【iOS程序启动与运转】- RunLoop个人小结
http://www.cocoachina.com/ios/20150821/13119.html
学习iOS开发一般都是从UI开始的，从只知道从IB拖控件，到知道怎么在方法里写代码，然后会显示什么样的视图，产生什么样的事件，等等。其实程序从启动开始，一直都是按照苹果封装好的代码运行着，暴露的一些属性和方法作为接口，是让我们在给定的方法里写代码实现自定义功能，做出各种各样的应用。这些方法的调用顺序最为关键，熟悉了程序运转和方法调用的顺序，才可以更好地操控程序和代码，尽量避免Xcode不报错又实现不了功能的BUG。从Xcode的线程函数调用栈可以看到一些方法调用顺序。
0 从程序启动开始到view显示：
start->(加载framework，动态静态链接库，启动图片，Info.plist，pch等)->main函数->UIApplicationMain函数：
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- 初始化UIApplication单例对象
- 初始化AppDelegate对象，并设为UIApplication对象的代理
- 检查Info.plist设置的xib文件是否有效，如果有则解冻Nib文件并设置outlets，创建显示key window、rootViewController、与rootViewController关联的根view（没有关联则看rootViewController同名的xib），否则launch之后由程序员手动加载。
- 建立一个主事件循环，其中包含UIApplication的Runloop来开始处理事件。 UIApplication：
通过window管理视图；
发送Runloop封装好的control消息给target；
处理URL，应用图标警告，联网状态，状态栏，远程事件等。
AppDelegate：
管理UIApplication生命周期和应用的五种状态(notRunning/inactive/active/background/suspend)。
Key Window：
显示view；
管理rootViewcontroller生命周期；
发送UIApplication传来的事件消息给view。
rootViewController：
管理view（view生命周期；view的数据源/代理；view与superView之间事件响应nextResponder的“备胎”）;
界面跳转与传值；
状态栏，屏幕旋转。
view：
通过作为CALayer的代理，管理layer的渲染（顺序大概是先更新约束，再layout再display）和动画（默认layer的属性可动画，view默认禁止，在UIView的block分类方法里才打开动画）。layer是RGBA纹理，通过和mask位图（含alpha属性）关联将合成后的layer纹理填充在像素点内，GPU每1/60秒将计算出的纹理display在像素点中。
布局子控件（屏幕旋转或者子视图布局变动时，view会重新布局）。
事件响应：event和guesture。
插播控制器生命周期
runloop:
（要让马儿跑）通过do-while死循环让程序持续运行：接收用户输入，调度处理事件时间。
（要让马儿少吃草）通过mach_msg()让runloop没事时进入trap状态，节省CPU资源。
关于程序启动原理以及各个控件的资料，已经有太多资料介绍，平时我们也经常接触经常用到，但关于Runloop的资料，官方文档总是太过简练，网上资源说法也不太统一，只能从CFRunLoopRef开源代码着手，试着学习总结下。（NSRunloop是对CFRunloopRef的面向对象封装，但是不是线程安全）。
1 Runloop
1、与线程和自动释放池相关：
2、CFRunLoopRef构造：数据结构；创建与退出；mode切换和item依赖；Runloop启动
- CFRunLoopModeRef：数据结构（与CFRunLoopRef放一起了）；创建；类型；
modeItems：- CFRunLoopSourceRef：数据结构（source0/source1）；
- source0 ：
- source1 ：
- CFRunLoopTimerRef：数据结构；创建与生效；相关类型（GCD的timer与CADisplayLink)
- CFRunLoopObserverRef：数据结构；创建与添加；监听的状态；
3、Runloop内部逻辑：关键在两个判断点（是否睡觉，是否退出）
- 代码实现：
- 函数作用栈显示：
4、Runloop本质：mach port和mach_msg()。
5、如何处理事件：
- 界面刷新：
- 手势识别：
- GCD任务：
- timer：（与CADisplayLink）
- 网络请求：
6、应用：
- 滑动与图片刷新；
- 常驻子线程，保持子线程一直处理事件
- 滑动与图片刷新；
Runloop
1、与线程和自动释放池相关：
Runloop的寄生于线程：一个线程只能有唯一对应的runloop；但这个根runloop里可以嵌套子runloops；
自动释放池寄生于Runloop：程序启动后，主线程注册了两个Observer监听runloop的进出与睡觉。一个最高优先级OB监测Entry状态；一个最低优先级OB监听BeforeWaiting状态和Exit状态。
线程(创建)-->runloop将进入-->最高优先级OB创建释放池-->runloop将睡-->最低优先级OB销毁旧池创建新池-->runloop将退出-->最低优先级OB销毁新池-->线程(销毁)
2、CFRunLoopRef构造：
