[ios程序启动与运转]-RunLoop个人小结

  - 初始化UIApplication单例对象  - 初始化AppDelegate对象，并设为UIApplication对象的代理  - 检查Info.plist设置的xib文件是否有效，如果有则解冻Nib文件并设置outlets，创建显示key window、rootViewController、与rootViewController关联的根view（没有关联则看rootViewController同名的xib），否则launch之后由程序员手动加载。  - 建立一个主事件循环，其中包含UIApplication的Runloop来开始处理事件。

--一--Runloop

1、与线程和自动释放池相关：2、CFRunLoopRef构造：数据结构；创建与退出；mode切换和item依赖；Runloop启动         - CFRunLoopModeRef：数据结构（与CFRunLoopRef放一起了）；创建；类型；           modeItems：- CFRunLoopSourceRef：数据结构（source0/source1）；                             - source0 ：                             - source1 ：                      - CFRunLoopTimerRef：数据结构；创建与生效；相关类型（GCD的timer与CADisplayLink)                      - CFRunLoopObserverRef：数据结构；创建与添加；监听的状态；3、Runloop内部逻辑：关键在两个判断点（是否睡觉，是否退出）         - 代码实现：         - 函数作用栈显示：4、Runloop本质：mach port和mach_msg()。5、如何处理事件：         - 界面刷新：         - 手势识别：         - GCD任务：         - timer：（与CADisplayLink）         - 网络请求：6、应用：         - 滑动与图片刷新；         - 常驻子线程，保持子线程一直处理事件

Runloop

1、与线程和自动释放池相关：

Runloop的寄生于线程：一个线程只能有唯一对应的runloop；但这个根runloop里可以嵌套子runloops；
自动释放池寄生于Runloop：程序启动后，主线程注册了两个Observer监听runloop的进出与睡觉。一个最高优先级OB监测Entry状态；一个最低优先级OB监听BeforeWaiting状态和Exit状态。
线程(创建)-->runloop将进入-->最高优先级OB创建释放池-->runloop将睡-->最低优先级OB销毁旧池创建新池-->runloop将退出-->最低优先级OB销毁新池-->线程(销毁)

2、CFRunLoopRef构造：

数据结构：

// runloop数据结构struct __CFRunLoopMode {    CFStringRef _name;            // Mode名字,     CFMutableSetRef _sources0;    // Set<CFRunLoopSourceRef>    CFMutableSetRef _sources1;    // Set<CFRunLoopSourceRef>    CFMutableArrayRef _observers; // Array<CFRunLoopObserverRef>    CFMutableArrayRef _timers;    // Array<CFRunLoopTimerRef>    ...};// mode数据结构struct __CFRunLoop {    CFMutableSetRef _commonModes;     // Set<CFStringRef>    CFMutableSetRef _commonModeItems; // Set<Source/Observer/Timer>    CFRunLoopModeRef _currentMode;    // Current Runloop Mode    CFMutableSetRef _modes;           // Set<CFRunLoopModeRef>    ...};

创建与退出：mode切换和item依赖

a 主线程的runloop自动创建，子线程的runloop默认不创建（在子线程中调用NSRunLoop *runloop = [NSRunLoop currentRunLoop];获取RunLoop对象的时候，就会创建RunLoop）；b runloop退出的条件：app退出；线程关闭；设置最大时间到期；modeItem为空；c 同一时间一个runloop只能在一个mode，切换mode只能退出runloop，再重进指定mode（隔离modeItems使之互不干扰）；d 一个item可以加到不同mode；一个mode被标记到commonModes里（这样runloop不用切换mode）。

启动Runloop：

// 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最大时间（假无限循环），执行完毕是否退出int CFRunLoopRunInMode(CFStringRef modeName, CFTimeInterval seconds, Boolean stopAfterHandle) {    return CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopGetCurrent(), modeName, seconds, returnAfterSourceHandled);}

• CFRunLoopModeRef：
  数据结构（见上）；
  创建添加：runloop自动创建对应的mode；mode只能添加不能删除

  // 添加modeCFRunLoopAddCommonMode(CFRunLoopRef runloop, CFStringRef modeName);

类型：

1. kCFRunLoopDefaultMode: 默认 mode，通常主线程在这个 Mode 下运行。2. UITrackingRunLoopMode: 追踪mode，保证Scrollview滑动顺畅不受其他 mode 影响。3. UIInitializationRunLoopMode: 启动程序后的过渡mode，启动完成后就不再使用。4: GSEventReceiveRunLoopMode: Graphic相关事件的mode，通常用不到。5: kCFRunLoopCommonModes: 占位mode，作为标记DefaultMode和CommonMode用。

