【iOS程序启动与运转】- RunLoop个人小结

作者：楚天舒 授权本站转载。

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：

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：

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：

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

类型：

1. kCFRunLoopDefaultMode: 默认 mode，通常主线程在这个 Mode 下运行。

2. UITrackingRunLoopMode: 追踪mode，保证Scrollview滑动顺畅不受其他 mode 影响。

3. 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：

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）；

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:

创建与生效；

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。

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:

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：

一步一步写具体的实现逻辑过于繁琐不便理解，按Runloop状态大致分为：

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，并通过之前添加的 Source0 通知到上层的 Delegate。



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。

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。