iOS源码分析(1)——RunLoop
NSRunLoop 是基于 CFRunLoopRef 的OC封装，提供了面向对象的 API，但不是线程安全的，CFRunLoopRef 是在 CoreFoundation 框架内的，它提供了纯 C 函数的 API，是线程安全的，CoreFoundation是开源的(CoreFoundation 源码地址)
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Runloop的创建
typedef struct __CFRunLoop * CFRunLoopRef;
struct __CFRunLoop {
CFRuntimeBase _base;
pthread_mutex_t _lock; /* locked for accessing mode list */
用于手动将当前runloop线程唤醒，通过调用CFRunLoopWakeUp完成，CFRunLoopWakeUp会向_wakeUpPort发送一条消息
__CFPort _wakeUpPort; // used for CFRunLoopWakeUp
Boolean _unused;
volatile _per_run_data *_perRunData; // reset for runs of the run loop
pthread_t _pthread;
uint32_t _winthread;
CFMutableSetRef _commonModes;
CFMutableSetRef _commonModeItems;
CFRunLoopModeRef _currentMode;
CFMutableSetRef _modes;
// 添加到runloop中的block，通过CFRunLoopPerformBlock可向runloop中添加block任务。
struct _block_item *_blocks_head;
struct _block_item *_blocks_tail;
CFAbsoluteTime _runTime;
CFAbsoluteTime _sleepTime;
CFTypeRef _counterpart;
};一个RunLoop对象，主要包含了对应的一个线程，若干个 modes，若干个集合的 commonMode和commonModeItems，还有一个当前运行的 mode。 创建RunLoop的函数__CFRunLoopCreate需要传入的参数是线程，说明runloop跟线程是密不可分的。
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CF没有对外提供创建runloop的函数，主要通过获取主线程或当前线程创建的 RunLoop，
CFRunLoopRef CFRunLoopGetMain(void) {
static CFRunLoopRef __main = NULL; // no retain needed
// pthread_main_thread_np() 主线程
if (!__main) __main = _CFRunLoopGet0(pthread_main_thread_np()); // no CAS needed
return __main;
}
CFRunLoopRef CFRunLoopGetCurrent(void) {
CFRunLoopRef rl = (CFRunLoopRef)_CFGetTSD(__CFTSDKeyRunLoop);
if (rl) return rl;
// pthread_self() 当前线程
return _CFRunLoopGet0(pthread_self());
}都是调用_CFRunLoopGet0函数，通过源码可知runloop的存储方式是键值对，key是当前线程，value是runloop，线程和runloop是一对一的关系，当字典为空的时候会默认创建主线程的runloop,而子线程在获取的时候才会创建。
_CFRunLoopGet0函数
子线程什么时候创建RunLoop
通过查看 NSThread start]的堆栈 可以看到子线程调用了CFRunLoopGetCurrent 这个时候才创建当前线程的runloop，所以都是通过获取主线程或者当前线程的函数来创建runloop的
__NSThread_start_堆栈
RunLoop运行逻辑
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通过CFRunLoopRun 函数我们直观的感知到runloop 就是一个do..while的循环。只要result 没有stop或者返回finish就只周而复始的一直执行CFRunLoopRunSpecific函数。
什么情况会退出循环
app停止运行；线程一次性执行；设置最大时间到期；mode为空；
// 如果处理事件完毕，启动Runloop时设置参数为一次性执行
if (sourceHandledThisLoop && stopAfterHandle) {
retVal = kCFRunLoopRunHandledSource;
// 如果启动Runloop时设置的最大运转时间到期
} else if (timeout) {
retVal = kCFRunLoopRunTimedOut;
// 如果启动Runloop被外部调用强制停止，
} else if (__CFRunLoopIsStopped(runloop)) {
retVal = kCFRunLoopRunStopped;
// 如果启动Runloop的modeI为空，
} else if (__CFRunLoopModeIsEmpty(runloop, currentMode)) {
retVal = kCFRunLoopRunFinished;
} 其中接触到最多的是Mode，每次调用 RunLoop 的主函数时，都需要指定一个 Mode，主要是kCFRunLoopDefaultMode和UITrackingRunLoopMode，如果需要切换 Mode，只能退出 Loop，再重新指定一个 Mode 进入。前者是系统默认的Runloop Mode，例如进入iOS程序默认不做任何操作就处于这种Mode中，滑动UIScrollView类型的View是，主线程就切换Runloop到到UITrackingRunLoopMode，还有个 UIInitializationRunLoopMode 是程序启动时进入的 mode，一般用很少用。
struct __CFRunLoopMode {
...
pthread_mutex_t _lock; /* must have the run loop locked before locking this */ //对象锁，保证线程安全
...
CFMutableSetRef _sources0; //source0类型的CFRunLoopSource的set
CFMutableSetRef _sources1; //source1类型的CFRunLoopSource的set
CFMutableArrayRef _observers; //observer数组
CFMutableArrayRef _timers; //timer数组
...
