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转载阐明：
本文为转载，这是一篇对于 RunLoop 的高质量文章，然而原文博客链接太慢，故而我搬迁到此处，原文是深刻了解 RunLoop，作者是 ibireme
RunLoop 是 iOS 和 OSX 开发中十分根底的一个概念，这篇文章将从 CFRunLoop 的源码动手，介绍 RunLoop 的概念以及底层实现原理。之后会介绍一下在 iOS 中，苹果是如何利用 RunLoop 实现主动开释池、提早回调、触摸事件、屏幕刷新等性能的。
RunLoop 的概念
一般来讲，一个线程一次只能执行一个工作，执行实现后线程就会退出。如果咱们须要一个机制，让线程能随时处理事件但并不退出，通常的代码逻辑是这样的：
function loop() {initialize();
do {var message = get_next_message();
process_message(message);
} while (message != quit);
}这种模型通常被称作 Event Loop。Event Loop 在很多零碎和框架里都有实现，比方 Node.js 的事件处理，比方 Windows 程序的音讯循环，再比方 OSX/iOS 里的 RunLoop。实现这种模型的关键点在于：如何治理事件 / 音讯，如何让线程在没有解决音讯时休眠以防止资源占用、在有音讯到来时立即被唤醒。
所以，RunLoop 实际上就是一个对象，这个对象治理了其须要解决的事件和音讯，并提供了一个入口函数来执行下面 Event Loop 的逻辑。线程执行了这个函数后，就会始终处于这个函数外部“承受音讯 -> 期待 -> 解决”的循环中，直到这个循环完结（比方传入 quit 的音讯），函数返回。
OSX/iOS 零碎中，提供了两个这样的对象：NSRunLoop 和 CFRunLoopRef。CFRunLoopRef：在 CoreFoundation 框架内的，它提供了纯 C 函数的 API，所有这些 API 都是线程平安的。NSRunLoop：基于 CFRunLoopRef 的封装，提供了面向对象的 API，然而这些 API 不是线程平安的。
CFRunLoopRef 的代码是开源的，你能够在这里 http://opensource.apple.com/tarballs/CF/ 下载到整个 CoreFoundation 的源码来查看。
(Update: Swift 开源后，苹果又保护了一个跨平台的 CoreFoundation 版本：https://github.com/apple/swift-corelibs-foundation/，这个版本的源码可能和现有 iOS 零碎中的实现略不一样，但更容易编译，而且曾经适配了 Linux/Windows。)
RunLoop 与线程的关系
首先，iOS 开发中能遇到两个线程对象: pthread_t 和 NSThread。过来苹果有份文档 /tn/tn2028.html)表明了 NSThread 只是 pthread_t 的封装，但那份文档曾经生效了，当初它们也有可能都是间接包装自最底层的 mach thread。苹果并没有提供这两个对象互相转换的接口，但不论怎么样，能够必定的是 pthread_t 和 NSThread 是一一对应的。比方，你能够通过 pthread_main_thread_np() 或 [NSThread mainThread]来获取主线程；也能够通过 pthread_self() 或 [NSThread currentThread] 来获取以后线程。CFRunLoop 是基于 pthread 来治理的。
苹果不容许间接创立 RunLoop，它只提供了两个主动获取的函数：CFRunLoopGetMain() 和 CFRunLoopGetCurrent()。这两个函数外部的逻辑大略是上面这样:
/// 全局的 Dictionary，key 是 pthread_t，value 是 CFRunLoopRef
static CFMutableDictionaryRef loopsDic;
/// 拜访 loopsDic 时的锁
static CFSpinLock_t loopsLock;
/// 获取一个 pthread 对应的 RunLoop。CFRunLoopRef _CFRunLoopGet(pthread_t thread) {OSSpinLockLock(&loopsLock);
if (!loopsDic) {
// 第一次进入时，初始化全局 Dic，并先为主线程创立一个 RunLoop。loopsDic = CFDictionaryCreateMutable();
CFRunLoopRef mainLoop = _CFRunLoopCreate();
CFDictionarySetValue(loopsDic, pthread_main_thread_np(), mainLoop);
}
/// 间接从 Dictionary 里获取。CFRunLoopRef loop = CFDictionaryGetValue(loopsDic, thread));
if (!loop) {
