文章目录
- 一、RunLoop简介
- 1.RunLoop介绍
- 2.RunLoop功能
- 3.RunLoop使用场景
- 4.Run Loop 与线程
- 5.RunLoop源代码和模型图
- 二、RunLoop Mode
- 1.CFRunLoopModeRef
- 2.RunLoop Mode的五种模式
- 3.RunLoop Mode使用
- 三、RunLoop Source
- 1.CFRunLoopSourceRef
- sourc0：
- source1:
- 2.CFRunLoopTimerRef
- 3.CFRunLoopObserverRef
- 四、RunLoop实现
- 1.获取RunLoop对象
- 2.添加Mode
- 3.添加Run Loop Source（ModeItem）
- 五、RunLoop实现逻辑
一、RunLoop简介
1.RunLoop介绍
一个线程一次只能执行一个任务，执行完毕后就会退出。如果需要一个机制，让线程能随时处理事件，处理完毕后并不退出，代码逻辑是这样的：
do {
//获取消息
//处理消息
} while (消息 ！= 退出)
这种模型通常被称为Event Loop，Event loop 在很多系统和框架都有实现。例如：Node.js 的事件处理，Windows 程序的消息循环，而在macOS、iOS中就是Run Loop。
简单的说RunLoop其实就是一种循环，通过这种循环得以让应用程序持续运行，让线程能随时处理事件，并在线程需要进行事件处理时忙起来，在不需要进行事件处理时闲下来。
2.RunLoop功能
- 保持程序的持续运行
- 处理app中各种事件
- 节省CPU资源，提高程序性能：该做事时做事，该休眠时休眠。并且休眠时不占用CPU
3.RunLoop使用场景
只有在创建辅助线程时，才需要显式启动RunLoop。app 启动过程中主线程会自动启动RunLoop。即使用 Xcode 提供的模版创建 app，无需为主线程显式启动RunLoop。
RunLoop用于需要与线程交互的情况。对于辅助线程，根据需要配置、启动 RunLoop，但并非所有线程都需要使用 RunLoop。例如，执行一些长时间运行的固定任务，则无需启动RunLoop。如有以下需求，则需要启动RunLoop：
- 使用端口或自定义 input source 与其他线程通讯。
- 在线程上使用计时器。
- 使用任一 performSelector 方法。
- 线程需要定期执行任务。
RunLoop 的配置和启动也很简单，但需要在某些条件下退出 RunLoop。最好清理所有工作后退出RunLoop，而非强制终止线程。
4.Run Loop 与线程
下图为RunLoop与线程的关系：
Runloop 在线程中的作用主要是从 input source 和 timer source 接受事件，然后在线程中处理事件。
输入源（Input source）：异步传递事件，通常是从其他线程、app 发送的消息。
计时器源（Timer source）：同步传递事件，这些事件在计划的时间、间隔触发。
Input source 传递异步事件到对应处理程序，并退出runUntilDate:方法。Timer source 传递事件到对应处理程序，但不会退出 run loop。
runUntilDate:方法在指定时间到达前会保持RunLoop 处于运行状态，RunLoop运行时会处理 input source 的各种事件。
Runloop 和线程是绑定在一起的。每个线程（包括主线程）都有一个对应的 Runloop 对象。我们并不能自己创建 Runloop 对象，但是可以获取到系统提供的 Runloop 对象。
主线程的 Runloop 会在应用启动的时候完成启动，其他线程的 Runloop 默认并不会启动，需要我们手动启动。
除处理 input source 传递的任务，RunLoop还会发送其当前状态的通知。注册观察RunLoop状态变化，可以在状态变化时进行额外工作。使用 Core Foundation 的CFRunLoopObserverCreate()或CFRunLoopObserverCreateWithHandler()方法创建观察者，CFRunLoopAddObserver()方法添加观察者，最后使用CFRelease()释放observer。
5.RunLoop源代码和模型图
struct __CFRunLoop {
CFRuntimeBase _base;
pthread_mutex_t _lock; /* locked for accessing mode list */
__CFPort _wakeUpPort; // used for CFRunLoopWakeUp 内核向该端口发送消息可以唤醒runloop
Boolean _unused;
volatile _per_run_data *_perRunData; // reset for runs of the run loop
pthread_t _pthread; //RunLoop对应的线程
uint32_t _winthread;
CFMutableSetRef _commonModes; //存储的是字符串，记录所有标记为common的mode
CFMutableSetRef _commonModeItems;//存储所有commonMode的item(source、timer、observer)
CFRunLoopModeRef _currentMode; //当前运行的mode
CFMutableSetRef _modes; //存储的是CFRunLoopModeRef
struct _block_item *_blocks_head;//doblocks的时候用到
struct _block_item *_blocks_tail;
CFTypeRef _counterpart;
};
通过代码不难发现RunLoop其实也是个对象，一个RunLoop对象，主要包含了一个线程，若干个Mode，若干个commonMode，若干个commonModeItems还有一个当前运行的Mode（currentMode）。
二、RunLoop Mode
1.CFRunLoopModeRef
RunLoop的Mode属于CFRunLoopModeRef类，其代码结构如下：
typedef struct __CFRunLoopMode *CFRunLoopModeRef;
struct __CFRunLoopMode {
CFRuntimeBase _base;
pthread_mutex_t _lock; /* must have the run loop locked before locking this */
CFStringRef _name; //mode名称，运行模式是通过名称来识别的
Boolean _stopped; //mode是否被终止
