RunLoop 基础 什么是RunLoop？ RunLoop 是一种让线程能随时处理事件但并不退出的机制，是一个用来调度工作的和协调接受的事件的循环。
iOS系统中，提供了 NSRunLoop 和 CFRunLoopRef 两个对象来实现 RunLoop。RunLoop 对象管理其需要处理的事件和消息，并提供了一个入口函数来执行事件循环的逻辑。线程执行了这个函数之后，就会一直处于这个函数内部的循环中，直到这个循环结束，函数返回。
CFRunLoopRef 是在 CoreFoundation 框架内的，提供了纯C函数的API，所有这些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，但这些API不是线程安全的。
RunLoop与线程的关系 线程和 RunLoop 之间是一一对应的，其关系保存在一个全局的 Dictionary 中。线程刚创建是并没有 RunLoop，如果你不主动获取，那它一直不会有。RunLoop 的创建是在第一次获取时发生的，RunLoop 的销毁是在线程结束时发生的。
你只能在一个线程内部获取它的 RunLoop(主线程除外)。
RunLoop的对外接口 在 CoreFoundation 中关于 RunLoop 的类有以下几个：
CFRunLoopRef
CFRunLoopModeRef
CFRunLoopSourceRef
CFRunLoopTImerRef
CFRunLoopObserverRef
一个 RunLoop 包含若干个 Mode ，每个 Mode 又包含若干个 Source/Timer/Observer。每次调用 RunLoop 的主函数时，只能指定其中一个 Mode。如果需要切换 Mode ，只能退出 RunLoop，再重新指定一个 Mode 进入。这样做的目的是为了分隔开不同组的 Source/Timer/Observer，使其不能互相影响。
CFRunLoopSourceRef 是事件产生的地方，有两个版本 Source0 和 Source1：
Source0 只包含了一个回调(函数指针)，它并不能主动触发事件。使用时，你需要先调用 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 包含了一个 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，它能主动唤醒 RunLoop 的线程。
CFRunLoopTimerRef 是基于时间的触发器，他和 NSTimer 是 toll-free bridge 的，可以混用。包含一个时间长度和一个回调(函数指针)。当其加入到 RunLoop 中时，RunLoop 会注册对应的时间点，当时间点到时，RunLoop 会被唤醒执行那个回调。
CFRunLoopObserverRef 是观察者，每个 Observer 都包含了一个回调(函数指针)，当 RunLoop的状态发生变化时，观察者就能通过回调接收到这个变化。
1 2 3 4 5 6 7 8 typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActiviry) { kCFRunLoopEntry = (1UL << 0), // 即将进入 RunLoop 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 RunLoop };
Source/Timer/Observer 被统称为 Mode Item，一个 item 可以被同时加入多个 Mode。但是一个item被重复加入一个 Mode 不会产生效果。如果一个 Mode 中没有一个 item，则 RunLoop会直接退出，不进入循环。
RunLoop 的Mode CFRunLoopMode 和 CFRunLoop 的结构大致如下：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 struct __CFRunLoopMode { CFStringRef _name; CFMutableSetRef _source0; CFMutableSetRef _source1; CFMutableArrayRef _observers; CFMutableArrayRef _timers; } struce __CFRunLoop { CFMutableSetRef _commonModes; CFMutableSetRef _commonModeItems; CFRunLoopModeRef _currentMode; CFMutableSetRef _modes; }
一个 Mode 可以将自己标记为 “Common” 属性(通过将其 ModeName 添加到 RunLoop 的 “CommonModes”中)。每当 RunLoop 的内容发生变化时，RunLoop 都会自动将 _commonModeItmes 里的 Source/Observer/Timer 同步到具有 “Common” 标记的所有 Mode 里。
CFRunLoop对外暴露的管理 Mode 的接口只有两个：
1 2 CFRunLoopAddCommonMode(CFRunLoopRef runloop, CFStringRef modeName); CFRunLoopRunInMode(CFStringRef modeName);
CFRunLoopModeRef 暴露的管理 Mode Item 接口有：
1 2 3 4 5 6 CFRunLoopAddSource(CFRunLoopRef runloop, CFRunLoopSourceRef source, CFStringRef modeName); CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopRef runloop, CFRunLoopObserverRef observer, CFStringRef modeName); CFRunLoopAddTimer(CFRunLoopRef runloop, CFRunLoopTimerRef timer, CFStringRef modeName); CFRunLoopRemoveSource(CFRunLoopRef runloop, CFRunLoopSourceRef source, CFStringRef modeName); CFRunLoopRemoveObserver(CFRunLoopRef runloop, CFRunLoopObserverRef observer, CFStringRef modeName); CFRunLoopRemoveTimer(CFRunLoopRef runloop, CFRunLoopTimerRef timer, CFStringRef modeName);
