探究 runloop 底层结构

对于 iOS 开发者来说， Runloop 应该是大家都熟悉的，这篇文章只是本人在阅读源码时的一些理解。

Runloop 相关结构体

Objective-C 是对 C 的封装，所以一切相关的底层其实都是通过 C 来实现的，我们先看下 Runloop 相关的概念。
这里说的 Runloop 并不是 Apple 在 iOS 中的实现，因为 iOS 不是开源的。我们现在所说的其实只是 Apple 开源的 CF 框架的源码，但是管中窥豹，通过它也能了解 Apple 的思路。

__CFRunLoop

首先是 Runloop，底层是 C 的结构体

struct __CFRunLoop {
    __CFPort _wakeUpPort;			// used for CFRunLoopWakeUp 
    volatile _per_run_data *_perRunData;   // 预设状态
    pthread_t _pthread; // 线程
    CFMutableSetRef _commonModes; // 存储 ModeName
    CFMutableSetRef _commonModeItems; 
    CFRunLoopModeRef _currentMode; // 当前 Mode
    CFMutableSetRef _modes;  // 所有的 Mode
    ...
};

上面列出的是相对重要的部分， 我们一个一个看。没有细说的注意看代码块中的注释
首先 _wakeUpPort 这是用来进行唤醒 Runloop 的特定端口；
然后是 _perRunData 这个需要结合下面代码来看：

// 是否是 停止状态
CF_INLINE Boolean __CFRunLoopIsStopped(CFRunLoopRef rl) {
    return (rl->_perRunData->stopped) ? true : false;
}

// 标记为停止状态
CF_INLINE void __CFRunLoopSetStopped(CFRunLoopRef rl) {
    rl->_perRunData->stopped = 0x53544F50;	// 'STOP'
}

...

可以看到，runloop 的很多状态都是存储在 _perRunData 之中的，我们可以把它看做是 runloop 的状态指示器。

_pthread 的类型是 pthread_t ，这是 pthread 的底层，这样也说明了，为什么线程和 runloop 是一一对应的；

_commonModes 这是一个集合， 主要存储着 modename；

_commonModeItems 也是一个集合， 主要存储着 modename 对应的 CFRunLoopModeRef 中的 Source/Observer/Timer；

CFRunLoopModeRef

通过 Runloop 的结构体，我们可以看到，CFRunLoopModeRef 在其中占据很大的比例，那么我们继续看 CFRunLoopModeRef 是什么东西：

struct __CFRunLoopMode {
    CFStringRef _name;
    CFMutableSetRef _sources0;
    CFMutableSetRef _sources1;
    CFMutableArrayRef _observers;
    CFMutableArrayRef _timers;
    ...
};

很长一段，我只贴出来一部分，其他可以看源码。可以看到也是一个结构体（其实所有OC类的底层实现都是C中的结构体）。

在这其中，其实就是三类成员，__CFRunLoopSource， __CFRunLoopObserver 和 __CFRunLoopTimer。

它们的关系可以看这幅图，比较直观：

那么继续，我们在聊聊这三个家伙是个啥。

__CFRunLoopSource

Mode 结构体中 source 有两个版本，一个source0，一个source1。
先说下，source 是什么，runloop 中，需要一个标识来告诉它，是否有事件需要处理，然而单纯的使用一个标识符无法实现比较复杂的需求，这时候 source 就出现了，通过调用方法，来得到一个 BOOL 值，通过这个值来确定是否需要处理事件。

为什么这么说？我们需要看下这个方法：

	static int32_t __CFRunLoopRun(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopModeRef rlm, CFTimeInterval seconds, Boolean stopAfterHandle, CFRunLoopModeRef previousMode){
			...
			Boolean sourceHandledThisLoop = __CFRunLoopDoSources0(rl, rlm, stopAfterHandle);
	    if (sourceHandledThisLoop) {
            __CFRunLoopDoBlocks(rl, rlm);
	    }
			...
			
			sourceHandledThisLoop = __CFRunLoopDoSource1(rl, rlm, rls, msg, msg->msgh_size, &reply) || sourceHandledThisLoop;
	    sourceHandledThisLoop = __CFRunLoopDoSource1(rl, rlm, rls) || sourceHandledThisLoop;
			...
	
	}
	

这是 Runloop 启动方法，后面会仔细分析，现在主要看贴出来的方法。

可以看到，runloop 处理事件主要是通过三个方法：
__CFRunLoopDoSources0 ， __CFRunLoopDoSource1 和 __CFRunLoopDoBlocks。

前两个是用来标志是否存在需要处理的事件，如果存在，则调用第三个方法，处理事件。

Source 也分为2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），这种 Source 能主动唤醒 RunLoop 的线程。

CFRunLoopTimerRef

CFRunLoopTimerRef 就很好理解了，它实际上是和 NSTimer 是同一个东西，也就是说，它就是一个定时器。这里简单介绍一下，后面计划有一篇关于 NSTimer 的文章。

struct __CFRunLoopTimer {
    CFRunLoopRef _runLoop;
    CFMutableSetRef _rlModes;
    CFTimeInterval _interval;		/* immutable */
    CFTimeInterval _tolerance;          /* mutable */
    CFAbsoluteTime _nextFireDate;
    CFIndex _order;			/* immutable */
    CFRunLoopTimerCallBack _callout;	/* immutable */
    ...
};

看上面的结构， __CFRunLoopTimer 主要包含下列相关：

_runLoop：NSTimer 必须和 runloop 配合使用，那么 timer 持有 runloop 是可以理解咯；
_interval： 间隔时间；
_tolerance： 容忍时间，也就是说允许延迟多长时间；
_nextFireDate：下次触发时间，理论上应该每次累加 _interval ，但是由于容忍度的存在，并不能两次相隔时间并不一定和 _interval 相等；
_order： 优先级；
_callout：timer 关联的回调事件；

__CFRunLoopObserver

    struct __CFRunLoopObserver {
    CFRunLoopRef _runLoop;
    CFIndex _rlCount;
    CFOptionFlags _activities;		/* immutable */
    CFIndex _order;			/* immutable */
    CFRunLoopObserverCallBack _callout;	/* immutable */
};

__CFRunLoopObserver 中除了常规的几个成员外， 比较重要的应该就是 _activities ， 它标识了 runloop 的状态，主要包括

typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
    kCFRunLoopEntry = (1UL << 0),               // 即将进入 Loop
    kCFRunLoopBeforeTimers = (1UL << 1),        // 即将处理 Timers
    kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2),       // 即将处理 Sources
    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
    kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU
};

通过这些状态，我们可以判断出 Loop 正处于什么状态，并且可以根据状态不同而做相应的事件，比如监听 kCFRunLoopBeforeWaiting， 在这将在异步线程渲染好的UI在主线程进行更新，从而避免出现主线程阻塞，增加页面流畅度等等。

好了，相关的结构体已经介绍完