char _padding[3];
//整个结构体最核心的部分
------------------------------------------
CFMutableSetRef _sources0; // Sources0
CFMutableSetRef _sources1; // Sources1
CFMutableArrayRef _observers; // 观察者
CFMutableArrayRef _timers; // 定时器
------------------------------------------
CFMutableDictionaryRef _portToV1SourceMap;//字典 key是mach_port_t，value是CFRunLoopSourceRef
__CFPortSet _portSet;//保存所有需要监听的port，比如_wakeUpPort，_timerPort都保存在这个数组中
CFIndex _observerMask;
#if USE_DISPATCH_SOURCE_FOR_TIMERS
dispatch_source_t _timerSource;
dispatch_queue_t _queue;
Boolean _timerFired; // set to true by the source when a timer has fired
Boolean _dispatchTimerArmed;
#endif
#if USE_MK_TIMER_TOO
mach_port_t _timerPort;
Boolean _mkTimerArmed;
#endif
#if DEPLOYMENT_TARGET_WINDOWS
DWORD _msgQMask;
void (*_msgPump)(void);
#endif
uint64_t _timerSoftDeadline; /* TSR */
uint64_t _timerHardDeadline; /* TSR */
};
- 通过源代码可以看出一个CFRunLoopModeRef对象有一个name，若干source0，source1，timer，observer和port，可以看出来事件都是由mode在管理，而RunLoop管理着Mode。
- Runloop Mode 实际上是 Source，Timer 和 Observer 的集合，不同的 Mode 把不同组的
Source，Timer 和 Observer 隔绝开来。Runloop 在某个时刻只能跑在一个 Mode 下（这个 mode 被称作 currentMode），处理这一个 Mode当中的 Source，Timer 和 Observer。如果需要切换 mode，需退出 loop，重新进入要切换的 mode。这样做可以隔离不同组 source、timer、observer，让其互不影响。
正如下图所示：
Mode 可用于过滤不需要的 source。大部分情况下，使用系统定义的 default mode 即可。UIScrollView滑动时主线程会进入UITrackingRunLoopMode。此时，只有与UITrackingRunLoopMode关联的 mode 可以向主线程传递事件。对于辅助线程，可以使用自定义 mode 来防止低优先级 source 在时间紧迫的操作期间传递事件。
2.RunLoop Mode的五种模式
- NSDefaultRunLoopMode：App的默认Mode，通常主线程是在这个Mode下运行
- NSConnectionReplyMode：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
- NSModalPanelRunLoopMode：当应用程序显示一个模态对话框时使用此模式。在此模式下，RunLoop只处理与模态面板相关的事件，忽略其他非模态事件，确保用户只能与模态面板交互。
- NSEventTrackingRunLoopMode：接受系统事件的内部 Mode，通常用不到
- NSRunLoopCommonModes：这不是一个单一的模式，而是一个特殊的集合，包含了多个模式，其中最典型的就是默认模式（NSDefaultRunLoopMode）和事件跟踪模式（NSEventTrackingRunLoopMode）。将输入源（如定时器）添加到NSRunLoopCommonModes，意味着它会在所有包含的模式下有效，即使RunLoop切换模式也不会停止工作。
CommonModes：一个 Mode 可以将自己标记为”Common”属性（通过将其 ModeName 添加到 RunLoop 的
“commonModes” 中）。每当 RunLoop 的内容发生变化时，RunLoop 都会自动将 _commonModeItems 里的
Source/Observer/Timer 同步到具有 “Common” 标记的所有Mode里。
3.RunLoop Mode使用
CFRunLoop对外暴露的管理 Mode 接口只有下面2个:
CFRunLoopAddCommonMode(CFRunLoopRef runloop, CFStringRef modeName);
CFRunLoopRunInMode(CFStringRef modeName, ...);
Mode 暴露的管理 mode item 的接口有下面几个：
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);
- 只能通过 mode name 来操作内部的 mode，当你传入一个新的 mode name 但 RunLoop 内部没有对应 mode
时，RunLoop会自动帮你创建对应的 CFRunLoopModeRef。 - 对于一个 RunLoop 来说，其内部的 mode 只能增加不能删除。
官方公开提供的 Mode 有两个：kCFRunLoopDefaultMode (NSDefaultRunLoopMode) 和 UITrackingRunLoopMode，你可以用这两个 Mode Name 来操作其对应的 Mode。
公开提供的 Mode 有两个：kCFRunLoopDefaultMode (NSDefaultRunLoopMode) 和 UITrackingRunLoopMode，你可以用这两个 Mode Name 来操作其对应的 Mode。
同时官方还提供了一个操作 Common 标记的字符串：kCFRunLoopCommonModes (NSRunLoopCommonModes)，你可以用这个字符串来操作 Common Items，或标记一个 Mode 为 “Common”。使用时注意区分这个字符串和其他 mode name。
三、RunLoop Source
Run Loop Source分为Source、Observer、Timer三种，他们统称为ModeItem。
