深入理解RunLoop

RunLoop是iOS和OSX开发中非常基础的一个概念，这篇文章将从CFRunLoop的源码入手，介绍RunLoop的概念以及底层实现原理。之后会介绍一下在iOS中，苹果是如何利用RunLoop实现自动释放池、延迟回调、触摸事件、屏幕刷新等功能的。

目录

RunLoop的概念

RunLoop与线程的关系

RunLoop对外的接口

RunLoop的Mode

RunLoop的内部逻辑

RunLoop的底层实现

苹果用RunLoop实现的功能

AutoreleasePool

事件响应

手势识别

界面更新

定时器

PerformSelecter

关于GCD

关于网络请求

RunLoop的实际应用举例

AFNetworking

AsyncDisplayKit

RunLoop的概念
一般来讲，一个线程一次只能执行一个任务，执行完成后线程就会退出。如果我们需要一个机制，让线程能随时处理事件但并不退出，通常的代码逻辑是这样的：

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functionloop(){ initialize(); do{ varmessage=get_next_message(); process_message(message); }while(message!=quit); }

这种模型通常被称作EventLoop。EventLoop在很多系统和框架里都有实现，比如Node.js的事件处理，比如Windows程序的消息循环，再比如OSX/iOS里的RunLoop。实现这种模型的关键点在于：如何管理事件/消息，如何让线程在没有处理消息时休眠以避免资源占用、在有消息到来时立刻被唤醒。
所以，RunLoop实际上就是一个对象，这个对象管理了其需要处理的事件和消息，并提供了一个入口函数来执行上面EventLoop的逻辑。线程执行了这个函数后，就会一直处于这个函数内部"接受消息->等待->处理"的循环中，直到这个循环结束（比如传入quit的消息），函数返回。
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。
CFRunLoopRef的代码是开源的，你可以在这里http://opensource.apple.com/tarballs/CF/CF-855.17.tar.gz下载到整个CoreFoundation的源码。为了方便跟踪和查看，你可以新建一个Xcode工程，把这堆源码拖进去看。
RunLoop与线程的关系
首先，iOS开发中能遇到两个线程对象:pthread_t和NSThread。过去苹果有份文档标明了NSThread只是pthread_t的封装，但那份文档已经失效了，现在它们也有可能都是直接包装自最底层的machthread。苹果并没有提供这两个对象相互转换的接口，但不管怎么样，可以肯定的是pthread_t和NSThread是一一对应的。比如，你可以通过pthread_main_np()或[NSThreadmainThread]来获取主线程；也可以通过pthread_self()或[NSThreadcurrentThread]来获取当前线程。CFRunLoop是基于pthread来管理的。
苹果不允许直接创建RunLoop，它只提供了两个自动获取的函数：CFRunLoopGetMain()和CFRunLoopGetCurrent()。这两个函数内部的逻辑大概是下面这样:

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///全局的Dictionary，key是pthread_t，value是CFRunLoopRef staticCFMutableDictionaryRefloopsDic; ///访问loopsDic时的锁 staticCFSpinLock_tloopsLock; ///获取一个pthread对应的RunLoop。 CFRunLoopRef_CFRunLoopGet(pthread_tthread){ 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(); CFRunLoopRefmainLoop=_CFRunLoopCreate(); CFDictionarySetValue(loopsDic,pthread_main_thread_np(),mainLoop); } ///直接从Dictionary里获取。 CFRunLoopRefloop=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); returnloop; } CFRunLoopRefCFRunLoopGetMain(){ return_CFRunLoopGet(pthread_main_thread_np()); } CFRunLoopRefCFRunLoopGetCurrent(){ 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）。
RunLoop对外的接口
在CoreFoundation里面关于RunLoop有5个类:

CFRunLoopRef

CFRunLoopModeRef

CFRunLoopSourceRef

CFRunLoopTimerRef

CFRunLoopObserverRef

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

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，这个Mode被称作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。
CFRunLoopSourceRef是事件产生的地方。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他线程相互发送消息。这种Source能主动唤醒RunLoop的线程，其原理在下面会讲到。

