深刻淺出 RunLoop（二）：數據結構

RunLoop 系列文章

深刻淺出 RunLoop（一）：初識
深刻淺出 RunLoop（二）：數據結構
深刻淺出 RunLoop（三）：事件循環機制
深刻淺出 RunLoop（四）：RunLoop 與線程
深刻淺出 RunLoop（五）：RunLoop 與 NSTimer
iOS - 聊聊 autorelease 和 @autoreleasepool：RunLoop 與 @autoreleasepool

CFRunLoopRef

RunLoop對象的底層就是一個CFRunLoopRef結構體，它裏面存儲着：

• _pthread：RunLoop與線程是一一對應關係
• _commonModes：存儲着 NSString 對象的集合（Mode 的名稱）
• _commonModeItems：存儲着被標記爲通用模式的Source0/Source1/Timer/Observer
• _currentMode：RunLoop當前的運行模式
• _modes：存儲着RunLoop全部的 Mode（CFRunLoopModeRef）模式

// CFRunLoop.h
typedef struct __CFRunLoop * CFRunLoopRef;
// CFRunLoop.c
struct __CFRunLoop {
    pthread_t _pthread;  // 與線程一一對應
    CFMutableSetRef _commonModes;
    CFMutableSetRef _commonModeItems;
    CFRunLoopModeRef _currentMode;
    CFMutableSetRef _modes;
    ...
};
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CFRunLoopModeRef

• CFRunLoopModeRef表明RunLoop的運行模式；
• 一個RunLoop包含若干個 Mode，每一個 Mode 又包含若干個Source0/Source1/Timer/Observer；
• RunLoop啓動時只能選擇其中一個 Mode，做爲 currentMode；
• 若是須要切換 Mode，只能退出當前 Loop，再從新選擇一個 Mode 進入，切換模式不會致使程序退出；
• 不一樣 Mode 中的Source0/Source1/Timer/Observer能分隔開來，互不影響；
• 若是 Mode 裏沒有任何Source0/Source1/Timer/Observer，RunLoop會立馬退出。

// CFRunLoop.h
typedef struct __CFRunLoopMode *CFRunLoopModeRef;
// CFRunLoop.c
struct __CFRunLoopMode {
    CFStringRef _name;             // mode 類型，如：NSDefaultRunLoopMode
    CFMutableSetRef _sources0;     // CFRunLoopSourceRef
    CFMutableSetRef _sources1;     // CFRunLoopSourceRef
    CFMutableArrayRef _observers;  // CFRunLoopObserverRef
    CFMutableArrayRef _timers;     // CFRunLoopTimerRef
    ...
};
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RunLoop 的常見模式

ModeName	描述
NSDefaultRunLoopMode / KCFRunLoopDefaultMode	默認模式
UITrackingRunLoopMode	界面追蹤模式，用於 ScrollView 追蹤觸摸滑動，保證界面滑動時不受其餘 Mode 影響；
NSRunLoopCommonModes / KCFRunLoopCommonModes	通用模式（默認包含 KCFRunLoopDefaultMode 和 UITrackingRunLoopMode） 該模式不是實際存在的一種模式，它只是一個特殊的標記，是同步Source0/Source1/Timer/Observer到多個 Mode 中的技術方案。被標記爲通用模式的Source0/Source1/Timer/Observer都會存放到 _commonModeItems 集合中，會同步這些Source0/Source1/Timer/Observer到多個 Mode 中。

備註：

• NSDefaultRunLoopMode和NSRunLoopCommonModes屬於Foundation框架；
• KCFRunLoopDefaultMode和KCFRunLoopCommonModes屬於Core Foundation框架；
• 前者是對後者的封裝，做用相同。

CFRunLoopModeRef 這樣設計有什麼好處？Runloop爲何會有多個 Mode？

• Mode 作到了屏蔽的效果，當RunLoop運行在 Mode1 下面的時候，是處理不了 Mode2 的事件的；
• 好比NSDefaultRunLoopMode默認模式和UITrackingRunLoopMode滾動模式，滾動屏幕的時候就會切換到滾動模式，就不用去處理默認模式下的事件了，保證了 UITableView 等的滾動順暢。