1.CFRunLoopSourceRef
根据官方描述，CFRunLoopSourceRef是input sources的抽象。
CFRunLoopSource分为Source0和Source1两个版本。
它的结构如下：
struct __CFRunLoopSource {
CFRuntimeBase _base;
uint32_t _bits; //用于标记Signaled状态，source0只有在被标记为Signaled状态，才会被处理
pthread_mutex_t _lock;
CFIndex _order; /* immutable */
CFMutableBagRef _runLoops;
union {
CFRunLoopSourceContext version0; /* immutable, except invalidation */
CFRunLoopSourceContext1 version1; /* immutable, except invalidation */
} _context;
};
sourc0：
是App内部事件，由App自己管理的UIEvent、CFSocket都是source0。当一个source0事件准备执行的时候，必须要先把它标记为signal状态，以下是source0的结构体：
typedef struct {
CFIndex version;
void * info;
const void *(*retain)(const void *info);
void (*release)(const void *info);
CFStringRef (*copyDescription)(const void *info);
Boolean (*equal)(const void *info1, const void *info2);
CFHashCode (*hash)(const void *info);
void (*schedule)(void *info, CFRunLoopRef rl, CFRunLoopMode mode);
void (*cancel)(void *info, CFRunLoopRef rl, CFRunLoopMode mode);
void (*perform)(void *info);
} CFRunLoopSourceContext;
source0是非基于Port的。只包含了一个回调（函数指针），它并不能主动触发事件。使用时，你需要先调用 CFRunLoopSourceSignal(source)，将这个 Source 标记为待处理，然后手动调用 CFRunLoopWakeUp(runloop) 来唤醒 RunLoop，让其处理这个事件。适用于那些不需要底层硬件或系统事件驱动的场景，比如基于条件的任务，当满足某个条件时手动触发。
source1:
source1由RunLoop和内核管理，source1带有mach_port_t，可以接收内核消息并触发回调，以下是source1的结构体：
typedef struct {
CFIndex version;
void * info;
const void *(*retain)(const void *info);
void (*release)(const void *info);
CFStringRef (*copyDescription)(const void *info);
Boolean (*equal)(const void *info1, const void *info2);
CFHashCode (*hash)(const void *info);
#if (TARGET_OS_MAC && !(TARGET_OS_EMBEDDED || TARGET_OS_IPHONE)) || (TARGET_OS_EMBEDDED || TARGET_OS_IPHONE)
mach_port_t (*getPort)(void *info);
void * (*perform)(void *msg, CFIndex size, CFAllocatorRef allocator, void *info);
#else
void * (*getPort)(void *info);
void (*perform)(void *info);
#endif
} CFRunLoopSourceContext1;
Source1包含了mach_port和一个回调（函数指针），Source1可以监听系统端口，通过内核和其他线程通信，接收、分发系统事件，他能主动唤醒RunLoop（由操作系统内核进行管理）。并且Source1在处理的时候会分发一些操作给Source0去处理。广泛应用于处理系统级事件，如触摸事件、摇晃、锁屏等，以及进程间通信（IPC）。由于它直接与系统内核和其他进程或线程的事件交互，因此可以实现高效的事件传递和响应。
2.CFRunLoopTimerRef
CFRunLoopTimer是基于时间的触发器，其包含一个时间长度、一个回调（函数指针）。当其加入runloop时，runloop会注册对应的时间点，当时间点到时，runloop会被唤醒以执行那个回调。
并且CFRunLoopTimer和NSTimer是toll-free bridged（对象桥接），可以相互转换。其结构如下：
struct __CFRunLoopTimer {
CFRuntimeBase _base;
uint16_t _bits; //标记fire状态
pthread_mutex_t _lock;
CFRunLoopRef _runLoop; //添加该timer的runloop
CFMutableSetRef _rlModes; //存放所有 包含该timer的 mode的 modeName，意味着一个timer可能会在多个mode中存在
CFAbsoluteTime _nextFireDate;
CFTimeInterval _interval; //理想时间间隔 /* immutable */
CFTimeInterval _tolerance; //时间偏差 /* mutable */
uint64_t _fireTSR; /* TSR units */
CFIndex _order; /* immutable */
CFRunLoopTimerCallBack _callout; /* immutable */
CFRunLoopTimerContext _context; /* immutable, except invalidation */
};
Timer source 在预设时间将事件同步传递到线程。Timer 是线程通知自己执行任务的一种方式。例如，用户在搜索框键入字符时，使用计时器间隔指定时间搜索一次，以便用户输入更多文字，也可以提高性能。