/// 取不到时，创立一个
loop = _CFRunLoopCreate();
CFDictionarySetValue(loopsDic, thread, loop);
/// 注册一个回调，当线程销毁时，顺便也销毁其对应的 RunLoop。_CFSetTSD(..., thread, loop, __CFFinalizeRunLoop);
}
OSSpinLockUnLock(&loopsLock);
return loop;
}
CFRunLoopRef CFRunLoopGetMain() {return _CFRunLoopGet(pthread_main_thread_np());
}
CFRunLoopRef CFRunLoopGetCurrent() {return _CFRunLoopGet(pthread_self());
}从下面的代码能够看出，线程和 RunLoop 之间是一一对应的，其关系是保留在一个全局的 Dictionary 里。线程刚创立时并没有 RunLoop，如果你不被动获取，那它始终都不会有。RunLoop 的创立是产生在第一次获取时，RunLoop 的销毁是产生在线程完结时。你只能在一个线程的外部获取其 RunLoop（主线程除外）。
RunLoop 对外的接口
在 CoreFoundation 外面对于 RunLoop 有 5 个类：CFRunLoopRef，CFRunLoopModeRef，CFRunLoopSourceRef，CFRunLoopTimerRef，CFRunLoopObserverRef，其中 CFRunLoopModeRef 类并没有对外裸露，只是通过 CFRunLoopRef 的接口进行了封装。他们的关系如下:
一个 RunLoop 蕴含若干个 Mode，每个 Mode 又蕴含若干个 Source/Timer/Observer。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。如果须要切换 Mode，只能退出 Loop，再从新指定一个 Mode 进入。这样做次要是为了分隔开不同组的 Source/Timer/Observer，让其互不影响。
CFRunLoopSourceRef 是事件产生的中央。Source 有两个版本：Source0 和 Source1。
-
Source0 只蕴含了一个回调（函数指针），它并不能被动触发事件。应用时，你须要先调用
CFRunLoopSourceSignal(source)，将这个 Source 标记为待处理，而后手动调用CFRunLoopWakeUp(runloop)来唤醒 RunLoop，让其解决这个事件。 -
Source1 蕴含了一个
mach_port和一个回调（函数指针），被用于通过内核和其余线程互相发送音讯。这种 Source 能被动唤醒 RunLoop 的线程，其原理在上面会讲到。
CFRunLoopTimerRef 是基于工夫的触发器，它和 NSTimer 是 toll-free bridged 的，能够混用。其蕴含一个工夫长度和一个回调（函数指针）。当其退出到 RunLoop 时，RunLoop 会注册对应的工夫点，当工夫点到时，RunLoop 会被唤醒以执行那个回调。
CFRunLoopObserverRef 是观察者，每个 Observer 都蕴含了一个回调（函数指针），当 RunLoop 的状态发生变化时，观察者就能通过回调承受到这个变动。能够观测的工夫点有以下几个：
typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {kCFRunLoopEntry = (1UL << 0), // 行将进入 Loop
kCFRunLoopBeforeTimers = (1UL << 1), // 行将解决 Timer
kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2), // 行将解决 Source
kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5), // 行将进入休眠
kCFRunLoopAfterWaiting = (1UL << 6), // 刚从休眠中唤醒
kCFRunLoopExit = (1UL << 7), // 行将退出 Loop
};下面的 Source/Timer/Observer 被统称为 mode item，一个 item 能够被同时退出多个 mode。但一个 item 被反复退出同一个 mode 时是不会有成果的。如果一个 mode 中一个 item 都没有，则 RunLoop 会间接退出，不进入循环。
RunLoop 的 Mode
CFRunLoopMode 和 CFRunLoop 的构造大抵如下：
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<Source/Observer/Timer>
CFRunLoopModeRef _currentMode; // Current Runloop Mode
CFMutableSetRef _modes; // Set
...
