RunLoop

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概念

一个非主线程的声明周期，是从线程刚开始创建到任务结束的，但是假如我们想让一个线程一直处于待处理状态，即随时可以接受外界调用，则需要用到RunLoop。即RunLoop是一个对象，管理其需要处理的事件和消息，并提供了一个入口函数执行一个循环，使线程一直处于这个循环中，直到外界传入了结束消息。

与线程的关系

RunLoop 与线程是一一对应的。关系保存在一个全局字典里面，线程刚创建的时候，RunLoop 并没有创建，而是在第一次调用的时候才被创建，在线程结束的时候销毁。只能在线程内部调用它的RunLoop(主线程除外)

相关类

CoreFoundation 框架中，有5个关于 RunLoop 的类：
CFRunLoopRef
CFRunLoopModeRef
CFRunLoopSourceRef
CFRunLoopTimerRef
CFRunLoopObserverRef

框架中并没有暴露 CFRunLoopModeRef 的接口，而是通过 CFRunLoopRef 进行了封装。他们之间的关系如下：
这里写图片描述
一个 RunLoop 包括多个 Mode ，而一个 Mode 包含多个 Source 、Observer 、Timer 。一个 RunLoop 只能以一个 Mode 运行，切换 Mode 的话，必须退出 RunLoop ，再重新指定一个 Mode 进入。

CFRunLoopSourceRef

Source 是产生事件的地方，有两个版本。
1.Source 0 ,只包含一个函数指针，不能自动调用这个指针，而是手动调用 CFunLoopSourceSignal(source) 将这个 source 标记为待处理状态，然后调用 CFRunLoopWakeUp(runloop) 将 runloop 唤醒，让其处理这个 source
2.Source 1 ，包含一个 mach_port 和一个回调(函数指针)，port 即接口，用于内核和其他线程互相发送消息，后面会详细讲解他的用法。

CFRunLoopTimerRef

基于时间的触发器，包含一个时间长度和一个回调(函数指针),当时间点到达时，RunLoop 自动调用回调函数。

CFRunLoopObserverRef

观察者对象，可以观察 RunLoop 的各个状态，即每个观察者都有一个回调指针，当 RunLoop 状态发生变化时，观察者被调用。RunLoop 包括以下几种状态：

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
};

CFRunLoopModeRef

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
    CFRunLoopModeRef _currentMode;    // Current Runloop Mode
    CFMutableSetRef _modes;           // Set
    ...
};

RunLoopMode 与 RunLoop 的结构大致如上。
RunLoop 结构体中，有个 _commonModes 概念，Mode 可以把自己设置为 Common 状态(通过将自己的 ModeName 加入到 _commonModes 中，这样每次 RunLoop 的内容发生变化时， RunLoop 都会讲 _commonModeItems 中的 item 加入到 _commonModes 中的每个 Mode 中。

RunLoop 实现的功能

AutoReleasePool

自动释放池，假如将一段代码加入到自动释放池，那么里面使用到的对象，究竟是在什么时候被释放掉呢。
App启动后，苹果在主线程 RunLoop 里注册了两个 Observer，其回调都是 _wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler()。

第一个 Observer 监视的事件是 Entry(即将进入Loop)，其回调内会调用 _objc_autoreleasePoolPush() 创建自动释放池。其 order 是-2147483647，优先级最高，保证创建释放池发生在其他所有回调之前。

第二个 Observer 监视了两个事件： BeforeWaiting(准备进入休眠) 时调用_objc_autoreleasePoolPop() 和 _objc_autoreleasePoolPush() 释放旧的池并创建新池；Exit(即将退出Loop) 时调用 _objc_autoreleasePoolPop() 来释放自动释放池。这个 Observer 的 order 是 2147483647，优先级最低，保证其释放池子发生在其他所有回调之后。

在主线程执行的代码，通常是写在诸如事件回调、Timer回调内的。这些回调会被 RunLoop 创建好的 AutoreleasePool 环绕着，所以不会出现内存泄漏，开发者也不必显示创建 Pool 了。

事件响应

苹果注册了一个 Source1 (基于 mach port 的) 用来接收系统事件，其回调函数为 __IOHIDEventSystemClientQueueCallback()。

当一个硬件事件(触摸/锁屏/摇晃等)发生后，首先由 IOKit.framework 生成一个 IOHIDEvent 事件并由 SpringBoard 接收。这个过程的详细情况可以参考这里。SpringBoard 只接收按键(锁屏/静音等)，触摸，加速，接近传感器等几种 Event，随后用 mach port 转发给需要的App进程。随后苹果注册的那个 Source1 就会触发回调，并调用 _UIApplicationHandleEventQueue() 进行应用内部的分发。

_UIApplicationHandleEventQueue() 会把 IOHIDEvent 处理并包装成 UIEvent 进行处理或分发，其中包括识别 UIGesture/处理屏幕旋转/发送给 UIWindow 等。通常事件比如 UIButton 点击、touchesBegin/Move/End/Cancel 事件都是在这个回调中完成的。

手势响应

当上面的 _UIApplicationHandleEventQueue() 识别了一个手势时，其首先会调用 Cancel 将当前的 touchesBegin/Move/End 系列回调打断。随后系统将对应的 UIGestureRecognizer 标记为待处理。

苹果注册了一个 Observer 监测 BeforeWaiting (Loop即将进入休眠) 事件，这个Observer的回调函数是 _UIGestureRecognizerUpdateObserver()，其内部会获取所有刚被标记为待处理的 GestureRecognizer，并执行GestureRecognizer的回调。

当有 UIGestureRecognizer 的变化(创建/销毁/状态改变)时，这个回调都会进行相应处理。

界面更新

当在操作 UI 时，比如改变了 Frame、更新了 UIView/CALayer 的层次时，或者手动调用了 UIView/CALayer 的 setNeedsLayout/setNeedsDisplay方法后，这个 UIView/CALayer 就被标记为待处理，并被提交到一个全局的容器去。

苹果注册了一个 Observer 监听 BeforeWaiting(即将进入休眠) 和 Exit (即将退出Loop) 事件，回调去执行一个很长的函数：

_ZN2CA11Transaction17observer_callbackEP19__CFRunLoopObservermPv()。这个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。

这个函数内部的调用栈大概是这样的：

_ZN2CA11Transaction17observer_callbackEP19__CFRunLoopObservermPv()
    QuartzCore:CA::Transaction::observer_callback:
        CA::Transaction::commit();
            CA::Context::commit_transaction();
                CA::Layer::layout_and_display_if_needed();
                    CA::Layer::layout_if_needed();
                        [CALayer layoutSublayers];
                            [UIView layoutSubviews];
                    CA::Layer::display_if_needed();
                        [CALayer display];
                            [UIView drawRect];