CFRunLoopTimerRef是基于时间的触发器，它和NSTimer是toll-freebridged的，可以混用。其包含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。
CFRunLoo
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pObserverRef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：

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typedefCF_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modeitem，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。
RunLoop的Mode
CFRunLoopMode和CFRunLoop的结构大致如下：

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struct__CFRunLoopMode{ CFStringRef_name;//ModeName,例如@"kCFRunLoopDefaultMode" CFMutableSetRef_sources0;//Set CFMutableSetRef_sources1;//Set CFMutableArrayRef_observers;//Array CFMutableArrayRef_timers;//Array ... }; struct__CFRunLoop{ CFMutableSetRef_commonModes;//Set CFMutableSetRef_commonModeItems;//Set CFRunLoopModeRef_currentMode;//CurrentRunloopMode CFMutableSetRef_modes;//Set ... };

这里有个概念叫"CommonModes"：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。
应用场景举例：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。
有时你需要一个Timer，在两个Mode中都能得到回调，一种办法就是将这个Timer分别加入这两个Mode。还有一种方式，就是将Timer加入到顶层的RunLoop的"commonModeItems"中。"commonModeItems"被RunLoop自动更新到所有具有"Common"属性的Mode里去。
CFRunLoop对外暴露的管理Mode接口只有下面2个:

1 2	CFRunLoopAddCommonMode(CFRunLoopRefrunloop,CFStringRefmodeName); CFRunLoopRunInMode(CFStringRefmodeName,...);

Mode暴露的管理modeitem的接口有下面几个：

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CFRunLoopAddSource(CFRunLoopRefrl,CFRunLoopSourceRefsource,CFStringRefmodeName); CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopRefrl,CFRunLoopObserverRefobserver,CFStringRefmodeName); CFRunLoopAddTimer(CFRunLoopRefrl,CFRunLoopTimerReftimer,CFStringRefmode); CFRunLoopRemoveSource(CFRunLoopRefrl,CFRunLoopSourceRefsource,CFStringRefmodeName); CFRunLoopRemoveObserver(CFRunLoopRefrl,CFRunLoopObserverRefobserver,CFStringRefmodeName); CFRunLoopRemoveTimer(CFRunLoopRefrl,CFRunLoopTimerReftimer,CFStringRefmode);

你只能通过modename来操作内部的mode，当你传入一个新的modename但RunLoop内部没有对应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。
苹果公开提供的Mode有两个：kCFRunLoopDefaultMode(NSDefaultRunLoopMode)和UITrackingRunLoopMode，你可以用这两个ModeName来操作其对应的Mode。
同时苹果还提供了一个操作Common标记的字符串：kCFRunLoopCommonModes(NSRunLoopCommonModes)，你可以用这个字符串来操作CommonItems，或标记一个Mode为"Common"。使用时注意区分这个字符串和其他modename。
RunLoop的内部逻辑
根据苹果在文档里的说明，RunLoop内部的逻辑大致如下:

其内部代码整理如下（太长了不想看可以直接跳过去，后面会有说明）：

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///用DefaultMode启动 voidCFRunLoopRun(void){ CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopGetCurrent(),kCFRunLoopDefaultMode,1.0e10,false); } ///用指定的Mode启动，允许设置RunLoop超时时间 intCFRunLoopRunInMode(CFStringRefmodeName,CFTimeIntervalseconds,BooleanstopAfterHandle){ returnCFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopGetCurrent(),modeName,seconds,returnAfterSourceHandled); } ///RunLoop的实现 intCFRunLoopRunSpecific(runloop,modeName,seconds,stopAfterHandle){ ///首先根据modeName找到对应mode CFRunLoopModeRefcurrentMode=__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){ BooleansourceHandledThisLoop=NO; intretVal=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){ BooleanhasMsg=__CFRunLoopServiceMachPort(dispatchPort,&msg) if(hasMsg)gotohandle_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);//threadwaitforreceivemsg } ///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。 elseif(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{ CFRunLoopSourceRefsource1=__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; }elseif(timeout){ ///超出传入参数标记的超时时间了 retVal=kCFRunLoopRunTimedOut; }elseif(__CFRunLoopIsStopped(runloop)){ ///被外部调用者强制停止了 retVal=kCFRunLoopRunStopped; }elseif(__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就是这样一个函数，其内部是一个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。
RunLoop的底层实现
从上面代码可以看到，RunLoop的核心是基于machport的，其进入休眠时调用的函数是mach_msg()。为了解释这个逻辑，下面稍微介绍一下OSX/iOS的系统架构。