尽管 Timer 会产生基于时间的通知，但它不是实时的机制。与 input source 一样，timer 也与RunLoop Mode 关联。如果计时器触发时，RunLoop正在执行其他回调，计时器会等待 RunLoop执行其回调；如果RunLoop未运行，timer 永不触发。
计时器可以配置为一次性或重复生成事件。重复计时器会根据计划的触发时间，而非实际触发时间，自动重新计划自身。例如，计时器计划在指定时间触发，并每5秒触发一次，则触发时间永远会落在原始时间的5秒间隔上。如果触发时间被延误很多，导致缺少一个或多个触发时间，计时器将在错过的时间段内仅触发一次。此后，计时器将重新计划下一个计划的触发时间。
对于NSTimer，当我们用scheduledTimerWithTimeInterval方法初始化定时器时
[NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:2.0 target:self selector:@selector(run) userInfo:nil repeats:YES];
系统会将NSTimer自动加入NSDefaultRunLoopMode模式中，所以所以它就等同于下面代码：
NSTimer *timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:2.0 target:self selector:@selector(run) userInfo:nil repeats:YES];
[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode];
3.CFRunLoopObserverRef
CFRunLoopObserverRef是观察者可以观察Runloop的各种状态，每个Observer都包含了一个回调（函数指针），当RunLoop的状态发生变化时，观察者就能通过回调接收到这个变化。
typedef struct __CFRunLoopObserver * CFRunLoopObserverRef;
struct __CFRunLoopObserver {
CFRuntimeBase _base;
pthread_mutex_t _lock;
CFRunLoopRef _runLoop;//监听的RunLoop
CFIndex _rlCount;//添加该Observer的RunLoop对象个数
CFOptionFlags _activities; /* immutable */
CFIndex _order;//同时间最多只能监听一个
CFRunLoopObserverCallBack _callout;//监听的回调
CFRunLoopObserverContext _context;//上下文用于内存管理
};
Run loop 可观察时间点有以下几个：
/* Run Loop Observer Activities */
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，但还未执行将其唤醒的任务。
kCFRunLoopExit = (1UL << 7), // 即将退出 loop
kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU // 观察所有状态变化
};
Runloop 通过监控 Source 来决定有没有任务要做，除此之外，我们还可以用 Runloop Observer 来监控 Runloop 本身的状态。 Runloop Observer 可以监控上面的 Runloop 事件，具体流程如下图：
这六种状态都可以被observer观察到，我们也可以利用这一方法写一些特殊事件，创建监听，监听RunLoop的状态变化：
// 创建 observer
CFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreateWithHandler(kCFAllocatorDefault, kCFRunLoopAllActivities, YES, 0, ^(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity) {
switch (activity) {
case kCFRunLoopEntry:
NSLog(@"kCFRunLoopEntry -- %@", CFRunLoopCopyCurrentMode(CFRunLoopGetCurrent()));
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:
NSLog(@"default");
break;
}
});
// 将 observer 添加到主线程的 run loop 的 common modes
CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetMain(), observer, kCFRunLoopCommonModes);
// 释放 observer
CFRelease(observer);
四、RunLoop实现
1.获取RunLoop对象
需要知道的是RunLoop对象不能手动创建，前面提到每个线程都有一个RunLoop对象所以只能通过线程来获取对应的RunLoop对象。
Runloop对象主要有两种获取方式：
// Foundation
NSRunLoop *runloop = [NSRunLoop currentRunLoop]; // 获得当前RunLoop对象
NSRunLoop *runloop = [NSRunLoop mainRunLoop]; // 获得主线程的RunLoop对象
NSRunloop类是Fundation框架中Runloop的对象，并且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。
// Core Foundation
CFRunLoopRef runloop = CFRunLoopGetCurrent(); // 获得当前RunLoop对象
CFRunLoopRef runloop = CFRunLoopGetMain(); // 获得主线程的RunLoop对象
CFRunLoopRef类是CoreFoundation框架中Runloop的对象，并且其提供了纯C语言函数的API，所有这些API都是线程安全。
CoreFoundation框架中这两个函数的具体实现：
CFRunLoopRef CFRunLoopGetCurrent(void) {
CHECK_FOR_FORK();
CFRunLoopRef rl = (CFRunLoopRef)_CFGetTSD(__CFTSDKeyRunLoop);
if (rl) return rl;
