iOS之RunLoop

RunLoop是iOS线程相关的比较重要的一个概念，无论是主线程还是子线程，都对应一个RunLoop，如果没有RunLoop，线程会马上被系统回收。

本文主要CFRunLoop的源码解析，并简单阐述一下CFRunLoop的原理。

CFRunLoop是开源的，开源地址在：http://opensource.apple.com/tarballs/CF/ 

先看一张图，这是主线程的RunLoop调用函数截图：

我们找到相应的CFRunLoop源码：

void CFRunLoopRun(void) {    /* DOES CALLOUT */
    int32_t result;
    do {
        result = CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopGetCurrent(), kCFRunLoopDefaultMode, 1.0e10, false);
        CHECK_FOR_FORK();
    } while (kCFRunLoopRunStopped != result && kCFRunLoopRunFinished != result);
}

可以看到，系统建立了一个do while循环，当状态在stop或者finished时，就会退出循环，RunLoop会结束，线程会被回收。

注：1.0e10，这个表示1.0乘以10的10次方，这个参数主要是规定RunLoop的时间，传这个时间，表示线程常驻。

SInt32 CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopRef rl, CFStringRef modeName, CFTimeInterval seconds, Boolean returnAfterSourceHandled) {     /* DOES CALLOUT */
    CHECK_FOR_FORK();
    if (__CFRunLoopIsDeallocating(rl)) return kCFRunLoopRunFinished;
    __CFRunLoopLock(rl);
    CFRunLoopModeRef currentMode = __CFRunLoopFindMode(rl, modeName, false);
    if (NULL == currentMode || __CFRunLoopModeIsEmpty(rl, currentMode, rl->_currentMode)) {
        Boolean did = false;
        if (currentMode) __CFRunLoopModeUnlock(currentMode);
        __CFRunLoopUnlock(rl);
        return did ? kCFRunLoopRunHandledSource : kCFRunLoopRunFinished;
    }
    volatile _per_run_data *previousPerRun = __CFRunLoopPushPerRunData(rl);
    CFRunLoopModeRef previousMode = rl->_currentMode;
    rl->_currentMode = currentMode;
    int32_t result = kCFRunLoopRunFinished;

    if (currentMode->_observerMask & kCFRunLoopEntry ) __CFRunLoopDoObservers(rl, currentMode, kCFRunLoopEntry);
    result = __CFRunLoopRun(rl, currentMode, seconds, returnAfterSourceHandled, previousMode);
    if (currentMode->_observerMask & kCFRunLoopExit ) __CFRunLoopDoObservers(rl, currentMode, kCFRunLoopExit);

    __CFRunLoopModeUnlock(currentMode);
    __CFRunLoopPopPerRunData(rl, previousPerRun);
    rl->_currentMode = previousMode;
    __CFRunLoopUnlock(rl);
    return result;
}

先执行：__CFRunLoopFindMode，查找是否有Mode

1. 如果有则返回找到的。
2. 如果没有，且不需要创建，则返回NULL。
3. 如果没有，需要创建，则新建一个Mode。

看代码标注：

/* call with rl locked, returns mode locked */
static CFRunLoopModeRef __CFRunLoopFindMode(CFRunLoopRef rl, CFStringRef modeName, Boolean create) {
    CHECK_FOR_FORK();
    CFRunLoopModeRef rlm;
    struct __CFRunLoopMode srlm;
    memset(&srlm, 0, sizeof(srlm));
    _CFRuntimeSetInstanceTypeIDAndIsa(&srlm, __kCFRunLoopModeTypeID);
    srlm._name = modeName;
    rlm = (CFRunLoopModeRef)CFSetGetValue(rl->_modes, &srlm);
    if (NULL != rlm) {  //如果有则返回
        __CFRunLoopModeLock(rlm);
        return rlm;
    }
    if (!create) {    //情况2
        return NULL;
    }
    //情况3
    rlm = (CFRunLoopModeRef)_CFRuntimeCreateInstance(kCFAllocatorSystemDefault, __kCFRunLoopModeTypeID, sizeof(struct __CFRunLoopMode) - sizeof(CFRuntimeBase), NULL);
    if (NULL == rlm) {
        return NULL;
    }
....//后面为创建一个Mode并赋初始值

__CFRunLoopMode是什么

__CFRunLoopMode我自己理解为一种运行类型，它表示了当前线程运行在哪种类型下，会被哪种类型的事件唤醒。就好比你在程序中设置一个定时器Timer，运行在DefaultMode下，但是如果你滑动UIScrollview，系统会将当前线程的Mode改为UITrackingRunLoopMode，这时你的Timer就不会得到调用，因为当前线程的Mode和你Timer的Mode不同。当然，如果你想无论在哪种Mode下，Timer都想得到调用的话，你需要将Mode设置为CommonMode。

那么，为什么要这样设计呢？我理解为这样设计更为灵活。你可以指定事件需要在当前RunLoop是什么Mode的时候被调用，跟上面举的例子一样。

系统提供了对应于__CFRunLoopMode的五种类型到NSRunloopMode中：

1. NSDefaultRunLoopMode，默认模式，在Run Loop没有指定Mode的时候，默认就跑在Default Mode下
2. NSConnectionReplyMode，用来监听处理网络请求NSConnection的事件
3. NSModalPanelRunLoopMode，OS X的Modal面板事件
4. UITrackingRunLoopMode，拖动事件
5. NSRunLoopCommonModes，是一个模式集合，当绑定一个事件源到这个模式集合的时候就相当于绑定到了集合内的每一个模式