数据结构：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 // runloop数据结构 struct __CFRunLoopMode { CFStringRef _name; // Mode名字, CFMutableSetRef _sources0; // Set CFMutableSetRef _sources1; // Set CFMutableArrayRef _observers; // Array CFMutableArrayRef _timers; // Array ... }; // mode数据结构 struct __CFRunLoop { CFMutableSetRef _commonModes; // Set CFMutableSetRef _commonModeItems; // Set CFRunLoopModeRef _currentMode; // Current Runloop Mode CFMutableSetRef _modes; // Set ... }; 创建与退出：mode切换和item依赖
a 主线程的runloop自动创建，子线程的runloop默认不创建（在子线程中调用NSRunLoop *runloop = [NSRunLoop currentRunLoop];
获取RunLoop对象的时候，就会创建RunLoop）；
b runloop退出的条件：app退出；线程关闭；设置最大时间到期；modeItem为空；
c 同一时间一个runloop只能在一个mode，切换mode只能退出runloop，再重进指定mode（隔离modeItems使之互不干扰）；
d 一个item可以加到不同mode；一个mode被标记到commonModes里（这样runloop不用切换mode）。
启动Runloop：
1 2 3 4 5 6 7 8 // 用DefaultMode启动 void CFRunLoopRun(void) { CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopGetCurrent(), kCFRunLoopDefaultMode, 1.0e10, false); } // 用指定的Mode启动，允许设置RunLoop最大时间（假无限循环），执行完毕是否退出 int CFRunLoopRunInMode(CFStringRef modeName, CFTimeInterval seconds, Boolean stopAfterHandle) { return CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopGetCurrent(), modeName, seconds, returnAfterSourceHandled); } CFRunLoopModeRef：
数据结构（见上）；
创建添加：runloop自动创建对应的mode；mode只能添加不能删除
1 2 // 添加mode CFRunLoopAddCommonMode(CFRunLoopRef runloop, CFStringRef modeName); 类型：
-
kCFRunLoopDefaultMode: 默认 mode，通常主线程在这个 Mode 下运行。
-
UITrackingRunLoopMode: 追踪mode，保证Scrollview滑动顺畅不受其他 mode 影响。
-
UIInitializationRunLoopMode: 启动程序后的过渡mode，启动完成后就不再使用。
4: GSEventReceiveRunLoopMode: Graphic相关事件的mode，通常用不到。
5: kCFRunLoopCommonModes: 占位mode，作为标记DefaultMode和CommonMode用。
modeItems：
1 2 3 4 5 6 7 // 添加移除item的函数（参数：添加/移除哪个item到哪个runloop的哪个mode下） CFRunLoopAddSource(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopSourceRef source, CFStringRef modeName); CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopObserverRef observer, CFStringRef modeName); CFRunLoopAddTimer(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopTimerRef timer, CFStringRef mode); CFRunLoopRemoveSource(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopSourceRef source, CFStringRef modeName); CFRunLoopRemoveObserver(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopObserverRef observer, CFStringRef modeName); CFRunLoopRemoveTimer(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopTimerRef timer, CFStringRef mode); A-- CFRunLoopSourceRef：事件来源
按照官方文档CFRunLoopSourceRef为3类，但数据结构只有两类（？？？）
Port-Based Sources:与内核端口相关