你只能通过 mode name 来操作内部的 mode，当你传入一个新的 mode name 时但 RunLoop内部没有对应的 mode 时，RunLoop 会自动的帮你创建对应的 CFRunLoopModeRef。对于一个 RunLoop ，其内部的 mode 只能添加不能删除。
Apple公开提供的 Mode 只有两个：kCFRunLoopDefaultMode(NSDefaultRunLoopMode) 和 UITrackingRunLoopMode，你可以用这两个 Mode Name 来操作其对应的 Mode。
同时 Apple 还提供了一个操作 Common 标记的字符串 : kCFRunLoopModes(NSDefaultRunLoopCommonModes)，你可以用这个字符串来操作 Common Items，或标记一个 Mode 为 “Common”。使用时要注意区分这个字符串和其它 Mode Name。
RunLoop 的内部逻辑 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 // DefaultMode 启动 void CFRunLoopRun(void) { CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopGetCurrent(),kCFRunLoopDefaultMode, 1.0e10, false); } // 用指定的 Mode 启动，允许设置 RunLoop 超时时间 int CFRunLoopRunInMode(CFStringRef ModeName, CFTimeInterval seconds, Boolean stopAfterHandle) { return CFRunLoopSpecific(CFRunLoopGetCurrent(), modeName , seconds ,returnAfterSourceHandle) } // RunLoop 的实现 int CFRunLoopRunSpecific(runloop, modeName ,seconds , stopeAfterHandle) { // 根据 ModeName 找到对应 Mode CFRunLoopModeRef currentMode = __CFRunLoopFinMode(runloop, modeName, false); // 如果 Mode 里没有 source/timer/observer，直接返回 if (__CFRunLoopModeIsEmpty(currentMode)) { return; } // 通知 Observer , RunLoop 即将进入 loop __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopEntry); // 进入 loop __CFRunLoopRun(runloop, currentMode, seconds, returnAfterSourceHandle) { Boolean sourceHandledThisLoop = NO; int retVal = 0; do { // 通知 Observers : RunLoop 即将触发 Timer 回调 __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeTimers); // 通知 Observers : RunLoop 即将触发 Source0 (非port) 回调 __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeSources); // 执行被加入的 block __CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode); // RunLoop 触发 Source0(非port) 回调 sourceHandledThisLoop = __CFRunLoopDoSource0(runloop, currentMode, stopAfterHandele); // 执行被加入的 block __CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode); // 如果有 Source1 处于 ready 状态，直接处理这个 Source1 然后跳转去处理消息 if (__Source0DidDispatchPortLastTime) { Boolean hasMsg = __CFRunLoopServiceMachPort(dispatchPort, &msg); if (hasMsg) { goto handle_msg; } } // 通知 Observers : RunLoop 的线程即将结束进入休眠(Sleep) if (!sourceHandleThisLoop) { __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeWaiting); } // 调用 mach_msg 等待接受 mach_port 的消息。线程进入休眠，直到被下面一个事件唤醒 // 1.一个基于 port 的 Source 的事件 // 2.一个 Timer 时间到了 // 3.RunLoop 自身的超时时间到了 // 4.被其它调用者手动唤醒了 __CFRunLoopServiceMachPort(waitSet, &msg, sizeof(msg_buffer), &livePort) { mach_msg(msg, MACH_RCV_MSG, port); } // 通知 Observers : RunLoop 的线程刚刚被唤醒了 __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopAfterWaiting); // 收到消息，处理消息 handle_msg; // 如果一个 Timer 的时间到了，触发这个 Timer 的回调 if (msg_is_timer) { __CFRunLoopDoTimers(runloop, currentMode, mach_absolute_time()); } else if (msg_is_dispatch) { // 如果有 dispatch 到 main_queue 的 block ，执行 block __CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE_(msg); } else { // 如果有一个 Source1 发出事件了， 处理这个事件 CFRunLoopSourceRef source1 = __CFRunLoopModeFindSourceForMachPort(runloop, currentMode, livePort); sourceHandleThisLoop = __CFRunLoopDoSource1(runloop, currentMode, source1, msg); if (sourceHandleThisLoop) { mach_msg(reply, MACH_SEND_MSG, reply); } } // 执行加入到 Loop 的 block __CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode); if (sourceHandleThisLoop && stopAfterHandle) { // 进入 loop 时参数说处理完事件就返回 retVal = kCFRunLoopRunHandledSource; } else if (timeOut) { // 超出传入参数标记的超时时间了 retVal = kCFRunLoopRunTimeOut; } else if (__CFRunLoopIsStoped(runloop)) { // 被外部调用者强行停止了 retVal = kCFRunLoopRunStoped; } 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 也没有被停止，那就继续 loop } while (retVal == 0) } }
RunLoop有什么用？ App 启动后 RunLoop 的状态 ：
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系统注册了五个默认的 Mode：
1.kCFRunLoopDefaultMode ：App 的默认 Mode，通常主线程就是在这个 Mode 下运行的。
2.UITrackingRunLoopMode : 界面跟踪 Mode，用于 ScrollView 追踪触摸滑动，保证界面滑动时不受其它 Mode 影响。
3.UIInitializationRunLoopMode ：在刚启动 App 时进入的第一个 Mode，启动完成后就不再使用。
4.GSEventReceiveRunLoopMode ：接受系统事件的内部 Mode，通常用不到。
5.kCFRunLoopCommonModes ：这是一个占位的 Mode，没有实际作用。
当 RunLoop 进行回调时，一般都是通过一个很长的函数调用出去(call out)，当你在你的代码中下断点时，通常能在调用栈中看到这些函数：
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AutoreleasePool App 启动后，Apple 在主线程的 RunLoop 里注册了两个 Observer，其回调都是 _wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler()。
第一个 Observer 监视的事件是 Entry(即将进入 Loop)，其回调内会调用 _objc_autoreleasePoolPush() 创建自动释放池，优先级最高，保证创建释放池发生在其它所有回调之前。
第二个 Observer 监视了两个事件：BeforeWaiting(准备进入休眠)时调用 _objc_autoreleasePoolPop() 和 _objc_auroreleasePoolPush() 释放旧的池并创建新池。Exit(即将退出Loop)时调用 _objc_autoreleasePoolPop() 来释放自动释放池，优先级最低，保证其释放发生在其它所有回调之后。
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 创建好的 AutoreleasePool 环绕着，所以不会出现内存泄漏。
事件响应 Apple 注册了一个 Source1 (基于 mach port) 用来接收系统事件，其回调函数为 __IOHIDEventSystemClientQueueCallBack()。
当一个硬件事件发生后，首先由 IOKit.framework 生成一个 IOHIDEvent 事件并由 SpringBoard 接收。SpingBoard 只接收按键、触摸、加速、接近传感器等几种 Event，随后用 mach port 转发给需要的 App 进程。随后 Apple 注册的那个 Source1 就会触发回调，并调用 _UIApplicationHandleEventQueue() 进行应用内的分发。
_UIApplicationHandleEventQueue() 会把 IOHIDEvent 处理并包装成 UIEvent 进行处理或分发，其中包括识别 UIGesture、处理屏幕旋转、发送给 UIWindow等。通常事件比如 UIButton 点击、touchesBegin/Move/End/Cancle 事件都是在这个回调中完成的。
手势识别 当 _UIApplicationHandleEventQueue() 识别了一个手势时，其首先会调用 Cancel 将当前的 touchesBegin/Move/End 系列回调打断。随后系统将对应的 UIGestureRecognizer 标记为待处理。
Apple 注册了一个 Observer 检测 BeforeWaiting 事件，这个 Observer 的回调函数是 _UIGestureRecognizerUpdateObsever(), 其内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 的变化(创建/销毁/状态改变)时，这个回调都会进行相应处理。
界面更新 当在操作 UI 时，比如改变了 Frame、更新了 UIView/CALayer 的层次时，或者手动调用了 UIView/CALayer 的 setNeedsLayout/setNeedsDisplay方法后，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(即将进入休眠) 和 Exit (即将退出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 以执行实际的绘制和调整，并更新 UI 界面。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 _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 会为其重复的时间点注册好事件。例如 10:00, 10:10, 10:20 这几个时间点。RunLoop为了节省资源，并不会在非常准确的时间点回调这个Timer。Timer 有个属性叫做 Tolerance (宽容度)，标示了当时间点到后，容许有多少最大误差。
