RunLoop解析

一、什么是RunLoop？

先看看官网对他的描述

RunLoop是一个处理对象输入源的类，例如Port的调度，触摸事件，UI刷新事件，定时器事件，Selector事件，RunLoop还负责管理Timer事件。RunLoop和Thread对象是一一对应的，我们不能创建RunLoop，只可以获取，这里注意并不是每个Thread都有RunLoop。
那么RunLoop的逻辑是什么呢？其实可以抽象的把它理解为跑圈，有事件处理的时候处理事件，在没有事件处理的时候，进入睡眠模式，从而节省CPU资源，底层逻辑是利用Do-while实现的。

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

这种模型被称为Event Loop，在很多系统和框架里都有实现，这种模式的关键点在于：如何管理事件/消息，如何让线程在没有处理消息时休眠，在有消息后立即被唤醒。

OSX/iOS 系统中，提供了两个这样的对象：NSRunLoop 和 CFRunLoopRef。
CFRunLoopRef 是在 CoreFoundation 框架内的，它提供了纯 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，但是这些 API 不是线程安全的。可以看到在官方的描述中，也说了RunLoop并非是线程安全的。

二、RunLoop和线程

上面我们提到了Thread和RunLoop是一一对应的，每个线程只能有一个RunLoop对象，且与之对应。
这样看来RunLoop和线程是息息相关的，一般线程默认情况下执行完任务就会退出，不再执行任务，我们加入RunLoop后就可以实现跑圈，在没有任务时休眠，而不是退出。
那么RunLoop对象是如何创建的？
实际上主线程的RunLoop对象系统自动帮助我们创建好了，而子线程的RunLoop对象需要我们主动创建，但是apple并不允许我们直接创建RunLoop，而是提供了两个自动获取的函数，CFRunLoopGetMain() 和 CFRunLoopGetCurrent()。

/// 全局的Dictionary，key 是 pthread_t， value 是 CFRunLoopRef
static CFMutableDictionaryRef loopsDic;
/// 访问 loopsDic 时的锁
static CFSpinLock_t loopsLock;
 
/// 获取一个 pthread 对应的 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);
        /// 注册一个回调，当线程销毁时，顺便也销毁其对应的 RunLoop。
        _CFSetTSD(..., thread, loop, __CFFinalizeRunLoop);
    }
    
    OSSpinLockUnLock(&loopsLock);
    return loop;
}
 
CFRunLoopRef CFRunLoopGetMain() {
    
    
    return _CFRunLoopGet(pthread_main_thread_np());
}
 
CFRunLoopRef CFRunLoopGetCurrent() {
    
    
    return _CFRunLoopGet(pthread_self());
}

从上面的代码可以看出，线程和RunLoop之间是一一对应的，其关系是保存在一个全局的Dictionary里。线程刚创建时并没有 RunLoop，如果你不主动获取，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。你只能在一个线程的内部获取其 RunLoop（主线程除外）。

三、RunLoop的结构

RunLoop位于苹果的Core Foundation库中，而Core Foundation库则位于iOS架构分层的Core Service层中（值得注意的是，Core Foundation是一个跨平台的通用库，不仅支持Mac，iOS，同时也支持Windows）：


苹果官方将整个系统大致划分为上述4个层次：
应用层包括用户能接触到的图形应用，例如 Spotlight、Aqua、SpringBoard 等。
应用框架层即开发人员接触到的 Cocoa 等框架。
核心框架层包括各种核心框架、OpenGL 等内容。
Darwin 即操作系统的核心，包括系统内核、驱动、Shell 等内容，这一层是开源的，其所有源码都可以在 opensource.apple.com 里找到。

RunLoop公开的接口，有下面几个类：

CFRunLoopRef
CFRunLoopModeRef
CFRunLoopSourceRef
CFRunLoopTimerRef
CFRunLoopObserverRef

// Foundation:
NSRunLoop : NSObject

// Core Foundation:
struct __CFRunLoop
__CFRunLoop * CFRunLoopRef

struct __CFRunLoop {
    
    
    CFRuntimeBase _base;
    pthread_mutex_t _lock;          /* locked for accessing mode list */
    __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;
    struct _block_item *_blocks_head;
    struct _block_item *_blocks_tail;
    CFAbsoluteTime _runTime;
    CFAbsoluteTime _sleepTime;
    CFTypeRef _counterpart;
};