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。

我们在深入看一下Darwin这个核心的架构：

其中，在硬件层上面的三个组成部分：Mach、BSD、IOKit(还包括一些上面没标注的内容)，共同组成了XNU内核。
XNU内核的内环被称作Mach，其作为一个微内核，仅提供了诸如处理器调度、IPC(进程间通信)等非常少量的基础服务。
BSD层可以看作围绕Mach层的一个外环，其提供了诸如进程管理、文件系统和网络等功能。
IOKit层是为设备驱动提供了一个面向对象(C++)的一个框架。
Mach本身提供的API非常有限，而且苹果也不鼓励使用Mach的API，但是这些API非常基础，如果没有这些API的话，其他任何工作都无法实施。在Mach中，所有的东西都是通过自己的对象实现的，进程、线程和虚拟内存都被称为"对象"。和其他架构不同，Mach的对象间不能直接调用，只能通过消息传递的方式实现对象间的通信。"消息"是Mach中最基础的概念，消息在两个端口(port)之间传递，这就是Mach的IPC(进程间通信)的核心。
Mach的消
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息定义是在头文件的，很简单：

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typedefstruct{ mach_msg_header_theader; mach_msg_body_tbody; }mach_msg_base_t; typedefstruct{ mach_msg_bits_tmsgh_bits; mach_msg_size_tmsgh_size; mach_port_tmsgh_remote_port; mach_port_tmsgh_local_port; mach_port_name_tmsgh_voucher_port; mach_msg_id_tmsgh_id; }mach_msg_header_t;

一条Mach消息实际上就是一个二进制数据包(BLOB)，其头部定义了当前端口local_port和目标端口remote_port，
发送和接受消息是通过同一个API进行的，其option标记了消息传递的方向：

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mach_msg_return_tmach_msg( mach_msg_header_t*msg, mach_msg_option_toption, mach_msg_size_tsend_size, mach_msg_size_trcv_size, mach_port_name_trcv_name, mach_msg_timeout_ttimeout, mach_port_name_tnotify);

为了实现消息的发送和接收，mach_msg()函数实际上是调用了一个Mach陷阱(trap)，即函数mach_msg_trap()，陷阱这个概念在Mach中等同于系统调用。当你在用户态调用mach_msg_trap()时会触发陷阱机制，切换到内核态；内核态中内核实现的mach_msg()函数会完成实际的工作，如下图：

这些概念可以参考维基百科:System_call、Trap_(computing)。
RunLoop的核心就是一个mach_msg()(见上面代码的第7步)，RunLoop调用这个函数去接收消息，如果没有别人发送port消息过来，内核会将线程置于等待状态。例如你在模拟器里跑起一个iOS的App，然后在App静止时点击暂停，你会看到主线程调用栈是停留在mach_msg_trap()这个地方。
关于具体的如何利用machport发送信息，可以看看NSHipster这一篇文章，或者这里的中文翻译。
关于Mach的历史可以看看这篇很有趣的文章：MacOSX背后的故事（三）Mach之父AvieTevanian。
苹果用RunLoop实现的功能
首先我们可以看一下App启动后RunLoop的状态：

