典当中，以线程为key，runloop为value。

由上面的源码可验证。

主线程的Runloop系统自动获取（创建），子线程默认没有开启runloop。
线程刚创建时是没有runloop对象，runloop会在第一次获取时创建。
runloop在线程销毁时销毁。

NSTimer 重点

什么是 NSTimer？

NSTimer 是一个定时器，是一个面向对象的定时器。在经过一定的时间间隔后触发，向目标对象发送指定的消息。其工作原理是将一个监听加入到系统的 runloop 中去，当系统 runloop 执行到 timer 条件的循环时，会调用 timer 一次，如果是一个重复的定时器，当timer回调函数结束之后，timer会再一次的将自己加入到runloop中去继续监听下一次timer事件。

NSTimer和RunLoop的关系

NSTimer 的原理是 将定时器中的事件添加到runloop中，以实现循环的，这是因为定时器默认处于 runloop 中的 kCFRunLoopDefaultMode，主线程默认也处于此mode下，定时器这才具备了这样的能力。所以，没有runloop，NSTimer完全无法工作。

【问题1】这里提出一个经典的案例：定时器默认无法在页面滚动时执行

原因是滚动时，主线程runloop处于 UITrackingRunLoopMode，这时候，定时器所处runloop依然处于kCFRunLoopDefaultMode，就导致 定时器线程被阻塞，要解决这一个问题，我们就需要定时器无论是在 kCFRunLoopDefaultMode 还是 UITrackingRunLoopMode 下都可以正常工作，这时候就需要用到 runloop 中的伪模式 kCFRunLoopCommonMode，这并不是一个真正的mode，而是一种多mode的处理方式。具体做法如下：

NSTimer * timer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1 repeats:YES block:^(NSTimer * _Nonnull timer) {
    NSLog(@"aaaaa");
}];
[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];

【问题2】问NSTimer是怎么加入到 KCFRunloopCommonMode 下就不会造成卡顿?

答：NSTimer 通过底层函数 CFRunLoopAddTimer 加入到 items 中。然后再 runloopRun 运行的时候，通过 while循环遍历item找到timer的mode是否和当前的mode相等或等于commonMode，如果相等调用block函数返回执行。

【问题3】子线程定时器不走？

定时器的实现是基于 Runloop 的，平时我们使用定时器或许并没有对Runloop做什么操作，那是因为 主线程的runloop默认开启运行 的，如果我们在子线程中也需要重复执行某一动作，需要手动开启定时器。

queue = dispatch_queue_create("myQueue",DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
dispatch_async(queue, ^{
    NSTimer *timer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1 target:self selector:@selector(time) userInfo:nil repeat:YES];
    // 子线程需要手动开启Runloop
    [[NSRunLoop currentRunLoop] run];
});

定时器释放的方式

[_timer invalidate]; 
_timer = nil;

二者缺一不可。

如果是在VC中创建的 NSTimer，这种情况下，self 和 _timer 相互强引用，VC 的 Dealloc 方法不会执行，所以定时器的销毁方法不能放在 Dealloc 中，需要放在 Dealloc 之前（viewWillDIsappear），原因我们放到最后说明。

NSTimer的时间准确吗？重点

不准确，NSTimer不是采用实时机制！

原因：NSTimer的精确度略低了点，比如NSTimer的触发时间到的时候，runloop如果在阻塞状态，触发时间就会推迟到下一个runloop周期。

NSTimer 创建方式

iOS10.0以前

+ (NSTimer *)timerWithTimeInterval:(NSTimeInterval)ti invocation:(NSInvocation *)invocation repeats:(BOOL)yesOrNo;
+ (NSTimer *)scheduledTimerWithTimeInterval:(NSTimeInterval)ti invocation:(NSInvocation *)invocation repeats:(BOOL)yesOrNo;
 
+ (NSTimer *)timerWithTimeInterval:(NSTimeInterval)ti target:(id)aTarget selector:(SEL)aSelector userInfo:(nullable id)userInfo repeats:(BOOL)yesOrNo;
+ (NSTimer *)scheduledTimerWithTimeInterval:(NSTimeInterval)ti target:(id)aTarget selector:(SEL)aSelector userInfo:(nullable id)userInfo repeats:(BOOL)yesOrNo;

- (instancetype)initWithFireDate:(NSDate *)date interval:(NSTimeInterval)ti target:(id)t selector:(SEL)s userInfo:(nullable id)ui repeats:(BOOL)rep NS_DESIGNATED_INITIALIZER;

iOS10.0以后

+ (NSTimer *)timerWithTimeInterval:(NSTimeInterval)interval repeats:(BOOL)repeats block:(void (^)(NSTimer *timer))block 
API_AVAILABLE(macosx(10.12), ios(10.0), watchos(3.0), tvos(10.0));
 
+ (NSTimer *)scheduledTimerWithTimeInterval:(NSTimeInterval)interval repeats:(BOOL)repeats block:(void (^)(NSTimer *timer))block 
API_AVAILABLE(macosx(10.12), ios(10.0), watchos(3.0), tvos(10.0));
 
- (instancetype)initWithFireDate:(NSDate *)date interval:(NSTimeInterval)interval repeats:(BOOL)repeats block:(void (^)(NSTimer *timer))block
API_AVAILABLE(macosx(10.12), ios(10.0), watchos(3.0), tvos(10.0));

区别是有无 Block 的回调方法，block的作用就是将自身作为参数传递给block，来帮助避免循环引用

NSTimer如何避免循环引用

在 Dealloc 之前销毁定时器
使用 block 方式
使用 NSProxy 增加一个中间层

Runloop运行流程

NSRunLoop:

是基于 CFRunLoopRef 的OC封装，提供了面向对象的 API，但不是线程安全的，CFRunLoopRef 是在 CoreFoundation 框架内的，它提供了纯 C 函数的 API，是线程安全的，CoreFoundation是开源的(CoreFoundation 源码地址 )

Runloop 运行流程图

OC学习38.1：Runloop底层原理