其中 CFRunLoopModeRef 类并没有对外暴露，只是通过 CFRunLoopRef 的接口进行了封装。他们其中对应的关系如下：

CFRunLoopMode

每次RunLoop开始Run的时候，都必须指定一个Mode，称为RunLoop Mode。Mode指定了在这次的Run中，RunLoop可以处理的任务。对于不属于当前Mode的任务，则需要切换RunLoop至对应Mode下，再重新调用run方法，才能够被处理。
一个RunLoop包含着若干个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，这个Mode叫做CurrentMode。如果需要切换Mode，只能退出Loop，再重新指定一个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。

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

RunLoop Source

苹果文档将RunLoop能够处理的事件分为Input sources和timer事件。下面这张图取自苹果官网，不要注意那些容易让人混淆的细节，只看Thread , Input sources 和 Timer sources三个大方块的关系即可，不要关注里面的内容。

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CFRunLoopSourceRef是时间产生的地方。Source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，你想要先调用CFRunLoopSourceSignal(source)，将这个Source作为待处理，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他线程相互发送消息。这种Source能主动唤醒RunLoop。
看看源码：

struct __CFRunLoopSource {
    
    
    CFRuntimeBase _base;
    uint32_t _bits;
    pthread_mutex_t _lock;
    CFIndex _order;         /* 优先级，越小，优先级越高。可以是负数。immutable */
    CFMutableBagRef _runLoops;
    union {
    
      // 联合，用于保存source的信息，同时可以区分source是0还是1类型
        CFRunLoopSourceContext version0;    /* immutable, except invalidation */
        CFRunLoopSourceContext1 version1;   /* immutable, except invalidation */
    } _context;
};

typedef struct {
    
    
    CFIndex version;      // 类型:source0
    void *  info;
    const void *(*retain)(const void *info);
    void    (*release)(const void *info);
    CFStringRef (*copyDescription)(const void *info);
    Boolean (*equal)(const void *info1, const void *info2);
    CFHashCode  (*hash)(const void *info);
    void    (*schedule)(void *info, CFRunLoopRef rl, CFRunLoopMode mode);
    void    (*cancel)(void *info, CFRunLoopRef rl, CFRunLoopMode mode);
    void    (*perform)(void *info);  // call out 
} CFRunLoopSourceContext;

typedef struct {
    
    
    CFIndex version;  // 类型:source1
    void *  info;
    const void *(*retain)(const void *info);
    void    (*release)(const void *info);
    CFStringRef (*copyDescription)(const void *info);
    Boolean (*equal)(const void *info1, const void *info2);
    CFHashCode  (*hash)(const void *info);
#if (TARGET_OS_MAC && !(TARGET_OS_EMBEDDED || TARGET_OS_IPHONE)) || (TARGET_OS_EMBEDDED || TARGET_OS_IPHONE)
    mach_port_t (*getPort)(void *info);
    void *  (*perform)(void *msg, CFIndex size, CFAllocatorRef allocator, void *info);
#else
    void *  (*getPort)(void *info);
    void    (*perform)(void *info); // call out
#endif
} CFRunLoopSourceContext1;

source0和source1由联合_context来做代码区分。
Source1 由RunLoop和内核管理，Mach Port驱动。
Source0 则偏向应用层一些，如Cocoa里面的UIEvent处理，会以source0的形式发送给main RunLoop。

Mode类型

• Default mode 是RunLoop默认的mode。当RunLoop被创建时，就会对应创建出一个default mode。其余的mode，则是懒加载的。
• Event tracking mode 是Cocoa在处理密集传入的事件时所使用的mode（如scrollview的滑动）。
• “CommonModes”：在Cocoa程序中，默认会包含default，modal，event tracking mode。而在Core Foundation程序中，默认仅有Default mode，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 _commonModeItems 里的 Source/Observer/Timer 同步到具有 “Common” 标记的所有Mode里。
  这意味着，当我们将mode作为整体加入到Common modes中时，该mode可以响应common mode item事件，而其本身自带的mode items，在被标记为common的mode中，却不会被响应。

应用场景NSTimer的使用

主线程的 RunLoop 里有两个预置的 Mode：kCFRunLoopDefaultMode 和 UITrackingRunLoopMode。这两个 Mode 都已经被标记为”Common”属性。DefaultMode 是 App 平时所处的状态，TrackingRunLoopMode 是追踪 ScrollView 滑动时的状态。当你创建一个 Timer 并加到 DefaultMode 时，Timer 会得到重复回调，但此时滑动一个TableView时，RunLoop 会将 mode 切换为 TrackingRunLoopMode，这时 Timer 就不会被回调，并且也不会影响到滑动操作。
如果我们想要滑动的时候NSTimer依旧在使用，可以将Timer加入到commonModelItems。