CFRunLoopSourceRef

• 在RunLoop中有兩個很重要的概念，一個是上面提到的模式，還有一個就是事件源。事件源分爲輸入源（Input Sources）和定時器源（Timer Sources）兩種；
• 輸入源（Input Sources）又分爲Source0和Source1兩種，如下__CFRunLoopSource中的共用體union中的version0和version1就分別對應Source0和Source1。

// CFRunLoop.h
typedef struct __CFRunLoopSource * CFRunLoopSourceRef;
// CFRunLoop.m
struct __CFRunLoopSource {
    CFRuntimeBase _base;
    uint32_t _bits;
    pthread_mutex_t _lock;
    CFIndex _order;                       /* immutable */
    CFMutableBagRef _runLoops;
    union {
        CFRunLoopSourceContext version0;  /* immutable, except invalidation */
        CFRunLoopSourceContext1 version1; /* immutable, except invalidation */
    } _context;
};
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Source0 和 Source1 的區別：

Input Sources	區別
Source0	須要手動喚醒線程：添加Source0到RunLoop並不會主動喚醒線程，須要手動喚醒） ① 觸摸事件處理 ② performSelector:onThread:
Source1	具有喚醒線程的能力 ① 基於 Port 的線程間通訊 ② 系統事件捕捉：系統事件捕捉是由Source1來處理，而後再交給Source0處理

CFRunLoopTimerRef

• CFRunloopTimer和NSTimer是 toll-free bridged 的，能夠相互轉換；
• performSelector:withObject:afterDelay:方法會建立timer並添加到RunLoop中。

// CFRunLoop.h
typedef struct CF_BRIDGED_MUTABLE_TYPE(NSTimer) __CFRunLoopTimer * CFRunLoopTimerRef;
// CFRunLoop.c
struct __CFRunLoopTimer {
    CFRuntimeBase _base;
    uint16_t _bits;
    pthread_mutex_t _lock;
    CFRunLoopRef _runLoop;           // 添加該 timer 的 RunLoop
    CFMutableSetRef _rlModes;        // 全部包含該 timer 的 modeName
    CFAbsoluteTime _nextFireDate;
    CFTimeInterval _interval;        /* immutable 理想時間間隔 */    
    CFTimeInterval _tolerance;       /* mutable 時間誤差 */  
    uint64_t _fireTSR;	             /* TSR units */
    CFIndex _order;                  /* immutable */
    CFRunLoopTimerCallBack _callout; /* immutable 回調入口 */
    CFRunLoopTimerContext _context;  /* immutable, except invalidation */
};
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CFRunLoopObserverRef

做用

• CFRunLoopObserverRef用來監聽RunLoop的 6 種活動狀態

/* Run Loop Observer Activities */
typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
    kCFRunLoopEntry = (1UL << 0),          // 即將進入 RunLoop
    kCFRunLoopBeforeTimers = (1UL << 1),   // 即將處理 Timers
    kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2),  // 即將處理 Sources
    kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5),  // 即將進入休眠
    kCFRunLoopAfterWaiting = (1UL << 6),   // 剛從休眠中喚醒
    kCFRunLoopExit = (1UL << 7),           // 即將退出 RunLoop
    kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU  // 表示以上全部狀態
};
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• UI 刷新（BeforeWaiting）
• Autorelease pool（BeforeWaiting）

定義

// CFRunLoop.h
typedef struct __CFRunLoopObserver * CFRunLoopObserverRef;
// CFRunLoop.c
struct __CFRunLoopObserver {
    CFRuntimeBase _base;
    pthread_mutex_t _lock;
    CFRunLoopRef _runLoop;              // 添加該 observer 的 RunLoop
    CFIndex _rlCount;
    CFOptionFlags _activities;	        /* immutable 監聽的活動狀態 */
    CFIndex _order;                     /* immutable */
    CFRunLoopObserverCallBack _callout;	/* immutable 回調入口 */
    CFRunLoopObserverContext _context;	/* immutable, except invalidation */
};
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CFRunLoopObserverRef中的_activities用來保存RunLoop的活動狀態。當RunLoop的狀態發生改變時，經過回調_callout通知全部監聽這個狀態的Observer。