};这里有个概念叫 CommonModes：一个 Mode 能够将本人标记为”Common”属性（通过将其 ModeName 增加到 RunLoop 的“commonModes”中）。每当 RunLoop 的内容发生变化时，RunLoop 都会主动将 _commonModeItems 里的 Source/Observer/Timer 同步到具备“Common”标记的所有 Mode 里。
CFRunLoop 对外裸露的治理 Mode 接口只有上面 2 个:
CFRunLoopAddCommonMode(CFRunLoopRef runloop, CFStringRef modeName);
CFRunLoopRunInMode(CFStringRef modeName, ...);Mode 裸露的治理 mode item 的接口有上面几个：
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);你只能通过 mode name 来操作外部的 mode，当你传入一个新的 mode name 但 RunLoop 外部没有对应 mode 时，RunLoop 会主动帮你创立对应的 CFRunLoopModeRef。对于一个 RunLoop 来说，其外部的 mode 只能减少不能删除。
苹果公开提供的 Mode 有两个：kCFRunLoopDefaultMode (NSDefaultRunLoopMode) 和 UITrackingRunLoopMode，你能够用这两个 Mode Name 来操作其对应的 Mode。
同时苹果还提供了一个操作 Common 标记的字符串：kCFRunLoopCommonModes (NSRunLoopCommonModes)，你能够用这个字符串来操作 Common Items，或标记一个 Mode 为“Common”。应用时留神辨别这个字符串和其余 mode name。
RunLoop 的外部逻辑
依据苹果在文档里的阐明，RunLoop 外部的逻辑大抵如下:
其外部代码整顿如下（太长了不想看能够间接跳过去，前面会有阐明）：
/// 用 DefaultMode 启动
void CFRunLoopRun(void) {CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopGetCurrent(), kCFRunLoopDefaultMode, 1.0e10, false);
}
/// 用指定的 Mode 启动，容许设置 RunLoop 超时工夫
int CFRunLoopRunInMode(CFStringRef modeName, CFTimeInterval seconds, Boolean stopAfterHandle) {return CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopGetCurrent(), modeName, seconds, returnAfterSourceHandled);
}
/// RunLoop 的实现
int CFRunLoopRunSpecific(runloop, modeName, seconds, stopAfterHandle) {
/// 首先依据 modeName 找到对应 mode
CFRunLoopModeRef currentMode = __CFRunLoopFindMode(runloop, modeName, false);
/// 如果 mode 里没有 source/timer/observer, 间接返回。if (__CFRunLoopModeIsEmpty(currentMode)) return;
/// 1. 告诉 Observers: RunLoop 行将进入 loop。__CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopEntry);
/// 外部函数，进入 loop
__CFRunLoopRun(runloop, currentMode, seconds, returnAfterSourceHandled) {
Boolean sourceHandledThisLoop = NO;
int retVal = 0;
do {
/// 2. 告诉 Observers: RunLoop 行将触发 Timer 回调。__CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeTimers);
/// 3. 告诉 Observers: RunLoop 行将触发 Source0 (非 port) 回调。__CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeSources);
/// 执行被退出的 block
__CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode);
/// 4. RunLoop 触发 Source0 (非 port) 回调。sourceHandledThisLoop = __CFRunLoopDoSources0(runloop, currentMode, stopAfterHandle);
/// 执行被退出的 block
__CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode);
/// 5. 如果有 Source1 (基于 port) 处于 ready 状态，间接解决这个 Source1 而后跳转去解决音讯。if (__Source0DidDispatchPortLastTime) {Boolean hasMsg = __CFRunLoopServiceMachPort(dispatchPort, &msg)
if (hasMsg) goto handle_msg;
}
/// 告诉 Observers: RunLoop 的线程行将进入休眠(sleep)。if (!sourceHandledThisLoop) {__CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeWaiting);
}
/// 7. 调用 mach_msg 期待承受 mach_port 的音讯。线程将进入休眠, 直到被上面某一个事件唤醒。/// • 一个基于 port 的 Source 的事件。/// • 一个 Timer 到工夫了