我们经常在代码中使用的是NSDefaultRunLoopMode和NSRunLoopCommonModes。你也可以使用自定义的Mode。

__CFRunLoopMode包含了什么及其作用

__CFRunLoopMode的结构体中包含了：Source0，Source1，Observers，Timers，Ports等。

Source0：处理App内部事件，如UIEvent、CFSocket，对应（CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE0_PERFORM_FUNCTION）这个函数。

Source1：由RunLoop和内核管理，Mach port驱动，如CFMachPort、CFMessagePort。对应（CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE1_PERFORM_FUNCTION）这个函数。

Observers：主要负责修改RunLoop的状态。状态包括：

typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
    kCFRunLoopEntry = (1UL << 0),
    kCFRunLoopBeforeTimers = (1UL << 1),
    kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2),
    kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5),
    kCFRunLoopAfterWaiting = (1UL << 6),
    kCFRunLoopExit = (1UL << 7),
    kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU
};

Timers：负责让App响应NSTimers，延迟的perform事件，对应（CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_TIMER_CALLBACK_FUNCTION）这个函数。我们可以在viewDidLoad里面加入如下代码：

NSTimer *timer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1 target:self selector:@selector(test) userInfo:nil repeats:YES];
[timer fire];

- (void)test{
    NSLog(@"abc");
}

可以得到如下图：

这里简单介绍下DoTimers和DoTimer两个函数。DoTimers是一个for循环，在for循环里面调用DoTimer。然后调用CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_TIMER_CALLBACK_FUNCTION，这个函数代码很简单，就是调用NSTimer或者Perform的回调。

Ports：port是用来做进程或者线程间通信的，分为CFMachPort, CFMessagePort, CFSocketPort，详细介绍可以看 这篇文章

再接着代码往下看：

volatile _per_run_data *previousPerRun = __CFRunLoopPushPerRunData(rl);

_per_run_data是用来描述当前CFRunLoop的状态的，有三种状态：初始状态，wake，stop三种。注意到 volatile 这个关键字，它的意思是告诉编译器不要优化这个变量，要每次都从内存中读取该变量。

接着往下：

if (currentMode->_observerMask & kCFRunLoopEntry ) __CFRunLoopDoObservers(rl, currentMode, kCFRunLoopEntry);

通知观察者开始进入RunLoop。主要是通过（CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION）这个函数来完成。

接下来就要进入__CFRunLoopRun这个核心函数了。这个函数比较复杂，跟port相关的就忽略不讲了。

dispatch_source_t timeout_timer = NULL;
    struct __timeout_context *timeout_context = (struct __timeout_context *)malloc(sizeof(*timeout_context));
    if (seconds <= 0.0) { // instant timeout
        seconds = 0.0;
        timeout_context->termTSR = 0ULL;
    } else if (seconds <= TIMER_INTERVAL_LIMIT) {
        dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH, DISPATCH_QUEUE_OVERCOMMIT);
        timeout_timer = dispatch_source_create(DISPATCH_SOURCE_TYPE_TIMER, 0, 0, queue);
        dispatch_retain(timeout_timer);
        timeout_context->ds = timeout_timer;
        timeout_context->rl = (CFRunLoopRef)CFRetain(rl);
        timeout_context->termTSR = startTSR + __CFTimeIntervalToTSR(seconds);
        dispatch_set_context(timeout_timer, timeout_context); // source gets ownership of context
        dispatch_source_set_event_handler_f(timeout_timer, __CFRunLoopTimeout);
        dispatch_source_set_cancel_handler_f(timeout_timer, __CFRunLoopTimeoutCancel);
        uint64_t ns_at = (uint64_t)((__CFTSRToTimeInterval(startTSR) + seconds) * 1000000000ULL);
        dispatch_source_set_timer(timeout_timer, dispatch_time(1, ns_at), DISPATCH_TIME_FOREVER, 1000ULL);
        dispatch_resume(timeout_timer);
    } else { // infinite timeout
        seconds = 9999999999.0;
        timeout_context->termTSR = UINT64_MAX;
    }

这一段逻辑比较清晰，使用GCD建立一个定时任务，在指定的时间内，使用__CFRunLoopTimeOut唤醒RunLoop。因为使用了DISPATCH_TIME_FOREVER，所以__CFRunLoopTimeOut只会调用一次。

__CFRunLoopDoBlocks(rl, rlm); //执行RunLoop中的block
Boolean sourceHandledThisLoop = __CFRunLoopDoSources0(rl, rlm, stopAfterHandle);
if (sourceHandledThisLoop) {
   __CFRunLoopDoBlocks(rl, rlm);
}
//执行Mode里面的Source0的事件，如perform，uievent等//不知道为什么__CFRunLoopDoBlocks要执行两次

后续会有两次状态的改变：kCFRunLoopBeforeWaiting和kCFRunLoopAfterWaiting，接着就是跟port相关的了，就不写了。

最后一段：

if (sourceHandledThisLoop && stopAfterHandle) {
    // 进入loop时参数说处理完事件就返回。
    retVal = kCFRunLoopRunHandledSource;
} else if (timeout_context->termTSR < mach_absolute_time()) {
    // 超出传入参数标记的超时时间了
    retVal = kCFRunLoopRunTimedOut;
} else if (__CFRunLoopIsStopped(rl)) {
    // 被外部调用者强制停止了
    __CFRunLoopUnsetStopped(rl);
    retVal = kCFRunLoopRunStopped;
} else if (rlm->_stopped) {
    rlm->_stopped = false;
    retVal = kCFRunLoopRunStopped;
} else if (__CFRunLoopModeIsEmpty(rl, rlm, previousMode)) {
    // source/timer/observer一个都没有了
    retVal = kCFRunLoopRunFinished;
}

 总体来讲，RunLoop比较基础但是也是比较复杂，在阅读源码的过程中也遇到不少疑惑，有些疑惑可能需要在后续的研究中才能慢慢发现答案。