RunLoop对象

  • CFRunLoopRef 是在 CoreFoundation 框架内的，它提供了纯 C 函数的 API，所有这些 API 都是线程安全的。
  • 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。
  • CFRunLoop结构如下
    1. struct __CFRunLoop {
    2.  pthread_t _pthread;
    3.  CFMutableSetRef _commonModes;     // Set
    4.  CFMutableSetRef _commonModeItems; // Set
    5.  CFRunLoopModeRef _currentMode;    // Current Runloop Mode
    6.  CFMutableSetRef _modes;           // Set
    7.  ...
    8. };

    CFRunLoopRef 的代码是开源的，你可以在这里 http://opensource.apple.com/tarballs/CF 下载到整个 CoreFoundation 的源码。

内部关系

  • CFRunLoop
  • CFRunLoopMode
  • Source / Timer / Observer

内部关系如图：
image.png

  1. CFRunLoopMode代表的是RunLoop的运行模式。
  2. 一个 RunLoop 包含若干个 Mode，每个 Mode 又包含若干个 Source/Timer/Observer。
  3. 每次调用 RunLoop 的主函数时，只能指定其中一个 Mode，这个Mode被称作 CurrentMode。
  4. 如果需要切换 Mode，只能退出 Loop，再重新指定一个 Mode 进入。这样做主要是为了分隔开不同组的 Source/Timer/Observer，让其互不影响。

注意：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。

Mode

RunLoop 有五种运行模式，其中常见的有1.2两种

  1. kCFRunLoopDefaultMode：App的默认Mode，通常主线程是在这个Mode下运行
  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: 这是一个占位用的Mode，不是实际存在的一种Mode，是同步 Source/Timer/Observer到多个 Mode 中的一种技术方案

CFRunLoopMode 的结构大致如下：

  1. struct __CFRunLoopMode {
  2.     CFStringRef _name;            // Mode Name, 例如 @"kCFRunLoopDefaultMode"
  3.     CFMutableSetRef _sources0;    // Set
  4.     CFMutableSetRef _sources1;    // Set
  5.     CFMutableArrayRef _observers; // Array
  6.     CFMutableArrayRef _timers;    // Array
  7.     ...
  8. };

CFRunLoop对外暴露的管理 Mode 接口只有下面2个:

  1. CFRunLoopAddCommonMode(CFRunLoopRef runloop, CFStringRef modeName);
  2. CFRunLoopRunInMode(CFStringRef modeName, ...);

Mode 暴露的管理 mode item 的接口有下面几个：

  1. CFRunLoopAddSource(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopSourceRef source, CFStringRef modeName);
  2. CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopObserverRef observer, CFStringRef modeName);
  3. CFRunLoopAddTimer(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopTimerRef timer, CFStringRef mode);
  4. CFRunLoopRemoveSource(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopSourceRef source, CFStringRef modeName);
  5. CFRunLoopRemoveObserver(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopObserverRef observer, CFStringRef modeName);
  6. CFRunLoopRemoveTimer(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopTimerRef timer, CFStringRef mode);
  • _commonModes：一个 mode 可以标记为 Common 属性,主线程的 RunLoop 里有两个预置的 Mode：kCFRunLoopDefaultMode 和 UITrackingRunLoopMode都已经被标记为Common属性，当然你也可以通过调用 CFRunLoopAddCommonMode() 方法将自定义mode 放到 kCFRunLoopCommonModes 组合。
  • commonModeItems：存放的source, observer, timer等，在每次 runLoop 运行的时候都会被同步到具有 Common 标记的 Modes 里。如：[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:_timer forMode:NSRunLoopCommonModes] 就是把timer放到commonModeItems 里。
  • 更多系统或框架 Mode查看这里

Source

CFRunLoopSource 是事件产生的地方。

  • Source0 (负责App内部事件，由App负责管理触发，例如UITouch事件) 只包含了一个回调（函数指针），它不能主动触发事件。使用时，你需要先调用CFRunLoopSourceSignal(source)，将这个 Source 标记为待处理，需要手动调用 CFRunLoopWakeUp(runloop) 来唤醒 RunLoop，就会处理并调用事件处理方法。
  • Source1 包含了一个 mach_port 和一个回调（函数指针），可以监听系统端口和其他线程相互发送消息，能主动唤醒 RunLoop(由操作系统内核进行管理，例如CFMessagePort消息)。

image.png

  • 【Port-Based Sources】：基于端口的源 (对应的是source1)：与内核端口相关，只需要简单的创建端口对象，并使用 NSPort 的方法将端口对象加入到runloop，端口对象会处理创建以及配置输入源对应，Source1和Timer都属于端口事件源，不同的是所有的Timer都共用一个端口Mode Timer Port，而每个Source1都有不同的对应端口
  • 【Custom Input Sources】：自定义源：使用CFRunLoopSourceRef 类型相关的函数 (线程) 来创建自定义输入源。
  • 【Perform Selector Sources】：performSelector:OnThread:delay:

Timer

CFRunLoopTimer 是基于时间的触发器，上层对应NSTimer
，它和 NSTimer 是toll-free bridged 的，可以混用。其包含一个时间长度和一个回调（函数指针）。当其加入到 RunLoop 时，RunLoop会注册对应的时间点，当时间点到时，RunLoop会被唤醒以执行那个回调。

Observer

  1. struct __CFRunLoopObserver {
  2.     CFRuntimeBase _base;
  3.     pthread_mutex_t _lock;
  4.     CFRunLoopRef _runLoop;
  5.     CFIndex _rlCount;
  6.     CFOptionFlags _activities;      /* immutable */
  7.     CFIndex _order;         /* immutable */
  8.     CFRunLoopObserverCallBack _callout; /* immutable */
  9.     CFRunLoopObserverContext _context;  /* immutable, except invalidation */
  10. }