/// • RunLoop 本身的超时工夫到了
/// • 被其余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. 告诉 Observers: RunLoop 的线程刚刚被唤醒了。__CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopAfterWaiting);
/// 收到音讯，解决音讯。handle_msg:
/// 9.1 如果一个 Timer 到工夫了，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) 收回事件了，解决这个事件
else {CFRunLoopSourceRef source1 = __CFRunLoopModeFindSourceForMachPort(runloop, currentMode, livePort);
sourceHandledThisLoop = __CFRunLoopDoSource1(runloop, currentMode, source1, msg);
if (sourceHandledThisLoop) {mach_msg(reply, MACH_SEND_MSG, reply);
}
}
/// 执行退出到 Loop 的 block
__CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode);
if (sourceHandledThisLoop && stopAfterHandle) {
/// 进入 loop 时参数说解决完事件就返回。retVal = kCFRunLoopRunHandledSource;
} else if (timeout) {
/// 超出传入参数标记的超时工夫了
retVal = kCFRunLoopRunTimedOut;
} else if (__CFRunLoopIsStopped(runloop)) {
/// 被内部调用者强制进行了
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 也没被进行，那持续 loop。} while (retVal == 0);
}
/// 10. 告诉 Observers: RunLoop 行将退出。__CFRunLoopDoObservers(rl, currentMode, kCFRunLoopExit);
}能够看到，实际上 RunLoop 就是这样一个函数，其外部是一个 do-while 循环。当你调用 CFRunLoopRun() 时，线程就会始终停留在这个循环里；直到超时或被手动进行，该函数才会返回。
RunLoop 的底层实现
从下面代码能够看到，RunLoop 的外围是基于 mach port 的，其进入休眠时调用的函数是 mach_msg()。为了解释这个逻辑，上面略微介绍一下 OSX/iOS 的零碎架构。
苹果官网将整个零碎大抵划分为上述 4 个档次：
应用层包含用户能接触到的图形利用，例如 Spotlight、Aqua、SpringBoard 等。
利用框架层即开发人员接触到的 Cocoa 等框架。
外围框架层包含各种外围框架、OpenGL 等内容。
Darwin 即操作系统的外围，包含零碎内核、驱动、Shell 等内容，这一层是开源的，其所有源码都能够在 opensource.apple.com 里找到。
咱们在深刻看一下 Darwin 这个外围的架构：
其中，在硬件层下面的三个组成部分：Mach、BSD、IOKit (还包含一些下面没标注的内容)，独特组成了 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 (过程间通信)等十分大量的根底服务。
- BSD 层能够看作围绕 Mach 层的一个外环，其提供了诸如过程治理、文件系统和网络等性能。
- IOKit 层是为设施驱动提供了一个面向对象 (C++) 的一个框架。
Mach 自身提供的 API 十分无限，而且苹果也不激励应用 Mach 的 API，然而这些 API 十分根底，如果没有这些 API 的话，其余任何工作都无奈施行。在 Mach 中，所有的货色都是通过本人的对象实现的，过程、线程和虚拟内存都被称为”对象”。和其余架构不同，Mach 的对象间不能间接调用，只能通过消息传递的形式实现对象间的通信。”音讯”是 Mach 中最根底的概念，音讯在两个端口 (port) 之间传递，这就是 Mach 的 IPC (过程间通信) 的外围。
Mach 的音讯定义是在 <mach/message.h> 头文件的，很简略：
typedef struct {
mach_msg_header_t header;
mach_msg_body_t body;
} mach_msg_base_t;
typedef struct {
mach_msg_bits_t msgh_bits;
mach_msg_size_t msgh_size;
mach_port_t msgh_remote_port;
mach_port_t msgh_local_port;
mach_port_name_t msgh_voucher_port;
mach_msg_id_t msgh_id;
} mach_msg_header_t;一条 Mach 音讯实际上就是一个二进制数据包 (BLOB)，其头部定义了以后端口 local_port 和指标端口 remote_port，发送和承受音讯是通过同一个 API 进行的，其 option 标记了消息传递的方向：
mach_msg_return_t mach_msg(
mach_msg_header_t *msg,
mach_msg_option_t option,
mach_msg_size_t send_size,
mach_msg_size_t rcv_size,
mach_port_name_t rcv_name,
mach_msg_timeout_t timeout,
mach_port_name_t notify);为了实现音讯的发送和接管，mach_msg() 函数实际上是调用了一个 Mach 陷阱 (trap)，即函数mach_msg_trap()，陷阱这个概念在 Mach 中等同于零碎调用。当你在用户态调用 mach_msg_trap() 时会触发陷阱机制，切换到内核态；内核态中内核实现的 mach_msg() 函数会实现理论的工作，如下图：
这些概念能够参考维基百科: System_call、Trap_(computing))。