• modeItems：

// 添加移除item的函数（参数：添加/移除哪个item到哪个runloop的哪个mode下）CFRunLoopAddSource(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopSourceRef source, CFStringRef modeName);CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopObserverRef observer, CFStringRef modeName);CFRunLoopAddTimer(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopTimerRef timer, CFStringRef mode);CFRunLoopRemoveSource(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopSourceRef source, CFStringRef modeName);CFRunLoopRemoveObserver(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopObserverRef observer, CFStringRef modeName);CFRunLoopRemoveTimer(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopTimerRef timer, CFStringRef mode);

A-- CFRunLoopSourceRef：事件来源

按照官方文档CFRunLoopSourceRef为3类，但数据结构只有两类（？？？）Port-Based Sources:与内核端口相关Custom Input Sources:与自定义source相关Cocoa Perform Selector Sources:与PerformSEL方法相关）

数据结构（source0/source1）；

// source0 (manual): order(优先级)，callout(回调函数)CFRunLoopSource {order =..., {callout =... }}// source1 (mach port)：order(优先级)，port:(端口), callout(回调函数)CFRunLoopSource {order = ..., {port = ..., callout =...}

source0：event事件，只含有回调，需要标记待处理（signal），然后手动将runloop唤醒（wakeup）；
source1 ：包含一个 mach_port 和一个回调，被用于通过内核和其他线程发送的消息，能主动唤醒runloop。

B-- CFRunLoopTimerRef：系统内“定时闹钟”

NSTimer和performSEL方法实际上是对CFRunloopTimerRef的封装；runloop启动时设置的最大超时时间实际上是GCD的dispatch_source_t类型。

数据结构:

// Timer：interval:(闹钟间隔), tolerance:(延期时间容忍度)，callout(回调函数)CFRunLoopTimer {firing =..., interval = ...,tolerance = ...,next fire date = ...,callout = ...}

创建与生效；

//NSTimer：  // 创建一个定时器（需要手动加到runloop的mode中） + (NSTimer *)timerWithTimeInterval:(NSTimeInterval)ti invocation:(NSInvocation *)invocation repeats:(BOOL)yesOrNo;  // 默认已经添加到主线程的runLoop的DefaultMode中  + (NSTimer *)scheduledTimerWithTimeInterval:(NSTimeInterval)ti invocation:(NSInvocation *)invocation repeats:(BOOL)yesOrNo;// performSEL方法// 内部会创建一个Timer到当前线程的runloop中（如果当前线程没runloop则方法无效；performSelector:onThread: 方法放到指定线程runloop中）- (void)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(id)anArgument afterDelay:(NSTimeInterval)delay

相关类型（GCD的timer与CADisplayLink)

GCD的timer：
dispatch_source_t 类型，可以精确的参数，不用以来runloop和mode，性能消耗更小。

dispatch_source_set_timer(dispatch_source_t source, // 定时器对象                              dispatch_time_t start, // 定时器开始执行的时间                              uint64_t interval, // 定时器的间隔时间                              uint64_t leeway // 定时器的精度                              );

CADisplayLink ：
Timer的tolerance表示最大延期时间，如果因为阻塞错过了这个时间精度，这个时间点的回调也会跳过去，不会延后执行。
CADisplayLink 是一个和屏幕刷新率一致的定时器，如果在两次屏幕刷新之间执行了一个长任务，那其中就会有一帧被跳过去（和 NSTimer 相似，只是没有tolerance容忍时间），造成界面卡顿的感觉。

C--CFRunLoopObserverRef：监听runloop状态，接收回调信息（常见于自动释放池创建销毁）

数据结构:

// Observer：order(优先级)，ativity(监听状态)，callout(回调函数)CFRunLoopObserver {order = ..., activities = ..., callout = ...}

创建与添加；

// 第一个参数用于分配该observer对象的内存空间// 第二个参数用以设置该observer监听什么状态// 第三个参数用于标识该observer是在第一次进入run loop时执行还是每次进入run loop处理时均执行// 第四个参数用于设置该observer的优先级,一般为0// 第五个参数用于设置该observer的回调函数// 第六个参数observer的运行状态   CFRunLoopObserverCreateWithHandler(CFAllocatorGetDefault(), kCFRunLoopAllActivities, YES, 0, ^(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity) {      // 执行代码}

监听的状态；

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};