};CFRunLoop 还定义了一个伪 mode 叫kCFRunLoopCommonModes，它不是一个真正的 mode，而是若干个 mode 的集合，加到 CommonMode 的 source/timer/observer 相当于添加到了它里面所有的 mode 中。我们可以通过lldp po [NSRunLoop currentRunLoop]) 从打印结果看到 CommonMode 包含了上面的 DefaultMode 和 TrackingRunLoopMode：
common modes = <CFBasicHash 0x7fdaa0d00ae0 [0x1084b57b0]>{type = mutable set, count = 2,
entries =>
0 : <CFString 0x10939f950 [0x1084b57b0]>{contents = "UITrackingRunLoopMode"}
2 : <CFString 0x1084d5b40 [0x1084b57b0]>{contents = "kCFRunLoopDefaultMode"}
}timer 在滑动 UIScrollView类型的View 的时候仍能正常工作，则需要用把 timer 加进 CommonMode 中，这样就可以在 DefaultMode 或 TrackingRunLoopMode都能执行。
如何判断mode是否为空
判断mode是否为空
先判断source0是否为空,如果为空退出,然后判断source1是否为空,如果为空退出,然后判断是否有timer,所以runloop如果要跑起来,必须有source或者timer的其中一个。Source共在2种类型：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(rlms)方法将这个Source标记为待处理，然后手动调用CFRunLoopWakeUp(rl)方法来唤醒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他线程相互发送消息。这种类型的Source能主动唤醒RunLoop的线程。
runloop的运行逻辑
上面这张runloop逻辑图(图片来源地址)将runloop运行的逻辑流程说的很清晰，相比较看到的大家都引用的这张逻辑图，对比一下。
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运行NSRunloop默认提供了三个常用的run方法：
- (void)run;
- (BOOL)runMode:(NSRunLoopMode)mode beforeDate:(NSDate *)limitDate;
- (void)runUntilDate:(NSDate *)limitDate;run方法对应上面CFRunloop中的CFRunLoopRun并不会退出，除非调用CFRunLoopStop();通常如果想要永远不会退出RunLoop才会使用此方法，否则可以使用runUntilDate。 runMode:beforeDate:则对应CFRunLoopRunInMode(mode,limiteDate,true)方法,只执行一次，执行完就退出。 而runUntilDate:方法其实是设置超时时间，并且是否执行一次参数设置的是false等同于CFRunLoopRunInMode(kCFRunLoopDefaultMode,limiteDate,false)，执行完并不会退出，继续下一次RunLoop直到timeout。
SInt32 CFRunLoopRunInMode(CFStringRef modeName, CFTimeInterval seconds, Boolean returnAfterSourceHandled) { /* DOES CALLOUT */
CHECK_FOR_FORK();
return CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopGetCurrent(), modeName, seconds, returnAfterSourceHandled);
}RunLoop与AutoreleasePool
@autoreleasepool 通过执行clang -rewrite-objc是一个__AtAutoreleasePool 结构体
struct __AtAutoreleasePool {
__AtAutoreleasePool() {atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();}
~__AtAutoreleasePool() {objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);}
void * atautoreleasepoolobj;
};objc_autoreleasePoolPush对象添加到自动释放池中，objc_autoreleasePoolPop释放对象 ，再这里不过多的展开2个函数的具体实现。
void *objc_autoreleasePoolPush(void) {
return AutoreleasePoolPage::push();
}
void objc_autoreleasePoolPop(void *ctxt) {
AutoreleasePoolPage::pop(ctxt);
}[NSRunLoop currentRunLoop] 的结果中我们可以看到与自动释放池相关的CFRunLoopObserver 是：
<CFRunLoopObserver>{activities = 0x1, callout = _wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler}
<CFRunLoopObserver>{activities = 0xa0, callout = _wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler}
####RunLoop 的运行状态RunLoop 的状态的变化有
/* Run Loop Observer Activities */
typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
// 即将进入 loop
kCFRunLoopEntry = (1UL << 0),
// 即将处理 timer
kCFRunLoopBeforeTimers = (1UL << 1),
// 即将处理 source
kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2),
// 即将 sleep
kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5),
// 刚被唤醒，退出 sleep
kCFRunLoopAfterWaiting = (1UL << 6),
// 即将退出
kCFRunLoopExit = (1UL << 7),
// 全部的活动
kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU
};activities = 0x1代表是kCFRunLoopEntry进入 loop ,而activities = 0xa0代表（kCFRunLoopBeforeWaiting | kCFRunLoopExit）准备进入睡眠和即将退出 loop 两个runloop状态
我们可以使用 CFRunLoopObserverCreateWithHandler() 来创建 observer，创建时设置要监听的状态变化和回调，再用 CFRunLoopAddObserver() 来给当前的 RunLoop 添加 observer，当前 RunLoop 状态发生变化时，observer 就会执行回调
CFRunLoopObserverRef observer =
CFRunLoopObserverCreateWithHandler(
CFAllocatorGetDefault(),
kCFRunLoopAllActivities,
YES,
0,
^(CFRunLoopObserverRef observer,
CFRunLoopActivity activity) {
if (activity==kCFRunLoopEntry) {
NSLog(@"即将进入Loop：%zd", activity);
}
if (activity==kCFRunLoopBeforeWaiting) {
NSLog(@"即将进入休眠：%zd", activity);
}else{
NSLog(@"RunLoop 的状态变化：%zd", activity);
}
});
CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetCurrent(), observer, kCFRunLoopDefaultMode);
CFRelease(observer);_wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler 调用逻辑
通过设置对_wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler设置符号断点，获取到的汇编代码，_wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler 会调用NSPopAutoreleasePool和NSPushAutoreleasePool，也是objc_autoreleasePoolPush和objc_autoreleasePoolPop两个函数
_wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler
当前activities = kCFRunLoopEntry 通过cmp x20,#0x1跳转到0x1965217b4只会执行_objc_autoreleasePoolPush() 向当前的AutoreleasePoolPage增加一个哨兵对象标志创建自动释放池 而当activities = kCFRunLoopBeforeWaiting|kCFRunLoopExit时，即将进入休眠时会调用objc_autoreleasePoolPop()最新加入的对象一直往前清理直到遇到哨兵对象 和 objc_autoreleasePoolPush()加入释放对象 。而在即将退出RunLoop时会调用objc_autoreleasePoolPop() 释放自动自动释放池内对象
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