iOS底层 -- RunLoop之底层结构

什么是RunLoop

运行循环
在程序运行过程中循环做一些事情

应用范畴

定时器（Timer）、PerformSelector
GCD Async Main Queue
事件响应、手势识别、界面刷新
网络请求
AutoreleasePool

RunLoop的基本作用

保持程序的持续运行
处理App中的各种事件（比如触摸事件、定时器事件等）
节省CPU资源，提高程序性能：该做事时做事，该休息时休息

一、RunLoop对象

iOS中有2套API来访问和使用RunLoop

Foundation：NSRunLoop
Core Foundation：CFRunLoopRef

NSRunLoop和CFRunLoopRef都代表着RunLoop对象

NSRunLoop是基于CFRunLoopRef的一层OC包装
CFRunLoopRef 是开源的

二、RunLoop与线程

每条线程都有唯一的一个与之对应的RunLoop对象
RunLoop保存在一个全局的Dictionary里，线程作为key，RunLoop作为value
线程刚创建时并没有RunLoop对象，RunLoop会在第一次获取它时创建
RunLoop会在线程结束时销毁
主线程的RunLoop已经自动获取（创建），子线程默认没有开启RunLoop

三、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

四、RunLoop相关的类

Core Foundation中关于RunLoop的5个类

CFRunLoopRef
CFRunLoopModeRef
CFRunLoopSourceRef
CFRunLoopTimerRef
CFRunLoopObserverRef

下图是这几种类的关系

4.1 `CFRunLoopModeRef`

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
- 为什么要先退出再进入
- 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

4.2 CFRunLoopModeRef

常见的2种Mode

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
kCFRunLoopCommonModeskCFRunLoopCommonModes默认包括kCFRunLoopDefaultMode、UITrackingRunLoopMode

NSDefaultRunLoopMode、UITrackingRunLoopMode才是真正存在的模式
NSRunLoopCommonModes并不是一个真的模式，它只是一个标记

通过打印当前主线程的runloop可以查看所有信息

NSLog(@"%@",[NSRunLoop mainRunLoop]);

五、RunLoop的运行逻辑

Source0
- 触摸事件处理
- performSelector:onThread:
Source1
- 基于Port的线程间通信
- 系统事件捕捉
Timers
- NSTimer
- performSelector:withObject:afterDelay:
Observers
- 用于监听RunLoop的状态
- UI刷新（BeforeWaiting）
- Autorelease pool（BeforeWaiting）

代码例子佐证如下

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    // 函数调用栈
    NSLog(@"111111");
}

打印结果

六、RunLoop的运行逻辑

CFRunLoopObserverRef

01、通知Observers：进入Loop
02、通知Observers：即将处理Timers
03、通知Observers：即将处理Sources
04、处理Blocks
05、处理Source0（可能会再次处理Blocks）
06、如果存在Source1，就跳转到第8步
07、通知Observers：开始休眠（等待消息唤醒）
08、通知Observers：结束休眠（被某个消息唤醒）
  01> 处理Timer
  02> 处理GCD Async To Main Queue
  03> 处理Source1
09、处理Blocks
10、根据前面的执行结果，决定如何操作
  01> 回到第02步
  02> 退出Loop
11、通知Observers：退出Loop

6.1 添加Observer监听RunLoop的所有状态

代码如下

// 监听runloop状态的变化
void observeRunLoopActicities(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity, void *info) {
    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;
    }
}

// 监听runloop
- (void)observeRunloop {
    // kCFRunLoopCommonModes默认包括kCFRunLoopDefaultMode、UITrackingRunLoopMode
    // 创建Observer
    CFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreate(kCFAllocatorDefault, kCFRunLoopAllActivities, YES, 0, observeRunLoopActicities, NULL);
    // 添加Observer到RunLoop中
    CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetMain(), observer, kCFRunLoopCommonModes);
    // 释放
    CFRelease(observer);
}

// 验证触摸事件为source0
- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    NSLog(@"开始触摸操作");
    dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2.0 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
        NSLog(@"开始定时器操作");
    });
}

运行结果如下

6.2 监听runloop的运行

拖拽一个textView至界面中

- (void)observeRunloopModeChagne {
    // 创建Observer
    CFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreateWithHandler(kCFAllocatorDefault, kCFRunLoopAllActivities, YES, 0, ^(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity) {
        switch (activity) {
            case kCFRunLoopEntry: {
                CFRunLoopMode mode = CFRunLoopCopyCurrentMode(CFRunLoopGetCurrent());
                NSLog(@"kCFRunLoopEntry - %@", mode);
                CFRelease(mode);
                break;
            }

            case kCFRunLoopExit: {
                CFRunLoopMode mode = CFRunLoopCopyCurrentMode(CFRunLoopGetCurrent());
                NSLog(@"kCFRunLoopExit - %@", mode);
                CFRelease(mode);
                break;
            }

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

然后开始拖拽textView视图，打印结果如下

由结果可知，当拖拽时为UITrackingRunLoopMode模式，否则为kCFRunLoopDefaultMode模式