iOS Runloop的深入理解
首先了解一下程序、进程和线程
程序本身只是指令、数据及其组织形式的描述，进程才是程序（那些指令和数据）的真正运行实例。而线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务。
一般来说，一个线程一次只能执行一个任务，执行完成后线程就会退出。所以程序运行的时候，需要一个机制，让线程能随时处理事件但不退出。
以前写游戏的时候就写过这样的东西，通常是一个 do while 循环，让程序一直运转，直到接收到退出信息。
而 RunLoop 就是让线程在没有处理消息时休眠以避免资源占用，在有消息到来时立刻被唤醒。
线程和 RunLoop 之间是一一对应的，其关系是保存在一个全局的 Dictionary 里。线程刚创建时默认是没有 RunLoop，如果你不主动获取，那它一直都不会有。RunLoop 的创建是发生在第一次获取时，RunLoop 的销毁是发生在线程结束时。你只能在一个线程的内部获取其 RunLoop（主线程除外）。
在 CoreFoundation 里面关于 RunLoop 有5个类:
CFRunLoopRef
CFRunLoopModeRef
CFRunLoopSourceRef
CFRunLoopTimerRef
CFRunLoopObserverRef
他们的层级关系为，一个 RunLoop 对象包含若干个 Mode 对象，每个 Mode 又包含若干个 Source/Timer/Observer，RunLoop 在运作的时候，一次只能运作与一个 Mode 之下，如果需要切换 Mode，需要退出 Loop 才能重新指定一个 Mode。这样做主要是为了分隔开不同组的 Source/Timer/Observer，让其互不影响。
而一个 Source 对象是一个事件，Source 有两个版本：Source0 和 Source1，Source0 只包含一个函数指针，并不能主动触发，需要将 Source0 标记为待处理，在 RunLoop 运转的时候，才会处理这个事件（如果 RunLoop 处于休眠状态，则不会被唤醒去处理），而 Source1 包含了一个 mach_port 和一个函数指针，mach_port 是 iOS 系统提供的基于端口的输入源，可用于线程或进程间通讯。而 RunLoop 支持的输入源类型中就包括基于端口的输入源，可以做到对 mach_port 端口源事件的监听。所以监听到 source1 端口的消息时，RunLoop 就会自己醒来去执行 Source1 事件（也能称为被消息唤醒）。也就是 Source0 是直接添加给 RunLoop 处理的事件，而 Source1 是基于端口的，进程或线程之间传递消息触发的事件（为什么要 0 和 1 来命名，每次都记不住，GG）。
Timer 是基于时间的触发器，CFRunLoopTimerRef 和 NSTimer 可以通过 Toll-free bridging 技术混用，Toll-free bridging 是一种允许某些 ObjC 类与其对应的 CoreFoundation 类之间可以互换使用的机制，当将 Timer 加入到 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 Timer 回调。
Observer（观察者）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受到这个变化。可以观测的时间点有以下几个：
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
};
也就是可以在这几个时机去安排 RunLoop 执行一些其他的任务。
上面的 Source/Timer/Observer 被统称为 mode item，一个 item 可以被同时加入多个 mode。但一个 item 被重复加入同一个 mode 时是不会有效果的。如果一个 mode 中一个 item 都没有，则 RunLoop 会直接退出，不进入循环。
RunLoop 的 CFRunLoopMode 和 CFRunLoop 的结构大致如下：
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
...
