iOS之RunLoop

RunLoop是iOS線程相關的比較重要的一個概念，不管是主線程仍是子線程，都對應一個RunLoop，若是沒有RunLoop，線程會立刻被系統回收。

本文主要CFRunLoop的源碼解析，並簡單闡述一下CFRunLoop的原理。

CFRunLoop是開源的，開源地址在：http://opensource.apple.com/tarballs/CF/ 

先看一張圖，這是主線程的RunLoop調用函數截圖：

咱們找到相應的CFRunLoop源碼：

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

能夠看到，系統創建了一個do while循環，當狀態在stop或者finished時，就會退出循環，RunLoop會結束，線程會被回收。

注：1.0e10，這個表示1.0乘以10的10次方，這個參數主要是規定RunLoop的時間，傳這個時間，表示線程常駐。

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;
}

先執行：__CFRunLoopFindMode，查找是否有Mode

1. 若是有則返回找到的。
2. 若是沒有，且不須要建立，則返回NULL。
3. 若是沒有，須要建立，則新建一個Mode。

看代碼標註：

/* 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) {  //若是有則返回
        __CFRunLoopModeLock(rlm);
        return rlm;
    }
    if (!create) {    //狀況2
        return NULL;
    }
    //狀況3
    rlm = (CFRunLoopModeRef)_CFRuntimeCreateInstance(kCFAllocatorSystemDefault, __kCFRunLoopModeTypeID, sizeof(struct __CFRunLoopMode) - sizeof(CFRuntimeBase), NULL);
    if (NULL == rlm) {
        return NULL;
    }
....//後面爲建立一個Mode並賦初始值

__CFRunLoopMode是什麼

__CFRunLoopMode我本身理解爲一種運行類型，它表示了當前線程運行在哪一種類型下，會被哪一種類型的事件喚醒。就比如你在程序中設置一個定時器Timer，運行在DefaultMode下，可是若是你滑動UIScrollview，系統會將當前線程的Mode改成UITrackingRunLoopMode，這時你的Timer就不會獲得調用，由於當前線程的Mode和你Timer的Mode不一樣。固然，若是你想不管在哪一種Mode下，Timer都想獲得調用的話，你須要將Mode設置爲CommonMode。

那麼，爲何要這樣設計呢？我理解爲這樣設計更爲靈活。你能夠指定事件須要在當前RunLoop是什麼Mode的時候被調用，跟上面舉的例子同樣。

系統提供了對應於__CFRunLoopMode的五種類型到NSRunloopMode中：

1. NSDefaultRunLoopMode，默認模式，在Run Loop沒有指定Mode的時候，默認就跑在Default Mode下
2. NSConnectionReplyMode，用來監聽處理網絡請求NSConnection的事件
3. NSModalPanelRunLoopMode，OS X的Modal面板事件
4. UITrackingRunLoopMode，拖動事件
5. NSRunLoopCommonModes，是一個模式集合，當綁定一個事件源到這個模式集合的時候就至關於綁定到了集合內的每個模式

咱們常常在代碼中使用的是NSDefaultRunLoopMode和NSRunLoopCommonModes。你也可使用自定義的Mode。

__CFRunLoopMode包含了什麼及其做用

__CFRunLoopMode的結構體中包含了：Source0，Source1，Observers，Timers，Ports等。

Source0：處理App內部事件，如UIEvent、CFSocket，對應（CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE0_PERFORM_FUNCTION）這個函數。

Source1：由RunLoop和內核管理，Mach port驅動，如CFMachPort、CFMessagePort。對應（CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE1_PERFORM_FUNCTION）這個函數。

Observers：主要負責修改RunLoop的狀態。狀態包括：

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：負責讓App響應NSTimers，延遲的perform事件，對應（CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_TIMER_CALLBACK_FUNCTION）這個函數。咱們能夠在viewDidLoad裏面加入以下代碼：

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

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

能夠獲得以下圖：

這裏簡單介紹下DoTimers和DoTimer兩個函數。DoTimers是一個for循環，在for循環裏面調用DoTimer。而後調用CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_TIMER_CALLBACK_FUNCTION，這個函數代碼很簡單，就是調用NSTimer或者Perform的回調。

Ports：port是用來作進程或者線程間通訊的，分爲CFMachPort, CFMessagePort, CFSocketPort，詳細介紹能夠看 這篇文章

再接着代碼往下看：

volatile _per_run_data *previousPerRun = __CFRunLoopPushPerRunData(rl);

_per_run_data是用來描述當前CFRunLoop的狀態的，有三種狀態：初始狀態，wake，stop三種。注意到 volatile 這個關鍵字，它的意思是告訴編譯器不要優化這個變量，要每次都從內存中讀取該變量。

接着往下：

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

通知觀察者開始進入RunLoop。主要是經過（CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION）這個函數來完成。

接下來就要進入__CFRunLoopRun這個核心函數了。這個函數比較複雜，跟port相關的就忽略不講了。

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;
    }

這一段邏輯比較清晰，使用GCD創建一個定時任務，在指定的時間內，使用__CFRunLoopTimeOut喚醒RunLoop。由於使用了DISPATCH_TIME_FOREVER，因此__CFRunLoopTimeOut只會調用一次。

__CFRunLoopDoBlocks(rl, rlm); //執行RunLoop中的block
Boolean sourceHandledThisLoop = __CFRunLoopDoSources0(rl, rlm, stopAfterHandle);
if (sourceHandledThisLoop) {
   __CFRunLoopDoBlocks(rl, rlm);
}
//執行Mode裏面的Source0的事件，如perform，uievent等//不知道爲何__CFRunLoopDoBlocks要執行兩次

後續會有兩次狀態的改變：kCFRunLoopBeforeWaiting和kCFRunLoopAfterWaiting，接着就是跟port相關的了，就不寫了。

最後一段：

if (sourceHandledThisLoop && stopAfterHandle) {
    // 進入loop時參數說處理完事件就返回。
    retVal = kCFRunLoopRunHandledSource;
} else if (timeout_context->termTSR < mach_absolute_time()) {
    // 超出傳入參數標記的超時時間了
    retVal = kCFRunLoopRunTimedOut;
} else if (__CFRunLoopIsStopped(rl)) {
    // 被外部調用者強制中止了
    __CFRunLoopUnsetStopped(rl);
    retVal = kCFRunLoopRunStopped;
} else if (rlm->_stopped) {
    rlm->_stopped = false;
    retVal = kCFRunLoopRunStopped;
} else if (__CFRunLoopModeIsEmpty(rl, rlm, previousMode)) {
    // source/timer/observer一個都沒有了
    retVal = kCFRunLoopRunFinished;
}

 整體來說，RunLoop比較基礎可是也是比較複雜，在閱讀源碼的過程當中也遇到很多疑惑，有些疑惑可能須要在後續的研究中才能慢慢發現答案。