runLoop 研究

RunLoop 是 iOS 和 OS X 开发中很基础的一个概念，这篇文章将从 CFRunLoop 的源代码入手。介绍 RunLoop 的概念以及底层实现原理。之后会介绍一下在 iOS 中，苹果是怎样利用 RunLoop 实现自己主动释放池、延迟回调、触摸事件、屏幕刷新等功能的。

文件夹

• RunLoop 的概念

• RunLoop 与线程的关系

• RunLoop 对外的接口

• RunLoop 的 Mode

• RunLoop 的内部逻辑

• RunLoop 的底层实现

• 苹果用 RunLoop 实现的功能

  • AutoreleasePool

  • 事件响应

  • 手势识别

  • 界面更新

  • 定时器

  • PerformSelecter

  • 关于GCD

  • 关于网络请求

• RunLoop 的实际应用举例

  • AFNetworking

  • AsyncDisplayKit

RunLoop 的概念

一般来讲，一个线程一次仅仅能运行一个任务。运行完毕后线程就会退出。假设我们须要一个机制，让线程能随时处理事件但并不退出，通常的代码逻辑是这种：

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function loop() {     initialize();     do {         var message = get_next_message();         process_message(message);     } while (message != quit); }

这样的模型通常被称作 Event Loop。

Event Loop 在非常多系统和框架里都有实现，比方 Node.js 的事件处理，比方 Windows 程序的消息循环，再比方 OSX/iOS 里的 RunLoop。实现这样的模型的关键点在于：怎样管理事件/消息。怎样让线程在没有处理消息时休眠以避免资源占用、在有消息到来时立马被唤醒。

所以，RunLoop 实际上就是一个对象。这个对象管理了其须要处理的事件和消息。并提供了一个入口函数来运行上面 Event Loop 的逻辑。

线程运行了这个函数后，就会一直处于这个函数内部 "接受消息->等待->处理" 的循环中，直到这个循环结束（比方传入 quit 的消息）。函数返回。

OSX/iOS 系统中，提供了两个这种对象：NSRunLoop 和 CFRunLoopRef。

CFRunLoopRef 是在 CoreFoundation 框架内的，它提供了纯 C 函数的 API，全部这些 API 都是线程安全的。

NSRunLoop 是基于 CFRunLoopRef 的封装，提供了面向对象的 API。可是这些 API 不是线程安全的。

CFRunLoopRef 的代码是开源的，你能够在这里 http://opensource.apple.com/tarballs/CF/CF-855.17.tar.gz 下载到整个 CoreFoundation 的源代码。为了方便跟踪和查看，你能够新建一个 Xcode project，把这堆源代码拖进去看。

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。过去苹果有份文档标明了 NSThread 仅仅是 pthread_t 的封装。但那份文档已经失效了，如今它们也有可能都是直接包装自最底层的 mach thread。

苹果并没有提供这两个对象相互转换的接口，但无论怎么样，能够肯定的是 pthread_t 和 NSThread 是一一相应的。

比方，你能够通过 pthread_main_np() 或 [NSThread mainThread] 来获取主线程。也能够通过 pthread_self() 或 [NSThread currentThread] 来获取当前线程。CFRunLoop 是基于 pthread 来管理的。

苹果不同意直接创建 RunLoop。它仅仅提供了两个自己主动获取的函数：CFRunLoopGetMain() 和 CFRunLoopGetCurrent()。 这两个函数内部的逻辑大概是以下这样:

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/// 全局的Dictionary。key 是 pthread_t， value 是 CFRunLoopRef static CFMutableDictionaryRef loopsDic; /// 訪问 loopsDic 时的锁 static CFSpinLock_t loopsLock;    /// 获取一个 pthread 相应的 RunLoop。 CFRunLoopRef _CFRunLoopGet(pthread_t thread) {     OSSpinLockLock(&loopsLock);           if (!loopsDic) {         // 第一次进入时，初始化全局Dic，并先为主线程创建一个 RunLoop。         loopsDic = CFDictionaryCreateMutable();         CFRunLoopRef mainLoop = _CFRunLoopCreate();         CFDictionarySetValue(loopsDic, pthread_main_thread_np(), mainLoop);     }           /// 直接从 Dictionary 里获取。     CFRunLoopRef loop = CFDictionaryGetValue(loopsDic, thread));           if (!loop) {         /// 取不到时。创建一个         loop = _CFRunLoopCreate();         CFDictionarySetValue(loopsDic, thread, loop);         /// 注冊一个回调，当线程销毁时。顺便也销毁其相应的 RunLoop。         _CFSetTSD(..., thread, loop, __CFFinalizeRunLoop);     }           OSSpinLockUnLock(&loopsLock);     return loop; }    CFRunLoopRef CFRunLoopGetMain() {     return _CFRunLoopGet(pthread_main_thread_np()); }    CFRunLoopRef CFRunLoopGetCurrent() {     return _CFRunLoopGet(pthread_self()); }