如果某个时间点被错过了，例如执行了一个很长的任务，则那个时间点的回调也会跳过去，不会延后执行。就比如等公交，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一致的定时器（但实际实现原理更复杂，和 NSTimer 并不一样，其内部实际是操作了一个 Source）。如果在两次屏幕刷新之间执行了一个长任务，那其中就会有一帧被跳过去（和 NSTimer 相似），造成界面卡顿的感觉。在快速滑动TableView时，即使一帧的卡顿也会让用户有所察觉。Facebook 开源的 AsyncDisplayLink 就是为了解决界面卡顿的问题，其内部也用到了 RunLoop。
当调用 NSObject 的 performSelecter:afterDelay: 后，实际上其内部会创建一个 Timer 并添加到当前线程的 RunLoop 中。所以如果当前线程没有 RunLoop，则这个方法会失效。
当调用 performSelector:onThread: 时，实际上其会创建一个 Timer 加到对应的线程去，同样的，如果对应线程没有 RunLoop 该方法也会失效。
关于GCD 实际上 RunLoop 底层也会用到 GCD 的东西，比如 RunLoop 是用 dispatch_source_t 实现的 Timer。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 发送消息，RunLoop会被唤醒，并从消息中取得这个 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 到其他线程仍然是由 libDispatch 处理的。
关于网络请求 iOS 中，关于网络请求的接口自下至上有如下几层:
1 2 3 4 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 等接口的上层封装，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，表面上是和 NSURLConnection 并列的，但底层仍然用到了 NSURLConnection 的部分功能 (比如 com.apple.NSURLConnectionLoader 线程)，AFNetworking2 和 Alamofire 工作于这一层。
通常使用 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 这个函数的内部会会获取 CurrentRunLoop，然后在其中的 DefaultMode 添加了4个 Source0 (即需要手动触发的Source)。CFMultiplexerSource 是负责各种 Delegate 回调的，CFHTTPCookieStorage 是处理各种 Cookie 的。
当开始网络传输时，我们可以看到 NSURLConnection 创建了两个新线程：com.apple.NSURLConnectionLoader 和 com.apple.CFSocket.private。其中 CFSocket 线程是处理底层 socket 连接的。NSURLConnectionLoader 这个线程内部会使用 RunLoop 来接收底层 socket 的事件，并通过之前添加的 Source0 通知到上层的 Delegate。
NSURLConnectionLoader 中的 RunLoop 通过一些基于 mach port 的 Source 接收来自底层 CFSocket 的通知。当收到通知后，其会在合适的时机向 CFMultiplexerSource 等 Source0 发送通知，同时唤醒 Delegate 线程的 RunLoop 来让其处理这些通知。CFMultiplexerSource 会在 Delegate 线程的 RunLoop 对 Delegate 执行实际的回调。
RunLoop 怎么用？ AFNetWorking AFURLConnectionOperation 这个类是基于 NSURLConnection 构建的，其希望能在后台线程接收 Delegate 回调。为此 AFNetworking 单独创建了一个线程，并在这个线程中启动了一个 RunLoop：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 + (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 启动前内部必须要有至少一个 Timer/Observer/Source，所以 AFNetworking 在 [runLoop run] 之前先创建了一个新的 NSMachPort 添加进去了。通常情况下，调用者需要持有这个 NSMachPort (mach_port) 并在外部线程通过这个 port 发送消息到 loop 内；但此处添加 port 只是为了让 RunLoop 不至于退出，并没有用于实际的发送消息。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 - (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]; }
当需要这个后台线程执行任务时，AFNetworking 通过调用 [NSObject performSelector:onThread:..] 将这个任务扔到了后台线程的 RunLoop 中。
AsyncDisplayKit AsyncDisplayKit 是 Facebook 推出的用于保持界面流畅性的框架，其原理大致如下：
UI 线程中一旦出现繁重的任务就会导致界面卡顿，这类任务通常分为3类：排版，绘制，UI对象操作。
排版通常包括计算视图大小、计算文本高度、重新计算子式图的排版等操作。
绘制一般有文本绘制 (例如 CoreText)、图片绘制 (例如预先解压)、元素绘制 (Quartz)等操作。
UI对象操作通常包括 UIView/CALayer 等 UI 对象的创建、设置属性和销毁。
其中前两类操作可以通过各种方法扔到后台线程执行，而最后一类操作只能在主线程完成，并且有时后面的操作需要依赖前面操作的结果 （例如TextView创建时可能需要提前计算出文本的大小）。ASDK 所做的，就是尽量将能放入后台的任务放入后台，不能的则尽量推迟 (例如视图的创建、属性的调整)。
为此，ASDK 创建了一个名为 ASDisplayNode 的对象，并在内部封装了 UIView/CALayer，它具有和 UIView/CALayer 相似的属性，例如 frame、backgroundColor等。所有这些属性都可以在后台线程更改，开发者可以只通过 Node 来操作其内部的 UIView/CALayer，这样就可以将排版和绘制放入了后台线程。但是无论怎么操作，这些属性总需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，实现了一套类似的界面更新的机制：即在主线程的 RunLoop 中添加一个 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任务，然后一一执行。
转载整理自 ： ibireme 的博客 深入理解RunLoop