3、Runloop内部逻辑：关键在两个判断点（是否睡觉，是否退出）

• 代码实现：

// RunLoop的实现int CFRunLoopRunSpecific(runloop, modeName, seconds, stopAfterHandle) {    // 0.1 根据modeName找到对应mode    CFRunLoopModeRef currentMode = __CFRunLoopFindMode(runloop, modeName, false);    // 0.2 如果mode里没有source/timer/observer, 直接返回。    if (__CFRunLoopModeIsEmpty(currentMode)) return;    // 1.1 通知 Observers: RunLoop 即将进入 loop。---（OB会创建释放池）    __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopEntry);    // 1.2 内部函数，进入loop    __CFRunLoopRun(runloop, currentMode, seconds, returnAfterSourceHandled) {        Boolean sourceHandledThisLoop = NO;        int retVal = 0;        do {            // 2.1 通知 Observers: RunLoop 即将触发 Timer 回调。            __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeTimers);            // 2.2 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);            // 2.3 RunLoop 触发 Source0 (非port) 回调。            sourceHandledThisLoop = __CFRunLoopDoSources0(runloop, currentMode, stopAfterHandle);            // 执行被加入的block            __CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode);            // 2.4 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;            }            // 3.1 如果没有待处理消息，通知 Observers: RunLoop 的线程即将进入休眠(sleep)。--- (OB会销毁释放池并建立新释放池)            if (!sourceHandledThisLoop) {                __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeWaiting);            }            // 3.2. 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Source1 的事件。            // -  一个 Timer 到时间了            // -  RunLoop 启动时设置的最大超时时间到了            // -  被手动唤醒            __CFRunLoopServiceMachPort(waitSet, &msg, sizeof(msg_buffer), &livePort) {                mach_msg(msg, MACH_RCV_MSG, port); // thread wait for receive msg            }            // 3.3. 被唤醒，通知 Observers: RunLoop 的线程刚刚被唤醒了。            __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopAfterWaiting);            // 4.0 处理消息。            handle_msg:            // 4.1 如果消息是Timer类型，触发这个Timer的回调。            if (msg_is_timer) {                __CFRunLoopDoTimers(runloop, currentMode, mach_absolute_time())            }             // 4.2 如果消息是dispatch到main_queue的block，执行block。            else if (msg_is_dispatch) {                __CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__(msg);            }             // 4.3 如果消息是Source1类型，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);            // 5.1 如果处理事件完毕，启动Runloop时设置参数为一次性执行,设置while参数退出Runloop            if (sourceHandledThisLoop && stopAfterHandle) {                retVal = kCFRunLoopRunHandledSource;            // 5.2 如果启动Runloop时设置的最大运转时间到期，设置while参数退出Runloop            } else if (timeout) {                retVal = kCFRunLoopRunTimedOut;            // 5.3 如果启动Runloop被外部调用强制停止，设置while参数退出Runloop            } else if (__CFRunLoopIsStopped(runloop)) {                retVal = kCFRunLoopRunStopped;            // 5.4 如果启动Runloop的modeItems为空，设置while参数退出Runloop            } else if (__CFRunLoopModeIsEmpty(runloop, currentMode)) {                retVal = kCFRunLoopRunFinished;            }            // 5.5 如果没超时，mode里没空，loop也没被停止，那继续loop，回到第2步循环。        } while (retVal == 0);    }    // 6. 如果第6步判断后loop退出，通知 Observers: RunLoop 退出。--- (OB会销毁新释放池)    __CFRunLoopDoObservers(rl, currentMode, kCFRunLoopExit);}

• 函数作用栈显示：

{    // 1.1 通知Observers，即将进入RunLoop    // 此处有Observer会创建AutoreleasePool: _objc_autoreleasePoolPush();    __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopEntry);    do {        // 2.1 通知 Observers: 即将触发 Timer 回调。        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopBeforeTimers);        // 2.2 通知 Observers: 即将触发 Source (非基于port的,Source0) 回调。        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopBeforeSources);         // 执行Block        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_BLOCK__(block);        // 2.3 触发 Source0 (非基于port的) 回调。        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE0_PERFORM_FUNCTION__(source0);        // 执行Block        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_BLOCK__(block);        // 3.1 通知Observers，即将进入休眠        // 此处有Observer释放并新建AutoreleasePool: _objc_autoreleasePoolPop(); _objc_autoreleasePoolPush();        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopBeforeWaiting);        // 3.2 sleep to wait msg.        mach_msg() -> mach_msg_trap();        // 3.3 通知Observers，线程被唤醒        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopAfterWaiting);        // 4.1 如果是被Timer唤醒的，回调Timer        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_TIMER_CALLBACK_FUNCTION__(timer);        // 4.2 如果是被dispatch唤醒的，执行所有调用 dispatch_async 等方法放入main queue 的 block        __CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__(dispatched_block);        // 4.3 如果如果Runloop是被 Source1 (基于port的) 的事件唤醒了，处理这个事件        __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE1_PERFORM_FUNCTION__(source1);        // 5. 退出判断函数调用栈无显示    } while (...);    // 6. 通知Observers，即将退出RunLoop    // 此处有Observer释放AutoreleasePool: _objc_autoreleasePoolPop();    __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopExit);}