从上面的代码能够看出，线程和 RunLoop 之间是一一相应的。其关系是保存在一个全局的 Dictionary 里。

线程刚创建时并没有 RunLoop，假设你不主动获取。那它一直都不会有。RunLoop 的创建是发生在第一次获取时，RunLoop 的销毁是发生在线程结束时。

你仅仅能在一个线程的内部获取其 RunLoop（主线程除外）。

RunLoop 对外的接口

在 CoreFoundation 里面关于 RunLoop 有5个类:

• CFRunLoopRef

• CFRunLoopModeRef

• CFRunLoopSourceRef

• CFRunLoopTimerRef

• CFRunLoopObserverRef

当中 CFRunLoopModeRef 类并没有对外暴露，仅仅是通过 CFRunLoopRef 的接口进行了封装。他们的关系例如以下:

一个 RunLoop 包括若干个 Mode，每一个 Mode 又包括若干个 Source/Timer/Observer。每次调用 RunLoop 的主函数时。仅仅能指定当中一个 Mode，这个Mode被称作 CurrentMode。

假设须要切换 Mode，仅仅能退出 Loop。再又一次指定一个 Mode 进入。这样做主要是为了分隔开不同组的 Source/Timer/Observer，让其互不影响。

CFRunLoopSourceRef 是事件产生的地方。Source有两个版本号：Source0 和 Source1。

• Source0 仅仅包括了一个回调（函数指针）。它并不能主动触发事件。

  使用时，你须要先调用 CFRunLoopSourceSignal(source)。将这个 Source 标记为待处理，然后手动调用 CFRunLoopWakeUp(runloop) 来唤醒 RunLoop。让其处理这个事件。

• Source1 包括了一个 mach_port 和一个回调（函数指针），被用于通过内核和其它线程相互发送消息。这样的 Source 能主动唤醒 RunLoop 的线程，其原理在以下会讲到。

CFRunLoopTimerRef 是基于时间的触发器，它和 NSTimer 是toll-free bridged 的。能够混用。其包括一个时间长度和一个回调（函数指针）。当其增加到 RunLoop 时。RunLoop会注冊相应的时间点，当时间点到时，RunLoop会被唤醒以运行那个回调。

CFRunLoopObserverRef 是观察者，每一个 Observer 都包括了一个回调（函数指针），当 RunLoop 的状态发生变化时，观察者就能通过回调接受到这个变化。

能够观測的时间点有下面几个：

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typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {     kCFRunLoopEntry         = (1UL << 0), // 即将进入Loop     kCFRunLoopBeforeTimers  = (1UL << 1), // 即将处理 Timer     kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2), // 即将处理 Source     kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5), // 即将进入休眠     kCFRunLoopAfterWaiting  = (1UL << 6), // 刚从休眠中唤醒     kCFRunLoopExit          = (1UL << 7), // 即将退出Loop };

上面的 Source/Timer/Observer 被统称为 mode item，一个 item 能够被同一时候增加多个 mode。

但一个 item 被反复增加同一个 mode 时是不会有效果的。假设一个 mode 中一个 item 都没有。则 RunLoop 会直接退出，不进入循环。

RunLoop 的 Mode

CFRunLoopMode 和 CFRunLoop 的结构大致例如以下：

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struct __CFRunLoopMode {     CFStringRef _name;            // Mode Name, 比如 @"kCFRunLoopDefaultMode"     CFMutableSetRef _sources0;    // Set     CFMutableSetRef _sources1;    // Set     CFMutableArrayRef _observers; // Array     CFMutableArrayRef _timers;    // Array