RunLoop 的外围就是一个 mach_msg() (见下面代码的第 7 步)，RunLoop 调用这个函数去接管音讯，如果没有他人发送 port 音讯过去，内核会将线程置于期待状态。例如你在模拟器里跑起一个 iOS 的 App，而后在 App 静止时点击暂停，你会看到主线程调用栈是停留在 mach_msg_trap() 这个中央。
对于具体的如何利用 mach port 发送信息，能够看看 NSHipster 这一篇文章，或者这里的中文翻译。
对于 Mach 的历史能够看看这篇很乏味的文章：Mac OS X 背地的故事（三）Mach 之父 Avie Tevanian。
苹果用 RunLoop 实现的性能
首先咱们能够看一下 App 启动后 RunLoop 的状态：
CFRunLoop {
current mode = kCFRunLoopDefaultMode
common modes = {
UITrackingRunLoopMode
kCFRunLoopDefaultMode
}
common mode items = {// source0 (manual)
CFRunLoopSource {order =-1, {callout = _UIApplicationHandleEventQueue}}
CFRunLoopSource {order =-1, {callout = PurpleEventSignalCallback}}
CFRunLoopSource {order = 0, {callout = FBSSerialQueueRunLoopSourceHandler}}
// source1 (mach port)
CFRunLoopSource {order = 0, {port = 17923}}
CFRunLoopSource {order = 0, {port = 12039}}
CFRunLoopSource {order = 0, {port = 16647}}
CFRunLoopSource {order =-1, {callout = PurpleEventCallback}}
CFRunLoopSource {order = 0, {port = 2407,
callout = _ZL20notify_port_callbackP12__CFMachPortPvlS1_}}
CFRunLoopSource {order = 0, {port = 1c03,
callout = __IOHIDEventSystemClientAvailabilityCallback}}
CFRunLoopSource {order = 0, {port = 1b03,
callout = __IOHIDEventSystemClientQueueCallback}}
CFRunLoopSource {order = 1, {port = 1903,
callout = __IOMIGMachPortPortCallback}}
// Ovserver
CFRunLoopObserver {order = -2147483647, activities = 0x1, // Entry
callout = _wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler}
CFRunLoopObserver {order = 0, activities = 0x20, // BeforeWaiting
callout = _UIGestureRecognizerUpdateObserver}
CFRunLoopObserver {order = 1999000, activities = 0xa0, // BeforeWaiting | Exit
callout = _afterCACommitHandler}
CFRunLoopObserver {order = 2000000, activities = 0xa0, // BeforeWaiting | Exit
callout = _ZN2CA11Transaction17observer_callbackEP19__CFRunLoopObservermPv}
CFRunLoopObserver {order = 2147483647, activities = 0xa0, // BeforeWaiting | Exit
callout = _wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler}
// Timer
CFRunLoopTimer {firing = No, interval = 3.1536e+09, tolerance = 0,
next fire date = 453098071 (-4421.76019 @ 96223387169499),
callout = _ZN2CAL14timer_callbackEP16__CFRunLoopTimerPv (QuartzCore.framework)}
},
modes = {
CFRunLoopMode {sources0 = { /* same as 'common mode items' */},
sources1 = {/* same as 'common mode items' */},
observers = {/* same as 'common mode items' */},
timers = {/* same as 'common mode items' */},
},
CFRunLoopMode {sources0 = { /* same as 'common mode items' */},
sources1 = {/* same as 'common mode items' */},
observers = {/* same as 'common mode items' */},
timers = {/* same as 'common mode items' */},
},
CFRunLoopMode {
sources0 = {
CFRunLoopSource {order = 0, {callout = FBSSerialQueueRunLoopSourceHandler}}
},
sources1 = (null),
observers = {
CFRunLoopObserver >{activities = 0xa0, order = 2000000,