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CFRunLoop{ currentmode=kCFRunLoopDefaultMode commonmodes={ UITrackingRunLoopMode kCFRunLoopDefaultMode } commonmodeitems={ //source0(manual) CFRunLoopSource{order=-1,{ callout=_UIApplicationHandleEventQueue}} CFRunLoopSource{order=-1,{ callout=PurpleEventSignalCallback}} CFRunLoopSource{order=0,{ callout=FBSSerialQueueRunLoopSourceHandler}} //source1(machport) CFRunLoopSource{order=0,{port=17923}} CFRunLoopSource{order=0,{port=12039}} CFRunLoopSource{order=0,{port=16647}} CFRunLoopSource{order=-1,{ callout=PurpleEventCallback}} CFRunLoopSource{order=0,{port=2407, callout=_ZL20notify_port_callbackP12__CFMachPortPvlS1_}} CFRunLoopSource{order=0,{port=1c03, callout=__IOHIDEventSystemClientAvailabilityCallback}} CFRunLoopSource{order=0,{port=1b03, callout=__IOHIDEventSystemClientQueueCallback}} CFRunLoopSource{order=1,{port=1903, callout=__IOMIGMachPortPortCallback}} //Ovserver CFRunLoopObserver{order=-2147483647,activities=0x1,//Entry callout=_wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler} CFRunLoopObserver{order=0,activities=0x20,//BeforeWaiting callout=_UIGestureRecognizerUpdateObserver} CFRunLoopObserver{order=1999000,activities=0xa0,//BeforeWaiting|Exit callout=_afterCACommitHandler} CFRunLoopObserver{order=2000000,activities=0xa0,//BeforeWaiting|Exit callout=_ZN2CA11Transaction17observer_callbackEP19__CFRunLoopObservermPv} CFRunLoopObserver{order=2147483647,activities=0xa0,//BeforeWaiting|Exit callout=_wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler} //Timer CFRunLoopTimer{firing=No,interval=3.1536e+09,tolerance=0, nextfiredate=453098071(-4421.76019@96223387169499), callout=_ZN2CAL14timer_callbackEP16__CFRunLoopTimerPv(QuartzCore.framework)} }, modes＝{ CFRunLoopMode{ sources0={/*sameas'commonmodeitems'*/}, sources1={/*sameas'commonmodeitems'*/}, observers={/*sameas'commonmodeitems'*/}, timers={/*sameas'commonmodeitems'*/}, }, &nb 7fe0 sp;CFRunLoopMode{ sources0={/*sameas'commonmodeitems'*/}, sources1={/*sameas'commonmodeitems'*/}, observers={/*sameas'commonmodeitems'*/}, timers={/*sameas'commonmodeitems'*/}, }, CFRunLoopMode{ sources0={ CFRunLoopSource{order=0,{ callout=FBSSerialQueueRunLoopSourceHandler}} }, sources1=(null), observers={ CFRunLoopObserver>{activities=0xa0,order=2000000, callout=_ZN2CA11Transaction17observer_callbackEP19__CFRunLoopObservermPv} )}, timers=(null), }, CFRunLoopMode{ sources0={ CFRunLoopSource{order=-1,{ callout=PurpleEventSignalCallback}} }, sources1={ CFRunLoopSource{order=-1,{ callout=PurpleEventCallback}} }, observers=(null), timers=(null), }, CFRunLoopMode{ sources0=(null), sources1=(null), observers=(null), timers=(null), } } }

可以看到，系统默认注册了5个Mode:
1.kCFRunLoopDefaultMode:App的默认Mode，通常主线程是在这个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他Mode影响。
3.UIInitializationRunLoopMode:在刚启动App时第进入的第一个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。
你可以在这里看到更多的苹果内部的Mode，但那些Mode在开发中就很难遇到了。
当RunLoop进行回调时，一般都是通过一个很长的函数调用出去(callout),当你在你的代码中下断点调试时，通常能在调用栈上看到这些函数。下面是这几个函数的整理版本，如果你在调用栈中看到这些长函数名，在这里查找一下就能定位到具体的调用地点了：

