深刻理解RunLoop（二）

其內部代碼整理以下 （太長了不想看能夠直接跳過去，後面會有說明）：

/// 用DefaultMode啓動
void CFRunLoopRun(void) {
    CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopGetCurrent(), kCFRunLoopDefaultMode, 1.0e10, false);
}
 
/// 用指定的Mode啓動，容許設置RunLoop超時時間
int CFRunLoopRunInMode(CFStringRef modeName, CFTimeInterval seconds, Boolean stopAfterHandle) {
    return CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopGetCurrent(), modeName, seconds, returnAfterSourceHandled);
}
 
/// RunLoop的實現
int CFRunLoopRunSpecific(runloop, modeName, seconds, stopAfterHandle) {
    
    /// 首先根據modeName找到對應mode
    CFRunLoopModeRef currentMode = __CFRunLoopFindMode(runloop, modeName, false);
    /// 若是mode裏沒有source/timer/observer, 直接返回。
    if (__CFRunLoopModeIsEmpty(currentMode)) return;
    
    /// 1. 通知 Observers: RunLoop 即將進入 loop。
    __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopEntry);
    
    /// 內部函數，進入loop
    __CFRunLoopRun(runloop, currentMode, seconds, returnAfterSourceHandled) {
        
        Boolean sourceHandledThisLoop = NO;
        int retVal = 0;
        do {
 
            /// 2. 通知 Observers: RunLoop 即將觸發 Timer 回調。
            __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeTimers);
            /// 3. 通知 Observers: RunLoop 即將觸發 Source0 (非port) 回調。
            __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeSources);
            /// 執行被加入的block
            __CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode);
            
            /// 4. RunLoop 觸發 Source0 (非port) 回調。
            sourceHandledThisLoop = __CFRunLoopDoSources0(runloop, currentMode, stopAfterHandle);
            /// 執行被加入的block
            __CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode);
 
            /// 5. 若是有 Source1 (基於port) 處於 ready 狀態，直接處理這個 Source1 而後跳轉去處理消息。
            if (__Source0DidDispatchPortLastTime) {
                Boolean hasMsg = __CFRunLoopServiceMachPort(dispatchPort, &msg)
                if (hasMsg) goto handle_msg;
            }
            
            /// 通知 Observers: RunLoop 的線程即將進入休眠(sleep)。
            if (!sourceHandledThisLoop) {
                __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeWaiting);
            }
            
            /// 7. 調用 mach_msg 等待接受 mach_port 的消息。線程將進入休眠, 直到被下面某一個事件喚醒。
            /// • 一個基於 port 的Source 的事件。
            /// • 一個 Timer 到時間了
            /// • RunLoop 自身的超時時間到了
            /// • 被其餘什麼調用者手動喚醒
            __CFRunLoopServiceMachPort(waitSet, &msg, sizeof(msg_buffer), &livePort) {
                mach_msg(msg, MACH_RCV_MSG, port); // thread wait for receive msg
            }
 
            /// 8. 通知 Observers: RunLoop 的線程剛剛被喚醒了。
            __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopAfterWaiting);
            
            /// 收到消息，處理消息。
            handle_msg:
 
            /// 9.1 若是一個 Timer 到時間了，觸發這個Timer的回調。
            if (msg_is_timer) {
                __CFRunLoopDoTimers(runloop, currentMode, mach_absolute_time())
            } 
 
            /// 9.2 若是有dispatch到main_queue的block，執行block。
            else if (msg_is_dispatch) {
                __CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__(msg);
            } 
 
            /// 9.3 若是一個 Source1 (基於port) 發出事件了，處理這個事件
            else {
                CFRunLoopSourceRef source1 = __CFRunLoopModeFindSourceForMachPort(runloop, currentMode, livePort);
                sourceHandledThisLoop = __CFRunLoopDoSource1(runloop, currentMode, source1, msg);
                if (sourceHandledThisLoop) {
                    mach_msg(reply, MACH_SEND_MSG, reply);
                }
            }
            