callout = _ZN2CA11Transaction17observer_callbackEP19__CFRunLoopObservermPv}
)},
timers = (null),
},
CFRunLoopMode {
sources0 = {
CFRunLoopSource {order = -1, {callout = PurpleEventSignalCallback}}
},
sources1 = {
CFRunLoopSource {order = -1, {callout = PurpleEventCallback}}
},
observers = (null),
timers = (null),
},
CFRunLoopMode {sources0 = (null),
sources1 = (null),
observers = (null),
timers = (null),
}
}
}能够看到，零碎默认注册了 5 个 Mode:
-
kCFRunLoopDefaultMode: App 的默认 Mode，通常主线程是在这个 Mode 下运行的。 -
UITrackingRunLoopMode: 界面跟踪 Mode，用于 ScrollView 追踪触摸滑动，保障界面滑动时不受其余 Mode 影响。 -
UIInitializationRunLoopMode: 在刚启动 App 时第进入的第一个 Mode，启动实现后就不再应用。 -
GSEventReceiveRunLoopMode: 承受零碎事件的外部 Mode，通常用不到。 -
kCFRunLoopCommonModes: 这是一个占位的 Mode，没有理论作用。
你能够在这里看到更多的苹果外部的 Mode，但那些 Mode 在开发中就很难遇到了。
当 RunLoop 进行回调时，个别都是通过一个很长的函数调用进来 (call out), 当你在你的代码中下断点调试时，通常能在调用栈上看到这些函数。上面是这几个函数的整顿版本，如果你在调用栈中看到这些长函数名，在这里查找一下就能定位到具体的调用地点了：
{
/// 1. 告诉 Observers，行将进入 RunLoop
/// 此处有 Observer 会创立 AutoreleasePool: _objc_autoreleasePoolPush();
__CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopEntry);
do {
/// 2. 告诉 Observers: 行将触发 Timer 回调。__CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopBeforeTimers);
/// 3. 告诉 Observers: 行将触发 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. 告诉 Observers，行将进入休眠
/// 此处有 Observer 开释并新建 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. 告诉 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 等办法放入 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，解决这个事件
__CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE1_PERFORM_FUNCTION__(source1);
} while (...);
/// 10. 告诉 Observers，行将退出 RunLoop
/// 此处有 Observer 开释 AutoreleasePool: _objc_autoreleasePoolPop();
__CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopExit);
}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()。
第一个 Observer 监督的事件是 Entry(行将进入 Loop)，其回调内会调用 _objc_autoreleasePoolPush() 创立主动开释池。其 order 是 -2147483647，优先级最高，保障创立开释池产生在其余所有回调之前。
第二个 Observer 监督了两个事件：BeforeWaiting(筹备进入休眠) 时调用_objc_autoreleasePoolPop() 和 _objc_autoreleasePoolPush() 开释旧的池并创立新池；Exit(行将退出 Loop) 时调用 _objc_autoreleasePoolPop() 来开释主动开释池。这个 Observer 的 order 是 2147483647，优先级最低，保障其开释池子产生在其余所有回调之后。
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 创立好的 AutoreleasePool 环绕着，所以不会呈现内存透露，开发者也不用显示创立 Pool 了。
事件响应
苹果注册了一个 Source1 (基于 mach port 的) 用来接管零碎事件，其回调函数为 __IOHIDEventSystemClientQueueCallback()。
当一个硬件事件 (触摸 / 锁屏 / 摇摆等) 产生后，首先由 IOKit.framework 生成一个 IOHIDEvent 事件并由 SpringBoard 接管。这个过程的详细情况能够参考这里。SpringBoard 只接管按键(锁屏 / 静音等)，触摸，减速，靠近传感器等几种 Event，随后用 mach port 转发给须要的 App 过程。随后苹果注册的那个 Source1 就会触发回调，并调用 _UIApplicationHandleEventQueue() 进行利用外部的散发。
_UIApplicationHandleEventQueue() 会把 IOHIDEvent 解决并包装成 UIEvent 进行解决或散发，其中包含辨认 UIGesture/ 解决屏幕旋转 / 发送给 UIWindow 等。通常事件比方 UIButton 点击、touchesBegin/Move/End/Cancel 事件都是在这个回调中实现的。
手势辨认