return _CFRunLoopGet0(pthread_self());
}
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;
}
这两个方法里都是调用了_CFRunLoopGet0这个方法实现传入线程的函数，下面看下CFRunLoopGet0的结构：
static CFMutableDictionaryRef __CFRunLoops = NULL;
static CFSpinLock_t loopsLock = CFSpinLockInit;
// t==0 is a synonym for "main thread" that always works
//根据线程取RunLoop
CF_EXPORT CFRunLoopRef _CFRunLoopGet0(pthread_t t) {
if (pthread_equal(t, kNilPthreadT)) {
t = pthread_main_thread_np();
}
__CFSpinLock(&loopsLock);
//如果存储RunLoop的字典不存在
if (!__CFRunLoops) {
__CFSpinUnlock(&loopsLock);
//创建一个临时字典dict
CFMutableDictionaryRef dict = CFDictionaryCreateMutable(kCFAllocatorSystemDefault, 0, NULL, &kCFTypeDictionaryValueCallBacks);
//创建主线程的RunLoop
CFRunLoopRef mainLoop = __CFRunLoopCreate(pthread_main_thread_np());
//把主线程的RunLoop保存到dict中，key是线程，value是RunLoop
CFDictionarySetValue(dict, pthreadPointer(pthread_main_thread_np()), mainLoop);
//此处NULL和__CFRunLoops指针都指向NULL，匹配，所以将dict写到__CFRunLoops
if (!OSAtomicCompareAndSwapPtrBarrier(NULL, dict, (void * volatile *)&__CFRunLoops)) {
//释放dict
CFRelease(dict);
}
//释放mainrunloop
CFRelease(mainLoop);
__CFSpinLock(&loopsLock);
}
//以上说明，第一次进来的时候，不管是getMainRunloop还是get子线程的runloop，主线程的runloop总是会被创建
//从字典__CFRunLoops中获取传入线程t的runloop
CFRunLoopRef loop = (CFRunLoopRef)CFDictionaryGetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t));
__CFSpinUnlock(&loopsLock);
//如果没有获取到
if (!loop) {
//根据线程t创建一个runloop
CFRunLoopRef newLoop = __CFRunLoopCreate(t);
__CFSpinLock(&loopsLock);
loop = (CFRunLoopRef)CFDictionaryGetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t));
if (!loop) {
//把newLoop存入字典__CFRunLoops，key是线程t
CFDictionarySetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t), newLoop);
loop = newLoop;
}
// don't release run loops inside the loopsLock, because CFRunLoopDeallocate may end up taking it
__CFSpinUnlock(&loopsLock);
CFRelease(newLoop);
}
//如果传入线程就是当前线程
if (pthread_equal(t, pthread_self())) {
_CFSetTSD(__CFTSDKeyRunLoop, (void *)loop, NULL);
if (0 == _CFGetTSD(__CFTSDKeyRunLoopCntr)) {
//注册一个回调，当线程销毁时，销毁对应的RunLoop
_CFSetTSD(__CFTSDKeyRunLoopCntr, (void *)(PTHREAD_DESTRUCTOR_ITERATIONS-1), (void (*)(void *))__CFFinalizeRunLoop);
}
}
return loop;
}
这段代码可以得出以下结论：
- RunLoop和线程的一一对应的，对应的方式是以key-value的方式保存在一个全局字典中
- 主线程的RunLoop会在初始化全局字典时创建
- 子线程的RunLoop会在第一次获取的时候创建，如果不获取的话就一直不会被创建
- RunLoop会在线程销毁时销毁
2.添加Mode
对于Mode苹果官方提供了以下三个接口：
//向当前RunLoop的common modes中添加一个mode。
CFRunLoopAddCommonMode(CFRunLoopRef rl, CFStringRef mode)
//返回当前运行的mode的name
CFRunLoopCopyCurrentMode(CFRunLoopRef rl)
//返回当前RunLoop的所有mode
CFRunLoopCopyAllModes(CFRunLoopRef rl)
我们没有办法直接创建一个CFRunLoopMode对象，但是我们可以调用CFRunLoopAddCommonMode方法传入一个字符串向RunLoop中添加Mode，传入的字符串即为Mode的名字，Mode对象应该是此时在RunLoop内部创建的。
下面是CFRunLoopAddCommonMode源码：
void CFRunLoopAddCommonMode(CFRunLoopRef rl, CFStringRef modeName) {
CHECK_FOR_FORK();
if (__CFRunLoopIsDeallocating(rl)) return;
__CFRunLoopLock(rl);
//看rl中是否已经有这个mode，如果有就什么都不做
if (!CFSetContainsValue(rl->_commonModes, modeName)) {