[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];

CFRunLoopTimerRef && Timer

CFRunLoopTimerRef是基于时间的触发器，它和 NSTimer是toll-free bridged 的，可以混用。其包含了一个时间长度和一个回调（函数指针）。当其加入到RunLoop时，RunLoop会注册对应的时间点，当时间点到时，RunLoop会被唤醒以执行那个回调。
还有一些常用的Timer：

• NSTimer & PerformSelector:afterDelay:(由RunLoop处理，内部结构为CFRunLoopTimerRef)
• GCD Timer（由GCD自己实现，不通过RunLoop）
  CADisplayLink(通过向RunLoop投递source1 实现回调)
  NSObject perform系列函数中的dealy类型, 其实也是一种Timer事件，可能不那么明显。

NSTimer & PerformSelector:after Delay：

NSTimer在CF源码中的结构是这样的：

struct __CFRunLoopTimer {
    
    
    CFRuntimeBase _base;
    uint16_t _bits;
    pthread_mutex_t _lock;
    CFRunLoopRef _runLoop;
    CFMutableSetRef _rlModes;
    CFAbsoluteTime _nextFireDate;
    CFTimeInterval _interval;       /* immutable */
    CFTimeInterval _tolerance;          /* mutable */
    uint64_t _fireTSR;          /* 触发时间，TSR units */
    CFIndex _order;         /* immutable */
    CFRunLoopTimerCallBack _callout;    /* immutable */ // timer 回调
    CFRunLoopTimerContext _context; /* immutable, except invalidation */
};

关于Timer的计时，是通过内核的mach time或GCD time来实现的。

在RunLoop中，NSTimer在激活时，会将休眠中的RunLoop通过_timerPort唤醒，之后，RunLoop会调用。

CFRunLoopObserverRef

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受到这个变化。可以观测的时间点有以下几个：

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 可以被同时加入多个 mode。但一个 item 被重复加入同一个 mode 时是不会有效果的。如果一个 mode 中一个 item 都没有，则 RunLoop 会直接退出，不进入循环。

Mode一些接口

CFRunLoopAddCommonMode(CFRunLoopRef runloop, CFStringRef modeName);
CFRunLoopRunInMode(CFStringRef modeName, ...);

管理mode item的接口

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);

你只能通过mode name来操作内部的mode，当你传入一个新的mode name但RunLoop没有对应的mode时，RunLoop会自动帮你创建对应的CFRunLoopModeRef。对于一个RunLoop来说，其内部的mode只能增加不能删除。

四、RunLoop逻辑

上一张经典图：

主要流程如下：
1.通知观察者RunLoop已经启动
2.通知观察者即将要开始的定时器
3.通知观察者任何即将启动的非基于端口的源
4.启动任何准备好的非基于端口的源
5.如果基于端口的源准备好并处于等待状态，立即启动；并进入步骤9
6.通知观察者线程进入休眠状态
7.将线程置于休眠知道任一下面的事件发生：

• 某一事件到达基于端口的源
• 定时器启动
• RunLoop设置的时间已经超时
• RunLoop被显示唤醒
  8.通知观察者线程将被唤醒
  9.处理未处理的事件
• 如果用户定义的定时器启动，处理定时器事件并重启RunLoop。进入步骤2
• 如果输入源启动，传递相应的消息
• 如果RunLoop被显示唤醒而且时间还没超时，重启RunLoop。进入步骤2
  10。通知观察者RunLoop结束。

RunLoop源码

/// 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超时时间
int CFRunLoopRunInMode(CFStringRef modeName, CFTimeInterval seconds, Boolean stopAfterHandle) {
    
    
    return CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopGetCurrent(), modeName, seconds, returnAfterSourceHandled);
}
 
/// RunLoop的实现
int CFRunLoopRunSpecific(runloop, modeName, seconds, stopAfterHandle) {
    
    
    
    /// 首先根据modeName找到对应mode
    CFRunLoopModeRef currentMode = __CFRunLoopFindMode(runloop, modeName, false);
    /// 如果mode里没有source/timer/observer, 直接返回。
    if (__CFRunLoopModeIsEmpty(currentMode)) return;
    