当下面的 _UIApplicationHandleEventQueue() 辨认了一个手势时，其首先会调用 Cancel 将以后的 touchesBegin/Move/End 系列回调打断。随后零碎将对应的 UIGestureRecognizer 标记为待处理。
苹果注册了一个 Observer 监测 BeforeWaiting (Loop 行将进入休眠) 事件，这个 Observer 的回调函数是 _UIGestureRecognizerUpdateObserver()，其外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 的变动 (创立 / 销毁 / 状态扭转) 时，这个回调都会进行相应解决。
界面更新
当在操作 UI 时，比方扭转了 Frame、更新了 UIView/CALayer 的档次时，或者手动调用了 UIView/CALayer 的 setNeedsLayout / setNeedsDisplay办法后，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(行将进入休眠) 和 Exit (行将退出 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 以执行理论的绘制和调整，并更新 UI 界面。
这个函数外部的调用栈大略是这样的：
_ZN2CA11Transaction17observer_callbackEP19__CFRunLoopObservermPv()
QuartzCore:CA::Transaction::observer_callback:
CA::Transaction::commit();
CA::Context::commit_transaction();
CA::Layer::layout_and_display_if_needed();
CA::Layer::layout_if_needed();
[CALayer layoutSublayers];
[UIView layoutSubviews];
CA::Layer::display_if_needed();
[CALayer display];
[UIView drawRect];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 会为其反复的工夫点注册好事件。例如 10:00, 10:10, 10:20 这几个工夫点。RunLoop 为了节俭资源，并不会在十分精确的工夫点回调这个 Timer。Timer 有个属性叫做 Tolerance (宽容度)，标示了当工夫点到后，答应有多少最大误差。
如果某个工夫点被错过了，例如执行了一个很长的工作，则那个工夫点的回调也会跳过去，不会延后执行。就比方等公交，如果 10:10 时我忙着玩手机错过了那个点的公交，那我只能等 10:20 这一趟了。
CADisplayLink 是一个和屏幕刷新率统一的定时器（但理论实现原理更简单，和 NSTimer 并不一样，其外部理论是操作了一个 Source）。如果在两次屏幕刷新之间执行了一个长工作，那其中就会有一帧被跳过去（和 NSTimer 类似），造成界面卡顿的感觉。在疾速滑动 TableView 时，即便一帧的卡顿也会让用户有所觉察。Facebook 开源的 AsyncDisplayLink 就是为了解决界面卡顿的问题，其外部也用到了 RunLoop，这个稍后我会再独自写一页博客来剖析。
PerformSelecter
当调用 NSObject 的 performSelecter:afterDelay: 后，实际上其外部会创立一个 Timer 并增加到以后线程的 RunLoop 中。所以如果以后线程没有 RunLoop，则这个办法会生效。
当调用 performSelector:onThread: 时，实际上其会创立一个 Timer 加到对应的线程去，同样的，如果对应线程没有 RunLoop 该办法也会生效。
对于 GCD
实际上 RunLoop 底层也会用到 GCD 的货色，比方 RunLoop 是用 dispatch_source_t 实现的 Timer（评论中有人揭示，NSTimer 是用了 XNU 内核的 mk_timer，我也认真调试了一下，发现 NSTimer 的确是由 mk_timer 驱动，而非 GCD 驱动的）。但同时 GCD 提供的某些接口也用到了 RunLoop，例如 dispatch_async()。
当调用 dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), block) 时，libDispatch 会向主线程的 RunLoop 发送音讯，RunLoop 会被唤醒，并从音讯中获得这个 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 到其余线程依然是由 libDispatch 解决的。
对于网络申请
iOS 中，对于网络申请的接口自下至上有如下几层：
CFSocket
CFNetwork ->ASIHttpRequest
NSURLConnection ->AFNetworking
NSURLSession ->AFNetworking2, Alamofire- CFSocket 是最底层的接口，只负责 socket 通信。
- CFNetwork 是基于 CFSocket 等接口的下层封装，ASIHttpRequest 工作于这一层。
- NSURLConnection 是基于 CFNetwork 的更高层的封装，提供面向对象的接口，AFNetworking 工作于这一层。
- NSURLSession 是 iOS7 中新增的接口，外表上是和 NSURLConnection 并列的，但底层依然用到了 NSURLConnection 的局部性能 (比方 com.apple.NSURLConnectionLoader 线程)，AFNetworking2 和 Alamofire 工作于这一层。
上面次要介绍下 NSURLConnection 的工作过程。
通常应用 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 这个函数的外部会会获取 CurrentRunLoop，而后在其中的 DefaultMode 增加了 4 个 Source0 (即须要手动触发的 Source)。CFMultiplexerSource 是负责各种 Delegate 回调的，CFHTTPCookieStorage 是解决各种 Cookie 的。