一步一步写具体的实现逻辑过于繁琐不便理解，按Runloop状态大致分为：

1- Entry：通知OB（创建pool）；2- 执行阶段：按顺序通知OB并执行timer，source0；若有source1执行source1；3- 休眠阶段：利用mach_msg判断进入休眠，通知OB（pool的销毁重建）；被消息唤醒通知OB；4- 执行阶段：按消息类型处理事件；5- 判断退出条件：如果符合退出条件（一次性执行，超时，强制停止，modeItem为空）则退出，否则回到第2阶段；6- Exit：通知OB（销毁pool）。

4、Runloop本质：mach port和mach_msg()。

Mach是XNU的内核，进程、线程和虚拟内存等对象通过端口发消息进行通信，Runloop通过mach_msg()函数发送消息，如果没有port 消息，内核会将线程置于等待状态 mach_msg_trap() 。如果有消息，判断消息类型处理事件，并通过modeItem的callback回调(处理事件的具体执行是在DoBlock里还是在回调里目前我还不太明白？？？)。

Runloop有两个关键判断点，一个是通过msg决定Runloop是否等待，一个是通过判断退出条件来决定Runloop是否循环。

5、如何处理事件：

• 界面刷新：
  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。

• 事件响应：
  当一个硬件事件(触摸/锁屏/摇晃/加速等)发生后，首先由 IOKit.framework 生成一个 IOHIDEvent 事件并由 SpringBoard 接收， 随后由mach port 转发给需要的App进程。
  苹果注册了一个 Source1 (基于 mach port 的) 来接收系统事件，通过回调函数触发Sourece0（所以UIEvent实际上是基于Source0的），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。

• 手势识别：
  如果上一步的 _UIApplicationHandleEventQueue() 识别到是一个guesture手势，会调用Cancel方法将当前的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，其回调函数为 _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。

• GCD任务：
  当调用 dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), block) 时，libDispatch 会向主线程的 RunLoop 发送消息，RunLoop会被唤醒，并从消息中取得这个 block，并在回调里执行这个 block。Runloop只处理主线程的block，dispatch 到其他线程仍然是由 libDispatch 处理的。

• timer：（见上modeItem部分）

• 网络请求：
  关于网络请求的接口:最底层是Cfsocket层，然后是CFNetwork将其封装，然后是NSURLConnection对CFNetwork进行面向对象的封装，NSURLsession 是 iOS7 中新增的接口，也用到NSURLConnection的loader线程。所以还是以NSURLConnection为例。
  当开始网络传输时，NSURLConnection 创建了两个新线程：com.apple.NSURLConnectionLoader 和 com.apple.CFSocket.private。其中 CFSocket 线程是处理底层 socket 连接的。NSURLConnectionLoader 这个线程内部会使用 RunLoop 来接收底层 socket 的事件，并通过之前添加的 Source0 通知到上层的 Delegate。

  

6、应用：

• 滑动与图片刷新；
  当tableview的cell上有需要从网络获取的图片的时候，滚动tableView，异步线程会去加载图片，加载完成后主线程就会设置cell的图片，但是会造成卡顿。可以让设置图片的任务在CFRunLoopDefaultMode下进行，当滚动tableView的时候，RunLoop是在 UITrackingRunLoopMode 下进行，不去设置图片，而是当停止的时候，再去设置图片。

- (void)viewDidLoad {  [super viewDidLoad];  // 只在NSDefaultRunLoopMode下执行(刷新图片)  [self.myImageView performSelector:@selector(setImage:) withObject:[UIImage imageNamed:@""] afterDelay:ti inModes:@[NSDefaultRunLoopMode]];    }

• 常驻子线程，保持子线程一直处理事件
  为了保证线程长期运转，可以在子线程中加入RunLoop，并且给Runloop设置item，防止Runloop自动退出。

+ (void)networkRequestThreadEntryPoint:(id)__unused object {    @autoreleasepool {        [[NSThread currentThread] setName:@"AFNetworking"];        NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];        [runLoop addPort:[NSMachPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];        [runLoop run];    }}+ (NSThread *)networkRequestThread {    static NSThread *_networkRequestThread = nil;    static dispatch_once_t oncePredicate;    dispatch_once(&oncePredicate, ^{        _networkRequestThread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(networkRequestThreadEntryPoint:) object:nil];        [_networkRequestThread start];    });    return _networkRequestThread;}- (void)start {    [self.lock lock];    if ([self isCancelled]) {        [self performSelector:@selector(cancelConnection) onThread:[[self class] networkRequestThread] withObject:nil waitUntilDone:NO modes:[self.runLoopModes allObjects]];    } else if ([self isReady]) {        self.state = AFOperationExecutingState;        [self performSelector:@selector(operationDidStart) onThread:[[self class] networkRequestThread] withObject:nil waitUntilDone:NO modes:[self.runLoopModes allObjects]];     [self.lock unlock];

}   }