    /// 1. 通知 Observers: RunLoop 即将进入 loop。
    __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopEntry);
    
    /// 内部函数，进入loop
    __CFRunLoopRun(runloop, currentMode, seconds, returnAfterSourceHandled) {
    
    
        
        Boolean sourceHandledThisLoop = NO;
        int retVal = 0;
        do {
    
    
 
            /// 2. 通知 Observers: RunLoop 即将触发 Timer 回调。
            __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeTimers);
            /// 3. 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);
            
            /// 4. RunLoop 触发 Source0 (非port) 回调。
            sourceHandledThisLoop = __CFRunLoopDoSources0(runloop, currentMode, stopAfterHandle);
            /// 执行被加入的block
            __CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode);
 
            /// 5. 如果有 Source1 (基于port) 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 的线程即将进入休眠(sleep)。
            if (!sourceHandledThisLoop) {
    
    
                __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeWaiting);
            }
            
            /// 7. 调用 mach_msg 等待接受 mach_port 的消息。线程将进入休眠, 直到被下面某一个事件唤醒。
            /// • 一个基于 port 的Source 的事件。
            /// • 一个 Timer 到时间了
            /// • RunLoop 自身的超时时间到了
            /// • 被其他什么调用者手动唤醒
            __CFRunLoopServiceMachPort(waitSet, &msg, sizeof(msg_buffer), &livePort) {
    
    
                mach_msg(msg, MACH_RCV_MSG, port); // thread wait for receive msg
            }
 
            /// 8. 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:
 
            /// 9.1 如果一个 Timer 到时间了，触发这个Timer的回调。
            if (msg_is_timer) {
    
    
                __CFRunLoopDoTimers(runloop, currentMode, mach_absolute_time())
            } 
 
            /// 9.2 如果有dispatch到main_queue的block，执行block。
            else if (msg_is_dispatch) {
    
    
                __CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__(msg);
            } 
 
            /// 9.3 如果一个 Source1 (基于port) 发出事件了，处理这个事件
            else {
    
    
                CFRunLoopSourceRef source1 = __CFRunLoopModeFindSourceForMachPort(runloop, currentMode, livePort);
                sourceHandledThisLoop = __CFRunLoopDoSource1(runloop, currentMode, source1, msg);
                if (sourceHandledThisLoop) {
    
    
                    mach_msg(reply, MACH_SEND_MSG, reply);
                }
            }
            
            /// 执行加入到Loop的block
            __CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode);
            
 
            if (sourceHandledThisLoop && 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 = kCFRunLoopRunTimedOut;
            } else if (__CFRunLoopIsStopped(runloop)) {
    
    
                /// 被外部调用者强制停止了
                retVal = kCFRunLoopRunStopped;
            } 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也没被停止，那继续loop。
        } while (retVal == 0);
    }
    
    /// 10. 通知 Observers: RunLoop 即将退出。
    __CFRunLoopDoObservers(rl, currentMode, kCFRunLoopExit);
}

可以看到，实际上RunLoop就是这样的函数，内部就是个do-while循环。当你调用 CFRunLoopRun() 时，线程就会一直停留在这个循环里；直到超时或被手动停止，该函数才会返回。

五、Apple中的RunLoop

AutoreleasePool

系统会在APP启动时，向main 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。其 order 是-2147483647，优先级最高，保证创建释放池发生在其他所有回调之前。
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_autoreleasePoolPush() 
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。这个 
Observer 的 order 是 2147483647，优先级最低，保证其释放池子发生在其他所有回调之后。
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，开发者也不必显示创建 Pool 了。

事件响应

苹果注册了一个 Source1 (基于 mach port 的) 用来接收系统事件，其回调函数为 __IOHIDEventSystemClientQueueCallback()。
当一个硬件事件(触摸/锁屏/摇晃等)发生后，首先由 IOKit.framework 生成一个 IOHIDEvent 事件并由 SpringBoard 接收。SpringBoard 只接收按键(锁屏/静音等)，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。随后苹果注册的那个 Source1 就会触发回调，并调用 _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。通常事件比如 UIButton 点击、touchesBegin/Move/End/Cancel 事件都是在这个回调中完成的。