            /// 執行加入到Loop的block
            __CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode);
            
 
            if (sourceHandledThisLoop && stopAfterHandle) {
                /// 進入loop時參數說處理完事件就返回。
                retVal = kCFRunLoopRunHandledSource;
            } else if (timeout) {
                /// 超出傳入參數標記的超時時間了
                retVal = kCFRunLoopRunTimedOut;
            } else if (__CFRunLoopIsStopped(runloop)) {
                /// 被外部調用者強制中止了
                retVal = kCFRunLoopRunStopped;
            } else if (__CFRunLoopModeIsEmpty(runloop, currentMode)) {
                /// source/timer/observer一個都沒有了
                retVal = kCFRunLoopRunFinished;
            }
            
            /// 若是沒超時，mode裏沒空，loop也沒被中止，那繼續loop。
        } while (retVal == 0);
    }
    
    /// 10. 通知 Observers: RunLoop 即將退出。
    __CFRunLoopDoObservers(rl, currentMode, kCFRunLoopExit);
}

能夠看到，實際上 RunLoop 就是這樣一個函數，其內部是一個 do-while 循環。當你調用 CFRunLoopRun() 時，線程就會一直停留在這個循環裏；直到超時或被手動中止，該函數纔會返回。

RunLoop 的底層實現

從上面代碼能夠看到，RunLoop 的核心是基於 mach port 的，其進入休眠時調用的函數是 mach_msg()。爲了解釋這個邏輯，下面稍微介紹一下 OSX/iOS 的系統架構。

蘋果官方將整個系統大體劃分爲上述4個層次：
應用層包括用戶能接觸到的圖形應用，例如 Spotlight、Aqua、SpringBoard 等。
應用框架層即開發人員接觸到的 Cocoa 等框架。
核心框架層包括各類核心框架、OpenGL 等內容。
Darwin 即操做系統的核心，包括系統內核、驅動、Shell 等內容，這一層是開源的，其全部源碼均可以在 opensource.apple.com 裏找到。

咱們在深刻看一下 Darwin 這個核心的架構：

其中，在硬件層上面的三個組成部分：Mach、BSD、IOKit (還包括一些上面沒標註的內容)，共同組成了 XNU 內核。
XNU 內核的內環被稱做 Mach，其做爲一個微內核，僅提供了諸如處理器調度、IPC (進程間通訊)等很是少許的基礎服務。
BSD 層能夠看做圍繞 Mach 層的一個外環，其提供了諸如進程管理、文件系統和網絡等功能。
IOKit 層是爲設備驅動提供了一個面向對象(C++)的一個框架。

Mach 自己提供的 API 很是有限，並且蘋果也不鼓勵使用 Mach 的 API，可是這些API很是基礎，若是沒有這些API的話，其餘任何工做都沒法實施。在 Mach 中，全部的東西都是經過本身的對象實現的，進程、線程和虛擬內存都被稱爲"對象"。和其餘架構不一樣， Mach 的對象間不能直接調用，只能經過消息傳遞的方式實現對象間的通訊。"消息"是 Mach 中最基礎的概念，消息在兩個端口 (port) 之間傳遞，這就是 Mach 的 IPC (進程間通訊) 的核心。

Mach 的消息定義是在 <mach/message.h> 頭文件的，很簡單：

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;

一條 Mach 消息實際上就是一個二進制數據包 (BLOB)，其頭部定義了當前端口 local_port 和目標端口 remote_port，
發送和接受消息是經過同一個 API 進行的，其 option 標記了消息傳遞的方向：

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);

爲了實現消息的發送和接收，mach_msg() 函數其實是調用了一個 Mach 陷阱 (trap)，即函數mach_msg_trap()，陷阱這個概念在 Mach 中等同於系統調用。當你在用戶態調用 mach_msg_trap() 時會觸發陷阱機制，切換到內核態；內核態中內核實現的 mach_msg() 函數會完成實際的工做，以下圖：

這些概念能夠參考維基百科: System_call、Trap_(computing)。

RunLoop 的核心就是一個 mach_msg() (見上面代碼的第7步)，RunLoop 調用這個函數去接收消息，若是沒有別人發送 port 消息過來，內核會將線程置於等待狀態。例如你在模擬器裏跑起一個 iOS 的 App，而後在 App 靜止時點擊暫停，你會看到主線程調用棧是停留在 mach_msg_trap() 這個地方。

關於具體的如何利用 mach port 發送信息，能夠看看 NSHipster 這一篇文章，或者這裏的中文翻譯 。

關於Mach的歷史能夠看看這篇頗有趣的文章：Mac OS X 背後的故事（三）Mach 之父 Avie Tevanian。

未完待續...