当开始网络传输时，咱们能够看到 NSURLConnection 创立了两个新线程：com.apple.NSURLConnectionLoader 和 com.apple.CFSocket.private。其中 CFSocket 线程是解决底层 socket 连贯的。NSURLConnectionLoader 这个线程外部会应用 RunLoop 来接管底层 socket 的事件，并通过之前增加的 Source0 告诉到下层的 Delegate。
NSURLConnectionLoader 中的 RunLoop 通过一些基于 mach port 的 Source 接管来自底层 CFSocket 的告诉。当收到告诉后，其会在适合的机会向 CFMultiplexerSource 等 Source0 发送告诉，同时唤醒 Delegate 线程的 RunLoop 来让其解决这些告诉。CFMultiplexerSource 会在 Delegate 线程的 RunLoop 对 Delegate 执行理论的回调。
RunLoop 的理论利用举例
AFNetworking
AFURLConnectionOperation 这个类是基于 NSURLConnection 构建的，其心愿能在后盾线程接管 Delegate 回调。为此 AFNetworking 独自创立了一个线程，并在这个线程中启动了一个 RunLoop：
+ (void)networkRequestThreadEntryPoint:(id)__unused object {
@autoreleasepool {[[NSThread currentThread] setName:@"AFNetworking"];
NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];
[runLoop addPort:[NSMachPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
[runLoop run];
}
}
+ (NSThread *)networkRequestThread {
static NSThread *_networkRequestThread = nil;
static dispatch_once_t oncePredicate;
dispatch_once(&oncePredicate, ^{_networkRequestThread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(networkRequestThreadEntryPoint:) object:nil];
[_networkRequestThread start];
});
return _networkRequestThread;
}RunLoop 启动前外部必须要有至多一个 Timer/Observer/Source，所以 AFNetworking 在 [runLoop run] 之前先创立了一个新的 NSMachPort 增加进去了。通常状况下，调用者须要持有这个 NSMachPort (mach_port) 并在内部线程通过这个 port 发送音讯到 loop 内；但此处增加 port 只是为了让 RunLoop 不至于退出，并没有用于理论的发送音讯。
- (void)start {[self.lock lock];
if ([self isCancelled]) {[self performSelector:@selector(cancelConnection) onThread:[[self class] networkRequestThread] withObject:nil waitUntilDone:NO modes:[self.runLoopModes allObjects]];
} else if ([self isReady]) {
self.state = AFOperationExecutingState;
[self performSelector:@selector(operationDidStart) onThread:[[self class] networkRequestThread] withObject:nil waitUntilDone:NO modes:[self.runLoopModes allObjects]];
}
[self.lock unlock];
}当须要这个后盾线程执行工作时，AFNetworking 通过调用 [NSObject performSelector:onThread:..] 将这个工作扔到了后盾线程的 RunLoop 中。
AsyncDisplayKit
AsyncDisplayKit 是 Facebook 推出的用于放弃界面流畅性的框架，其原理大抵如下：
UI 线程中一旦呈现沉重的工作就会导致界面卡顿，这类工作通常分为 3 类：排版，绘制，UI 对象操作。
排版通常包含计算视图大小、计算文本高度、从新计算子式图的排版等操作。
绘制个别有文本绘制 (例如 CoreText)、图片绘制 (例如事后解压)、元素绘制 (Quartz)等操作。
UI 对象操作通常包含 UIView/CALayer 等 UI 对象的创立、设置属性和销毁。
其中前两类操作能够通过各种办法扔到后盾线程执行，而最初一类操作只能在主线程实现，并且有时前面的操作须要依赖后面操作的后果（例如 TextView 创立时可能须要提前计算出文本的大小）。ASDK 所做的，就是尽量将能放入后盾的工作放入后盾，不能的则尽量推延 (例如视图的创立、属性的调整)。
为此，ASDK 创立了一个名为 ASDisplayNode 的对象，并在外部封装了 UIView/CALayer，它具备和 UIView/CALayer 类似的属性，例如 frame、backgroundColor 等。所有这些属性都能够在后盾线程更改，开发者能够只通过 Node 来操作其外部的 UIView/CALayer，这样就能够将排版和绘制放入了后盾线程。然而无论怎么操作，这些属性总须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，实现了一套相似的界面更新的机制：即在主线程的 RunLoop 中增加一个 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工作，而后一一执行。
具体的代码能够看这里：_ASAsyncTransactionGroup。