Custom Input Sources:与自定义source相关
Cocoa Perform Selector Sources:与PerformSEL方法相关）
数据结构（source0/source1）；
1 2 3 4 // source0 (manual): order(优先级)，callout(回调函数) CFRunLoopSource {order =..., {callout =... }} // source1 (mach port)：order(优先级)，port:(端口), callout(回调函数) CFRunLoopSource {order = ..., {port = ..., callout =...} source0：event事件，只含有回调，需要标记待处理（signal），然后手动将runloop唤醒（wakeup）；
source1 ：包含一个 mach_port 和一个回调，被用于通过内核和其他线程发送的消息，能主动唤醒runloop。
B-- CFRunLoopTimerRef：系统内“定时闹钟”
NSTimer和performSEL方法实际上是对CFRunloopTimerRef的封装；runloop启动时设置的最大超时时间实际上是GCD的dispatch_source_t类型。
数据结构:
1 2 // Timer：interval:(闹钟间隔), tolerance:(延期时间容忍度)，callout(回调函数) CFRunLoopTimer {firing =..., interval = ...,tolerance = ...,next fire date = ...,callout = ...} 创建与生效；
1 2 3 4 5 6 7 8 //NSTimer： // 创建一个定时器（需要手动加到runloop的mode中）
- (NSTimer *)timerWithTimeInterval:(NSTimeInterval)ti invocation:(NSInvocation *)invocation repeats:(BOOL)yesOrNo; // 默认已经添加到主线程的runLoop的DefaultMode中
- (NSTimer *)scheduledTimerWithTimeInterval:(NSTimeInterval)ti invocation:(NSInvocation *)invocation repeats:(BOOL)yesOrNo; // performSEL方法 // 内部会创建一个Timer到当前线程的runloop中（如果当前线程没runloop则方法无效；performSelector:onThread: 方法放到指定线程runloop中）
- (void)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(id)anArgument afterDelay:(NSTimeInterval)delay 相关类型（GCD的timer与CADisplayLink)
GCD的timer：
dispatch_source_t 类型，可以精确的参数，不用以来runloop和mode，性能消耗更小。
1 2 3 4 5 dispatch_source_set_timer(dispatch_source_t source, // 定时器对象 dispatch_time_t start, // 定时器开始执行的时间 uint64_t interval, // 定时器的间隔时间 uint64_t leeway // 定时器的精度 ); CADisplayLink ：
Timer的tolerance表示最大延期时间，如果因为阻塞错过了这个时间精度，这个时间点的回调也会跳过去，不会延后执行。
CADisplayLink 是一个和屏幕刷新率一致的定时器，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，只是没有tolerance容忍时间），造成界面卡顿的感觉。
C--CFRunLoopObserverRef：监听runloop状态，接收回调信息（常见于自动释放池创建销毁）
数据结构:
1 2 // Observer：order(优先级)，ativity(监听状态)，callout(回调函数) CFRunLoopObserver {order = ..., activities = ..., callout = ...} 创建与添加；
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// 第一个参数用于分配该observer对象的内存空间
// 第二个参数用以设置该observer监听什么状态
// 第三个参数用于标识该observer是在第一次进入run loop时执行还是每次进入run loop处理时均执行
// 第四个参数用于设置该observer的优先级,一般为0
// 第五个参数用于设置该observer的回调函数
// 第六个参数observer的运行状态
CFRunLoopObserverCreateWithHandler(CFAllocatorGetDefault(), kCFRunLoopAllActivities, YES, 0, ^(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity) {
// 执行代码
}
监听的状态；
1 2 3 4 5 6 7 8 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 }; 3、Runloop内部逻辑：关键在两个判断点（是否睡觉，是否退出）
代码实现：