界面更新

我们需要界面刷新，如UIView/CALayer 调用了setNeedsLayout/setNeedsDisplay， 或更新了UIView的frame，或UI层次。
其实，系统并不会立刻就开始刷新界面，而是先提交UI刷新请求，再等到下一次main RunLoop循环时，集中处理（集中处理的好处在于可以合并一些重复或矛盾的UI刷新）。而这个实现方式，则是通过监听main RunLoop的before waitting和Exit通知实现的。
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。

NSTimer

NSTimer在CF层对应的结构如下，它们之间的转换时toll-free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。
Timer的触发流程大致是这样的：
（1）用户添加timer到runloop的某个或几个mode下->
(2)根据timer是否设置了tolerance，如果没有设置，则调用底层xnu内核的mk_timer注册一个mach-port事件，如果设置了tolerance，则注册一个GCD timer->
(3)当由XNU内核或GCD管理的timer的 fire time到了，通过对应的mach port唤醒RunLoop(mk_timer对应rlm的_timerPort, GCD timer对应GCD queue port)->
(4)RunLoop执行__CFRunLoopDoTimers，其中会调用__CFRunLoopDoTimer， DoTimer方法里面会根据当前mach time和Timer的fireTSR属性，判断fireTSR 是否< 当前的mach time，如果小于，则触发timer，同时更新下一次fire时间fireTSR。

这样一次timer事件从注册到执行大致流程如图所示：

PerformSelector

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。

dispatch to main queue

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。

六、RunLoop实际应用

我们何时需要RunLoop？ 苹果给我们列出了以下情境：

• 需要使用port或input source和别的线程通信（基本用不到）
• 在当前线程需要使用NSTimer
• 在Cocoa程序中需要使用performSelector… 系列函数
• 需要子线程保活来执行后台任务

线程保活

在文章开头我们就提到，RunLoop的一个作用就在于让线程跑圈，不至于退出。如果我们自己创建一个子线程而没有让它的RunLoop一直run的话，线程会立刻退出。

我们可以用如下代码，让子线程一直等待一个mach port，从而维持RunLoop 不退出循环：

// 全局的Dictionary，key 是 pthread_t， value 是 CFRunLoopRef
static CFMutableDictionaryRef loopsDic;

@interface ViewController ()<NSPortDelegate>
@property (nonatomic, strong) NSMessagePort* messagePort;
@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    
    
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view.
    @autoreleasepool{
    
    
          NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];
          self.messagePort = [NSPort port];
          self.messagePort.delegate = self;
          [runLoop addPort:self.messagePort forMode:NSDefaultRunLoopMode];
          [runLoop run]; // 当runloop 在跑圈时，下面的代码永远不会执行。
          NSLog(@"runloop exit!!");  // 仅当子线程即将退出时，才会执行到这里
       }
 
}

之所以要在代码外包一层autoreleasepool，是因为系统不会为子线程自动创建autorelease pool，为了防止内存泄漏，我们在所有的子线程开始都要创建一个autorelease pool。
那么我们如何退出呢？
我们可以移除刚刚添加的mach port，可以通过定时器，或者完成某些事件后调用：[[NSRunLoop currentRunLoop] removePort:self.messagePort forMode:NSDefaultRunLoopMode];

RunLoop 性能优化

tableView的Cell中有多个ImageView，同时加载大图，导致UI卡顿。
解决思路：使用Runloop每次循环只添加一张图片。
工具：这里我们需要使用到CFRunloop
实现过程：

1、把加载图片等代码保存起来，先不执行 （保存一段代码，block）
2、监听Runloop循环（CFRunloopObserver）
3、每次都从任务数组中取出一个加载图片等代码执行（执行block代码）
底层实现有点懵，这里没看明白，想看的可以看看下面大牛的文章。

本文参考：
RunLoop详解

iOS RunLoop完全指南

七、一些RunLoop问题

RunLoop线程阻塞 & 线程休眠?

RunLoop的线程休眠是真的休眠,它是不会占用任何cpu的资源,完全休息.它和white(1)这种还是有本质的区别,white(1)它是一直在执行,转成汇编会有几条指令,一直在执行,一直占用cpu资源,比如我们想做优化,那RunLoop的这种休眠模式是不是更节约cpu资源,说白了更省电些。
本质是利用了：mach_msg。

就是用户态和内核态的切换,用户态发消息,内核态休眠,再被唤醒,用户态处理消息.

所以如果面试官问:RunLoop里面线程阻塞是怎么样的?我们千万不能答,里面是个死循环.就是上面刚刚说的那些.

剩下的答案上面有。