CFRunLoopObserver 相当于消息循环中的一个监听器，随时通知外部当前RunLoop的运行状态（它包含一个函数指针_callout将当前状态及时告诉观察者）。具体的Observer状态如下

  1. -(void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event
  2. {
  3.      //创建监听者
  4.      /*
  5.      第一个参数 CFAllocatorRef allocator：分配存储空间 CFAllocatorGetDefault()默认分配
  6.      第二个参数 CFOptionFlags activities：要监听的状态 kCFRunLoopAllActivities 监听所有状态
  7.      第三个参数 Boolean repeats：YES:持续监听 NO:不持续
  8.      第四个参数 CFIndex order：优先级，一般填0即可
  9.      第五个参数 ：回调 两个参数observer:监听者 activity:监听的事件
  10.      */
  11.      /*
  12.      所有事件
  13.      typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity{
  14.         kCFRunLoopEntry         = (1UL << 0), // 即将进入Loop
  15.         kCFRunLoopBeforeTimers  = (1UL << 1), // 即将处理 Timer
  16.         kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2), // 即将处理 Source
  17.         kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5), // 即将进入休眠
  18.         kCFRunLoopAfterWaiting  = (1UL << 6), // 刚从休眠中唤醒
  19.         kCFRunLoopExit          = (1UL << 7), // 即将退出Loop
  20.     };
  21.      */
  22.     CFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreateWithHandler(CFAllocatorGetDefault(), kCFRunLoopAllActivities, YES, 0, ^(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity) {
  23.         switch (activity) {
  24.             case kCFRunLoopEntry:
  25.                 NSLog(@"RunLoop进入");
  26.                 break;
  27.             case kCFRunLoopBeforeTimers:
  28.                 NSLog(@"RunLoop要处理Timers了");
  29.                 break;
  30.             case kCFRunLoopBeforeSources:
  31.                 NSLog(@"RunLoop要处理Sources了");
  32.                 break;
  33.             case kCFRunLoopBeforeWaiting:
  34.                 NSLog(@"RunLoop要休息了");
  35.                 break;
  36.             case kCFRunLoopAfterWaiting:
  37.                 NSLog(@"RunLoop醒来了");
  38.                 break;
  39.             case kCFRunLoopExit:
  40.                 NSLog(@"RunLoop退出了");
  41.                 break;
  43.             default:
  44.                 break;
  45.         }
  46.     });
  48.     // 给RunLoop添加监听者
  49.     /*
  50.      第一个参数 CFRunLoopRef rl：要监听哪个RunLoop,这里监听的是主线程的RunLoop
  51.      第二个参数 CFRunLoopObserverRef observer 监听者
  52.      第三个参数 CFStringRef mode 要监听RunLoop在哪种运行模式下的状态
  53.      */
  54.     CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetCurrent(), observer, kCFRunLoopDefaultMode);
  55.      /*
  56.      CF的内存管理（Core Foundation）
  57.      凡是带有Create、Copy、Retain等字眼的函数，创建出来的对象，都需要在最后做一次release
  58.      GCD本来在iOS6.0之前也是需要我们释放的，6.0之后GCD已经纳入到了ARC中，所以我们不需要管了
  59.      */
  60.     CFRelease(observer);
  61. }

Call out

在开发过程中几乎所有的操作都是通过Call out进行回调的(无论是Observer的状态通知还是Timer、Source的处理)，而系统在回调时通常使用如下几个函数进行回调(换句话说你的代码其实最终都是通过下面几个函数来负责调用的，即使你自己监听Observer也会先调用下面的函数然后间接通知你，所以在调用堆栈中经常看到这些函数)：

  1. {
  2.     /// 1. 通知Observers，即将进入RunLoop
  3.     /// 此处有Observer会创建AutoreleasePool: _objc_autoreleasePoolPush();
  4.     __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopEntry);
  5.     do {
  7.         /// 2. 通知 Observers: 即将触发 Timer 回调。
  8.         __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopBeforeTimers);
  9.         /// 3. 通知 Observers: 即将触发 Source (非基于port的,Source0) 回调。
  10.         __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopBeforeSources);
  11.         __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_BLOCK__(block);
  13.         /// 4. 触发 Source0 (非基于port的) 回调。
  14.         __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE0_PERFORM_FUNCTION__(source0);
  15.         __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_BLOCK__(block);
  17.         /// 6. 通知Observers，即将进入休眠
  18.         /// 此处有Observer释放并新建AutoreleasePool: _objc_autoreleasePoolPop(); _objc_autoreleasePoolPush();
  19.         __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopBeforeWaiting);
  21.         /// 7. sleep to wait msg.
  22.         mach_msg() -> mach_msg_trap();
  25.         /// 8. 通知Observers，线程被唤醒
  26.         __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopAfterWaiting);
  28.         /// 9. 如果是被Timer唤醒的，回调Timer
  29.         __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_TIMER_CALLBACK_FUNCTION__(timer);
  31.         /// 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
  32.         __CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__(dispatched_block);
  34.         /// 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
  35.         __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE1_PERFORM_FUNCTION__(source1);
  38.     } while (...);
  40.     /// 10. 通知Observers，即将退出RunLoop
  41.     /// 此处有Observer释放AutoreleasePool: _objc_autoreleasePoolPop();
  42.     __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopExit);
  43. }

例如在控制器的touchBegin中打入断点查看堆栈（由于UIEvent是Source0，所以可以看到一个Source0的Call out函数CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE0_PERFORM_FUNCTION调用）：
image.png