CFSetRef set = rl->_commonModeItems ? CFSetCreateCopy(kCFAllocatorSystemDefault, rl->_commonModeItems) : NULL;
//把modeName添加到RunLoop的_commonModes中
CFSetAddValue(rl->_commonModes, modeName);
if (NULL != set) {
CFTypeRef context[2] = {rl, modeName};
/* add all common-modes items to new mode */
//这里调用CFRunLoopAddSource/CFRunLoopAddObserver/CFRunLoopAddTimer的时候会调用
//__CFRunLoopFindMode(rl, modeName, true)，CFRunLoopMode对象在这个时候被创建
CFSetApplyFunction(set, (__CFRunLoopAddItemsToCommonMode), (void *)context);
CFRelease(set);
}
} else {
}
__CFRunLoopUnlock(rl);
}
- modeName不能重复，modeName是mode的唯一标识符
- RunLoop的_commonModes数组存放所有被标记为common的mode的名称（name）
- 添加commonMode会把commonModeItems数组中的所有source同步到新添加的mode中
- CFRunLoopMode对象在CFRunLoopAddItemsToCommonMode函数中调用CFRunLoopFindMode时被创建
3.添加Run Loop Source（ModeItem）
在RunLoop Mode部分已经介绍过管理RunLoop Source的几个接口方法，这里就不再赘述。
CFRunLoopAddSource的代码结构如下：
//添加source事件
void CFRunLoopAddSource(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopSourceRef rls, CFStringRef modeName) { /* DOES CALLOUT */
CHECK_FOR_FORK();
if (__CFRunLoopIsDeallocating(rl)) return;
if (!__CFIsValid(rls)) return;
Boolean doVer0Callout = false;
__CFRunLoopLock(rl);
//如果是kCFRunLoopCommonModes
if (modeName == kCFRunLoopCommonModes) {
//如果runloop的_commonModes存在，则copy一个新的复制给set
CFSetRef set = rl->_commonModes ? CFSetCreateCopy(kCFAllocatorSystemDefault, rl->_commonModes) : NULL;
//如果runl _commonModeItems为空
if (NULL == rl->_commonModeItems) {
//先初始化
rl->_commonModeItems = CFSetCreateMutable(kCFAllocatorSystemDefault, 0, &kCFTypeSetCallBacks);
}
//把传入的CFRunLoopSourceRef加入_commonModeItems
CFSetAddValue(rl->_commonModeItems, rls);
//如果刚才set copy到的数组里有数据
if (NULL != set) {
CFTypeRef context[2] = {rl, rls};
/* add new item to all common-modes */
//则把set里的所有mode都执行一遍__CFRunLoopAddItemToCommonModes函数
CFSetApplyFunction(set, (__CFRunLoopAddItemToCommonModes), (void *)context);
CFRelease(set);
}
//以上分支的逻辑就是，如果你往kCFRunLoopCommonModes里面添加一个source，那么所有_commonModes里的mode都会添加这个source
} else {
//根据modeName查找mode
CFRunLoopModeRef rlm = __CFRunLoopFindMode(rl, modeName, true);
//如果_sources0不存在，则初始化_sources0，_sources0和_portToV1SourceMap
if (NULL != rlm && NULL == rlm->_sources0) {
rlm->_sources0 = CFSetCreateMutable(kCFAllocatorSystemDefault, 0, &kCFTypeSetCallBacks);
rlm->_sources1 = CFSetCreateMutable(kCFAllocatorSystemDefault, 0, &kCFTypeSetCallBacks);
rlm->_portToV1SourceMap = CFDictionaryCreateMutable(kCFAllocatorSystemDefault, 0, NULL, NULL);
}
//如果_sources0和_sources1中都不包含传入的source
if (NULL != rlm && !CFSetContainsValue(rlm->_sources0, rls) && !CFSetContainsValue(rlm->_sources1, rls)) {
//如果version是0，则加到_sources0
if (0 == rls->_context.version0.version) {
CFSetAddValue(rlm->_sources0, rls);
//如果version是1，则加到_sources1
} else if (1 == rls->_context.version0.version) {
CFSetAddValue(rlm->_sources1, rls);
__CFPort src_port = rls->_context.version1.getPort(rls->_context.version1.info);
if (CFPORT_NULL != src_port) {
//此处只有在加到source1的时候才会把souce和一个mach_port_t对应起来