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1- Entry：通知OB（创建pool）；
2- 执行阶段：按顺序通知OB并执行timer，source0；若有source1执行source1；
3- 休眠阶段：利用mach_msg判断进入休眠，通知OB（pool的销毁重建）；被消息唤醒通知OB；
4- 执行阶段：按消息类型处理事件；
5- 判断退出条件：如果符合退出条件（一次性执行，超时，强制停止，modeItem为空）则退出，否则回到第2阶段；
6- Exit：通知OB（销毁pool）。
4、Runloop本质：mach port和mach_msg()。
Mach是XNU的内核，进程、线程和虚拟内存等对象通过端口发消息进行通信，Runloop通过mach_msg()函数发送消息，如果没有port 消息，内核会将线程置于等待状态 mach_msg_trap() 。如果有消息，判断消息类型处理事件，并通过modeItem的callback回调(处理事件的具体执行是在DoBlock里还是在回调里目前我还不太明白？？？)。
Runloop有两个关键判断点，一个是通过msg决定Runloop是否等待，一个是通过判断退出条件来决定Runloop是否循环。
5、如何处理事件：
界面刷新：
当UI改变（ Frame变化、 UIView/CALayer 的继承结构变化等）时，或手动调用了 UIView/CALayer 的 setNeedsLayout/setNeedsDisplay方法后，这个 UIView/CALayer 就被标记为待处理。
苹果注册了一个用来监听BeforeWaiting和Exit的Observer，在它的回调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。
事件响应：
当一个硬件事件(触摸/锁屏/摇晃/加速等)发生后，首先由 IOKit.framework 生成一个 IOHIDEvent 事件并由 SpringBoard 接收， 随后由mach port 转发给需要的App进程。
苹果注册了一个 Source1 (基于 mach port 的) 来接收系统事件，通过回调函数触发Sourece0（所以UIEvent实际上是基于Source0的），调用 _UIApplicationHandleEventQueue() 进行应用内部的分发。
_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。
手势识别：
如果上一步的 _UIApplicationHandleEventQueue() 识别到是一个guesture手势，会调用Cancel方法将当前的touchesBegin/Move/End 系列回调打断。随后系统将对应的 UIGestureRecognizer 标记为待处理。
苹果注册了一个 Observer 监测 BeforeWaiting (Loop即将进入休眠) 事件，其回调函数为 _UIGestureRecognizerUpdateObserver()，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。
GCD任务：
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，并在回调里执行这个 block。Runloop只处理主线程的block，dispatch 到其他线程仍然是由 libDispatch 处理的。
timer：（见上modeItem部分）
网络请求：
关于网络请求的接口:最底层是CFSocket层，然后是CFNetwork将其封装，然后是NSURLConnection对CFNetwork进行面向对象的封装，NSURLSession 是 iOS7 中新增的接口，也用到NSURLConnection的loader线程。所以还是以NSURLConnection为例。
当开始网络传输时，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 。
6、应用：
滑动与图片刷新；
当tableview的cell上有需要从网络获取的图片的时候，滚动tableView，异步线程会去加载图片，加载完成后主线程就会设置cell的图片，但是会造成卡顿。可以让设置图片的任务在CFRunLoopDefaultMode下进行，当滚动tableView的时候，RunLoop是在 UITrackingRunLoopMode 下进行，不去设置图片，而是当停止的时候，再去设置图片。
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- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
// 只在NSDefaultRunLoopMode下执行(刷新图片)
[self.myImageView performSelector:@selector(setImage:) withObject:[UIImage imageNamed:@""] afterDelay:ti inModes:@[NSDefaultRunLoopMode]];
} 常驻子线程，保持子线程一直处理事件
为了保证线程长期运转，可以在子线程中加入RunLoop，并且给Runloop设置item，防止Runloop自动退出。
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- (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; }
- (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]; }