};
这里有个概念叫 "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。
如上文说的 RunLoop 一次循环只能运行在一个 Mode 下，是为了分隔开不同组的 Source/Timer/Observer，让其互不影响。但如果一个 Source/Timer/Observer 想在多个 Mode 下运作，则可以分别加入到多个 Mode，或者给两个 Mode 添加 "Common" 标记，再将 Source/Timer/Observer 加入到 RunLoop 的 "commonModeItems" 。
应用场景举例：主线程的 RunLoop 里有两个预置的 Mode：kCFRunLoopDefaultMode 和 UITrackingRunLoopMode。这两个 Mode 都已经被标记为"Common"属性。DefaultMode 是 App 平时所处的状态，TrackingRunLoopMode 是追踪 ScrollView 滑动时的状态。当你创建一个 Timer 并加到 DefaultMode 时，Timer 会得到重复回调，但此时滑动一个TableView时，RunLoop 会将 mode 切换为 TrackingRunLoopMode，这时 Timer 就不会被回调，如果想让它回调则可以将这个 Timer 分别加入这两个 Mode。或将 Timer 加入到顶层的 RunLoop 的 "commonModeItems" 。
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);
可以注意到 mode 并不像 Source/Timer/Observer 一样有 Remove 方法，所以 mode 只能增加，不能减少。
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。
接下来看 RunLoop 的执行逻辑
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其中第 2 步虽然通知 Observer 即将处理 Timer，但其实并没有真的即将处理 Timer 回调，这个通知每次 Loop 循环都会调用，但 Timer 只有在注册的时间到了才会在第 9 步去执行，第 4 步处理运行的 mode 里待处理的 Source0，其中第 5 步会判断 mode item 里是否有 Source1 处于 ready 状态（也就是 Source1 的端口已经收到消息），有的话跳到第 9 步，处理 Source1 事件，然后进入下一个循环，没有的话说明 mode item 里的事件都处理完毕，线程进入休眠状态，等待 Source1，Timer 或者外部手动将 RunLoop 唤醒（上文说 Source0 并不能唤醒 RunLoop，所以一般会通过手动唤醒 RunLoop，来让 RunLoop 处理新加入进去的 Source0）。
可以看到，实际上 RunLoop 就是这样一个函数，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，去执行加入到 RunLoop 里的 Source0，Timer 的回调，以及 Observer 回调，以及用于线程或进程间通讯的 Source1，当所有的都处理完之后，结束一次循环，进入休眠状态，休眠的时候等待 Timer 注册的时间点或者 Source1 唤醒 RunLoop（也可以手动唤醒）。
从上面我们可以了解，线程和进程之间的通讯是基于 mach port 传递消息实现的，这也是 RunLoop 的核心。有必要了解一下 mach port， OSX/iOS 的系统架构分为 4 层，从外到内为应用层，应用框架层，核心框架层，Darwin。应用层包括用户能接触到的图形应用，应用框架层即开发人员接触到的 Cocoa 等框架，核心框架层包括各种核心框架、OpenGL 等内容，Darwin 即操作系统的核心，包括系统内核、驱动、Shell 等内容。
其中，在硬件层上面的三个组成部分：Mach、BSD、IOKit (还包括一些上面没标注的内容)，共同组成了 XNU 内核。
XNU 内核的内环被称作 Mach，其作为一个微内核，仅提供了诸如处理器调度、IPC (进程间通信)等非常少量的基础服务。
BSD 层可以看作围绕 Mach 层的一个外环，其提供了诸如进程管理、文件系统和网络等功能。
IOKit 层是为设备驱动提供了一个面向对象(C++)的一个框架。
在 Mach 中，进程、线程和虚拟内存都被称为"对象"。Mach 的对象间不能直接调用，只能通过消息传递的方式实现对象间的通信。"消息"是 Mach 中最基础的概念，消息在两个端口 (port) 之间传递，这就是 Mach 的 IPC (进程间通信) 的核心。
Mach 中的对象通过一个 Mach 端口发送一个消息，消息中会携带目标端口，这个消息会从用户空间传递到内核空间，再由内核空间传递到目标端口，实现线程或进程之间的通讯。（也就是线程或进程之间的通讯不能绕过系统内核）。目标端口接收到消息，因为 RunLoop 会对 mach_port 端口源进行监听，如果 RunLoop 此时处于休眠状态，则被唤醒，便可以处理已经接收到消息的 source1 事件。
RunLoop 实现了很多功能
启动后，系统默认注册了5个Mode:
1：kCFRunLoopDefaultMode: App的默认 Mode，通常主线程是在这个 Mode 下运行的。
2：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。
3：UIInitializationRunLoopMode: 在刚启动 App 时第进入的第一个 Mode，启动完成后就不再使用。
4：GSEventReceiveRunLoopMode: 接受系统事件的内部 Mode，通常用不到。
5：kCFRunLoopCommonModes: 这是一个占位的 Mode，没有实际作用。
AutoreleasePool
App启动后，苹果在主线程 RunLoop 里注册了两个 Observer，其回调都是 _wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler()（因为需要设置不同的优先级，所以注册两个）。
第一个 Observer 监视的事件是 Entry(即将进入Loop)，用来创建自动释放池，且设置的优先级最高，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) 时去释放旧的池并创建新池；Exit(即将退出Loop) 时释放自动释放池。这个 Observer 的优先级最低，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。