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{ ///1.通知Observers，即将进入RunLoop ///此处有Observer会创建AutoreleasePool:_objc_autoreleasePoolPush(); __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopEntry); do{ ///2.通知Observers:即将触发Timer回调。 __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopBeforeTimers); ///3.通知Observers:即将触发Source(非基于port的,Source0)回调。 __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopBeforeSources); __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_BLOCK__(block); ///4.触发Source0(非基于port的)回调。 __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE0_PERFORM_FUNCTION__(source0); __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_BLOCK__(block); ///6.通知Observers，即将进入休眠 ///此处有Observer释放并新建AutoreleasePool:_objc_autoreleasePoolPop();_objc_autoreleasePoolPush(); __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopBeforeWaiting); ///7.sleeptowaitmsg. mach_msg()->mach_msg_trap(); ///8.通知Observers，线程被唤醒 __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopAfterWaiting); ///9.如果是被Timer唤醒的，回调Timer __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_TIMER_CALLBACK_FUNCTION__(timer); ///9.如果是被dispatch唤醒的，执行所有调用dispatch_async等方法放入mainqueue的block __CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__(dispatched_block); ///9.如果如果Runloop是被Source1(基于port的)的事件唤醒了，处理这个事件 __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE1_PERFORM_FUNCTION__(source1); }while(...); ///10.通知Observers，即将退出RunLoop ///此处有Observer释放AutoreleasePool:_objc_autoreleasePoolPop(); __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopExit); }

AutoreleasePool
App启动后，苹果在主线程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machport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。这个过程的详细情况可以参考这里。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machport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。
手势识别
当上面的_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。
苹果注册了一个Observer监测BeforeWaiting(Loop即将进入休眠)事件，这个Observer的回调函数是_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。
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。
这个函数内部的调用栈大概是这样的：

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_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(); [CALayerlayoutSublayers]; [UIViewlayoutSubviews]; CA::Layer::display_if_needed(); [CALayerdisplay]; [UIViewdrawRect];

定时器
NSTimer其实就是CFRunLoopTimerRef，他们之间是toll-freebridged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，这个稍后我会再单独写一页博客来分析。
PerformSelecter
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:

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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。

下面主要介绍下NSURLConnection的工作过程。
通常使用NSURLConnection时，你会传入一个Delegate，当调用了[connectionstart]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machport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的实际应用举例
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：

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+(void)networkRequestThreadEntryPoint:(id)__unusedobject{ @autoreleasepool{ [[NSThreadcurrentThread]setName:@"AFNetworking"]; NSRunLoop*runLoop=[NSRunLoopcurrentRunLoop]; [runLoopaddPort:[NSMachPortport]forMode:NSDefaultRunLoopMode]; [runLooprun]; } } +(NSThread*)networkRequestThread{ staticNSThread*_networkRequestThread=nil; staticdispatch_once_toncePredicate; dispatch_once(&oncePredicate,^{ _networkRequestThread=[[NSThreadalloc]initWithTarget:selfselector:@selector(networkRequestThreadEntryPoint:)object:nil]; [_networkRequestThreadstart]; }); return_networkRequestThread; }

RunLoop启动前内部必须要有至少一个Timer/Observer/Source，所以AFNetworking在[runLooprun]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。

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-(void)start{ [self.locklock] 747a ; if([selfisCancelled]){ [selfperformSelector:@selector(cancelConnection)onThread:[[selfclass]networkRequestThread]withObject:nilwaitUntilDone:NOmodes:[self.runLoopModesallObjects]]; }elseif([selfisReady]){ self.state=AFOperationExecutingState; [selfperformSelector:@selector(operationDidStart)onThread:[[selfclass]networkRequestThread]withObject:nilwaitUntilDone:NOmodes:[self.runLoopModesallObjects]]; } [self.lockunlock]; }

当需要这个后台线程执行任务时，AFNetworking通过调用[NSObjectperformSelector: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。
具体的代码可以看这里：_ASAsyncTransactionGroup。