//可以理解为，source1可以通过内核向其端口发送消息来主动唤醒runloop
CFDictionarySetValue(rlm->_portToV1SourceMap, (const void *)(uintptr_t)src_port, rls);
__CFPortSetInsert(src_port, rlm->_portSet);
}
}
__CFRunLoopSourceLock(rls);
//把runloop加入到source的_runLoops中
if (NULL == rls->_runLoops) {
rls->_runLoops = CFBagCreateMutable(kCFAllocatorSystemDefault, 0, &kCFTypeBagCallBacks); // sources retain run loops!
}
CFBagAddValue(rls->_runLoops, rl);
__CFRunLoopSourceUnlock(rls);
if (0 == rls->_context.version0.version) {
if (NULL != rls->_context.version0.schedule) {
doVer0Callout = true;
}
}
}
if (NULL != rlm) {
__CFRunLoopModeUnlock(rlm);
}
}
__CFRunLoopUnlock(rl);
if (doVer0Callout) {
// although it looses some protection for the source, we have no choice but
// to do this after unlocking the run loop and mode locks, to avoid deadlocks
// where the source wants to take a lock which is already held in another
// thread which is itself waiting for a run loop/mode lock
rls->_context.version0.schedule(rls->_context.version0.info, rl, modeName); /* CALLOUT */
}
}
通过添加source的这段代码可以得出如下结论：
- 如果modeName传入kCFRunLoopCommonModes，则该source会被保存到RunLoop的_commonModeItems中
- 如果modeName传入kCFRunLoopCommonModes，则该source会被添加到所有commonMode中
- 如果modeName传入的不是kCFRunLoopCommonModes，则会先查找该Mode，如果没有，会创建一个
同一个source在一个mode中只能被添加一次
五、RunLoop实现逻辑
//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的超时时间
int CFRunLoopRunInMode(CFStringRef modeName, CFTimeInterval seconds, Boolean stopAfterHandle) {
return CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopGetCurrent(), modeName, seconds, returnAfterSourceHandled);
}
//RunLoop的实现
int CFRunLoopRunSpecific(runloop, modeName, seconds, stopAfterHandle) {
//首先根据modeName找到对应的mode
CFRunLoopModeRef currentMode = __CFRunLoopFindMode(runloop, modeName, false);
//如果该mode中没有source/timer/observer，直接返回
if (__CFRunLoopModeIsEmpty(currentMode)) return;
//1.通知Observers：RunLoop即将进入loop
__CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopEntry);
//调用函数__CFRunLoopRun 进入loop
__CFRunLoopRun(runloop, currentMode, seconds, returnAfterSourceHandled) {
Boolean sourceHandledThisLoop = NO;
int retVal = 0;
do {
//2.通知Observers：RunLoop即将触发Timer回调
__CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeTimers);
//3.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);
//4.RunLoop触发Source0（非port）回调，处理Source0
sourceHandledThisLoop = __CFRunLoopDoSources0(runloop, currentMode, stopAfterHandle);
//执行被加入的Block
__CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode);
//5.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;
}
//6.通知Observers：RunLoop的线程即将进入休眠
if (!sourceHandledThisLoop) {
__CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeWaiting);
}
//7.调用mach_msg等待接收mach_port的消息。线程将进入休眠，直到被下面某个事件唤醒：
// 一个基于port的Source的事件
// 一个Timer时间到了
// RunLoop自身的超时时间到了
// 被其他什么调用者手动唤醒
__CFRunLoopServiceMachPort(waitSet, &msg, sizeof(msg_buffer), &livePort) {
mach_msg(msg, MACH_RCV_MSG, port); // thread wait for receive msg
}
//8.通知Observers：RunLoop的线程刚刚被唤醒
__CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopAfterWaiting);
//收到消息，处理消息
handle_msg:
//9.1 如果一个Timer时间到了，触发这个timer的回调
if (msg_is_timer) {
__CFRunLoopDoTimers(runloop, currentMode, mach_absolute_time())
}
//9.2 如果有dispatch到main_queue的block，执行block
else if (msg_is_dispatch) {
__CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__(msg);
}
//9.3 如果一个Source1（基于port）发出事件了，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);
//设置do-while之后的返回值
if (sourceHandledThisLoop && stopAfterHandle) {
// 进入loop时参数说处理完事件就返回
retVal = kCFRunLoopRunHandledSource;
} else if (timeout) {
// 超出传入参数标记的超时时间了
retVal = kCFRunLoopRunTimedOut;
} else if (__CFRunLoopIsStopped(runloop)) {
// 被外部调用者强制停止了
retVal = kCFRunLoopRunStopped;
} else if (__CFRunLoopModeIsEmpty(runloop, currentMode)) {
// source/timer/observer一个都没有了
retVal = kCFRunLoopRunFinished;
}
// 如果没超时，mode里没空，loop也没被停止，那继续loop。
} while (retVal == 0);
}
//10. 通知Observers：RunLoop即将退出
__CFRunLoopDoObservers(rl, currentMode, kCFRunLoopExit);
}
实际上RunLoop就是这样的一个函数，其内部是一个do-while循环。当你调用CFRunLoopRun()时，线程就会一直停留在这个循环里，知道超时或者被手动调用，该函数才会返回。
RunLoop回调（流程）
当App启动时，系统会默认注册五个上面说过的5个mode
当RunLoop进行回调时，一般都是通过一个很长的函数调出去（call out），当在代码中加断点调试时，通常能在调用栈上看到这些函数。这就是RunLoop的流程：
{
/// 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. 通知 Observers: 即将触发 Timer 回调。
__CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopBeforeTimers);
/// 3. 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);
__CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_BLOCK__(block);
/// 4. 触发 Source0 (非基于port的) 回调。
__CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE0_PERFORM_FUNCTION__(source0);
__CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_BLOCK__(block);
/// 6. 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);
/// 7. sleep to wait msg.
mach_msg() -> mach_msg_trap();
/// 8. 通知Observers，线程被唤醒
__CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopAfterWaiting);
/// 9. 如果是被Timer唤醒的，回调Timer
__CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_TIMER_CALLBACK_FUNCTION__(timer);
/// 9. 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);
/// 9. 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);
} while (...);
/// 10. 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);
}
RunLoop启动方法
1.run，无条件
无条件地进入运行循环是最简单的选项，但也是最不理想的选择。无条件地运行runloop将线程放入永久循环，这使您无法控制运行循环本身。停止runloop的唯一方法是杀死它。也没有办法在自定义模式下运行循环。
2.runUntilDate， 设置时间限制
设置了超时时间，超过这个时间runloop结束，优于第一种
3.runMode:beforeDate:，在特定模式下
相对比较好的方式，可以指定runloop以哪种模式运行，但是它是单次调用的，超时时间到达或者一个输入源被处理，则runLoop就会自动退出，上述两种方式都是循环调用的
实际上run方法的实现就是无限调用runMode:beforeDate:方法
runUntilDate:也会重复调用runMode:beforeDate:方法，区别在于它超时就不会再调用
RunLoop关闭方法
1.将运行循环配置为使用超时值运行。
2.手动停止。
这里需要注意，虽然删除runloop的输入源和定时器可能会导致运行循环的退出，但这并不是个可靠的方法，系统可能会添加输入源到runloop中，但在我们的代码中可能并不知道这些输入源，因此无法删除它们，导致无法退出runloop。
我们可以通过上述2、3方法来启动runloop，设置超时时间。但是如果需要对这个线程和它的RunLoop有最精确的控制，而并不是依赖超时机制，这时我们可以通过 CFRunLoopStop()方法来手动结束一个 RunLoop。但是 CFRunLoopStop()方法只会结束当前正在执行的这次runMode:beforeDate:调用，而不会结束后续runloop的调用。