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。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() 进行应用内部的事件传递。
_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。
手势识别
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。也就是 UI 是在界面 RunLoop 休眠之前更新的，所以如果想在 UI 更新之后做一些事情，可以注册一个 Observer 监听 kCFRunLoopAfterWaiting(刚从休眠中唤醒)。
定时器
NSTimer 其实就是 CFRunLoopTimerRef，他们之间是 toll-free bridged 的。一个 NSTimer 注册到 RunLoop 后，RunLoop 会为其重复的时间点注册好事件。例如 10:00, 10:10, 10:20 这几个时间点。RunLoop为了节省资源，并不会在非常准确的时间点回调这个Timer。Timer 有个属性叫做 Tolerance (宽容度)，标示了当时间点到后，容许有多少最大误差。
如果某个时间点被错过了，例如执行了一个很长的任务，则那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（但实际实现原理更复杂，和 NSTimer 并不一样，其内部实际是操作了一个 Source）。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），造成界面卡顿的感觉。
PerformSelecter
当调用 NSObject 的 performSelecter:afterDelay: 后，实际上其内部会创建一个 Timer 并添加到当前线程的 RunLoop 中。所以如果当前线程没有 RunLoop，则这个方法会失效。
当调用 performSelector:onThread: 时，实际上其会创建一个 Timer 加到对应的线程去，同样的，如果对应线程没有 RunLoop 该方法也会失效。
GCD
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 CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE() 里执行这个 block。但这个逻辑仅限于 dispatch 到主线程，dispatch 到其他线程仍然是由 libDispatch 处理的。
网络请求
iOS 中，关于网络请求的接口自下至上有如下几层:
CFSocket
CFNetwork ->ASIHttpRequest
NSURLConnection ->AFNetworking
NSURLSession ->AFNetworking2, Alamofire
通常使用 NSURLConnection 时，你会传入一个 Delegate，当调用了 [connection start] 后，这个 Delegate 就会不停收到事件回调。实际上，start 这个函数的内部会会获取 CurrentRunLoop，然后在其中的 DefaultMode 添加了多个需要手动触发的 Source0。
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 基于 mach port 的 Source1 接收来自底层 CFSocket 的消息，当收到消息后，其会在合适的时机将 Source0 标记为待处理，同时唤醒 Delegate 线程的 RunLoop 来让其处理 Source0。完成一个由 CFSocket 线程到网络请求所在线程的数据处理。
AFNetworking
AFURLConnectionOperation 这个类是基于 NSURLConnection 构建的，其希望能在后台线程接收 Delegate 回调。为此 AFNetworking 创建了一个线程，并在这个线程中启动了一个 RunLoop，RunLoop 启动前内部必须要有至少一个 Timer/Observer/Source，所以 AFNetworking 在 [runLoop run] 之前先创建了一个新的 NSMachPort 添加进去了。只是为了让 RunLoop 不至于退出，并没有用于实际的发送消息。当需要这个后台线程执行网络请求任务时，AFNetworking 通过调用 [NSObject performSelector:onThread:..] 将这个任务扔到了该线程的 RunLoop 中。
AsyncDisplayKit
AsyncDisplayKit 是 Facebook 推出的用于保持界面流畅性的框架，其原理大致如下：
UI 线程中一旦出现繁重的任务就会导致界面卡顿，这类任务通常分为3类：排版，绘制，UI对象操作。
排版通常包括计算视图大小、计算文本高度、重新计算子式图的排版等操作。
绘制一般有文本绘制 (例如 CoreText)、图片绘制 (例如预先解压)、元素绘制 (Quartz)等操作。
UI对象操作通常包括 UIView/CALayer 等 UI 对象的创建、设置属性和销毁。
其中前两类操作可以通过各种方法扔到后台线程执行，而最后一类操作只能在主线程完成，并且有时后面的操作需要依赖前面操作的结果 （例如TextView创建时可能需要提前计算出文本的大小）。ASDK 所做的，就是尽量将能放入后台的任务放入后台，不能的则尽量推迟 (例如视图的创建、属性的调整)。
为此，ASDK 创建了一个名为 ASDisplayNode 的对象，并在内部封装了 UIView/CALayer，它具有和 UIView/CALayer 相似的属性，例如 frame、backgroundColor 等。所有这些属性都可以在后台线程更改，开发者可以只通过 Node 来操作其内部的 UIView/CALayer，这样就可以将排版和绘制放入了后台线程。但是无论怎么操作，这些属性总需要在某个时刻同步到主线程的 UIView/CALayer 去。
ASDK 仿照 QuartzCore/UIKit 框架的模式，实现了一套类似的界面更新的机制：即在主线程的 RunLoop 中添加一个 Observer，监听了 kCFRunLoopBeforeWaiting 和 kCFRunLoopExit 事件，在收到回调时，遍历所有之前放入队列的待处理的任务（需要将 Node 的属性同步到主线程的 UIView/CALayer 去的任务），然后一一执行。
总结：
ibireme 的 深入理解RunLoop 前前后后我看了好几遍，每次都看的不深入，总是瞬时了解，睡一觉就记不清楚细节了，这次自己逐行去理解，并写下来，加上点自己的理解，也写了点代码去观察 RunLoop，算是对 RunLoop 的理解更加深入了。
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