Runloop
Runloop是iOS系统中的事件循环，它保证了我们的程序不会在main函数执行完后就被退出，（线程保活），可以粗糙地理解成一个
while(true)的循环，但它的实现并没有那么简单。实际上它是一个NSRunLoop的对象，在对象内部维护了一个事件循环，当没有事件要处理时，Runloop将线程控制器交给系统，即从用户态->内核态，当被唤醒时又从内核态->用户态，实现了在休眠时不占用CPU资源。
基础概念
正如前面的引言提到的，一般程序运行完毕后就会自动退出，比如当我们在Xcode中新建一个macOS的CommandLine项目，当main函数return后程序即运行完毕并退出。
然而，我们的APP显然不能这样，所以我们要让APP可以随时响应而不退出。这样的机制通常使用事件循环（Event Loop）来实现，在iOS中即为Runloop。
与Runtime不同的是，Runloop是一个可实际获取的对象，对应Foundation框架的NSRunloop类与Core Foundation框架的CFRunloop类，NSRunloop是基于CFRunloop的上层封装。
Runloop核心
前面我们提到，Runloop可以简单地概括成一个while(true)的循环，但实际上这样的实现会使CPU进行大量无谓的空转。所以，Runloop机制的核心就是保证线程在有events需要处理时能唤醒，在没有events时能进行休眠。
而实现真正的休眠，是靠没有events时从用户态->内核态实现的，当有事件时，系统内核通过mach_msg()或者mach port方法将事件发送给对应的Runloop，Runloop收到事件后从休眠状态切换到唤醒状态，并从内核态->用户态。
如何唤醒Runloop
Source
Source是Runloop中一个重要的概念，它代表了在上文中提到的events。
在Runloop中，Source分为两类
- Source0:该类Source是App的内部事件，不具有独立唤醒Runloop的能力。一个Source0需要被处理时，他需要被
CFRunLoopSourceSignal()函数标记为待处理，并调用CFRunLoopWakeUp函数来唤醒Runloop，CFRunLoopWakeUp函数内部通过一个_wakeUpPort成员变量来唤醒Runloop，推测该变量是一个mach port，Runloop只有通过mach port与mach_msg()才可以唤醒。唤醒后通过调用__CFRunLoopDoSources0函数来处理Source0事件，并在之后将该事件标记为已处理。 - Source1:该类Source是由硬件事件生成的Source，如触摸、摇晃、旋转等。此类Source可唤醒Runloop。
Timer
使用NSTimer API注册执行的任务，就属于这一类
Observer
某个Observer可以监听runloop的状态变化，并作出反应
Runloop与线程的关系
- Runloop与线程是一一对应的，且子线程的Runloop无法获取到其他子线程的Runloop,一一对应的关系以key-value存储在一个全局字典里。在
CFRunloop中，只有CFRunloopGetMain和CFRunloopGetCurrent两个函数可以获取到Runloop - 主线程会自动创建Runloop以响应事件，但子线程并不会自动创建Runloop。由于NSTimer对象需要加入到Runloop中的mode，所以在子线程中调用
performSel afterdelay系列方法并不会被调用，因为这些方法都会注册一个NSTimer到Runloop中，而子线程默认情况下是没有Runloop的。 - Runloop会在线程销毁时销毁
CFRunLoopMode
mode是管理着Runloop与source/timer/observer之间的桥梁，在一开始会注册五个mode
- kCFRunLoopDefaultMode: App的默认 Mode，通常主线程是在这个 Mode 下运行的。
- 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。默认NSTimer是被加入到default mode中的，所以当滑动时Runloop切换到tracking mode，这时default mode中的Timer回调不会被调用，所以NSTimer的精度没有CADisplayLinker高。
- 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。
- GSEventReceiveRunLoopMode: 接受系统事件的内部 Mode，通常用不到。
- kCFRunLoopCommonModes: 这是一个占位的 Mode，没有实际作用。
- 如果需要将事件加入到多个mode中，则将它注册到commonMode中，该mode实际上是多个mode的集合。
- 出于将source/timer/observer分隔开的目的，RunLoop一次只能运行在一个mode下，当运行时在RunLoop的currentMode属性中会标记当前运行的mode。而当要切换mode时，RunLoop必须先退出，并选中一个mode重新进入，达到切换mode的目的。在切换mode时，被加入到commonModes中的事件会被拷贝一次到运行的mode中。
源码验证
__CFRunLoop
RunLoop在Core Foundation中对应的类是CFRunLoopRef,其对应的结构是__CFRunLoop
可以看到结构体中包含了上文提到的mode,对应CFRunLoopModeRef,其结构如下图
在这里我们看到了上文提到的source,observer,timer,这是能唤醒RunLoop的三种类型，当然能独立唤醒RunLoop的只有sources1. Mode与source,observer,timer的关系如下图
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。
_CFRunloopGet0()
在Core Foundation中，提供了两个接口来获取Runloop，分别是CFRunloopGetMain和CFRunloopGetCurrent,先来看看他们的源码实现。
可以看到，两个函数实际上都是调用了_CFRunLoopGet0()方法，方法的参数是线程pthread_t。在CFRunLoopGetCurrent()中，如果当前线程的Runloop已存在，那么会在_CFGetTSD()函数中找到并返回。
接下来继续看看_CFRunLoopGet0()函数，显然这是获取RunLoop的关键函数。先看一下第一部分。
这里注意到__CFRunLoops变量，它是一个CFMutableDictionaryRef类型的字典，key为线程，value为CFRunLoopRef
在第一次进入时，_CFRunLoopGet0()函数先创建了CFMutableDictionaryRef类型的字典变量，显然这个就是全局RunLoop表了。这里也印证了前文提到的线程与RunLoop一一对应的结论。
接着我们可以看到，这里调用__CFRunLoopCreate()函数创建了主线程的RunLoop，所以RunLoop是直到被获取时才会被创建，如果不获取便不会被创建。RunLoop创建后以key为线程，value为CFRunLoopRef存储在全局RunLoop表中。
接着看看第二部分，如果不是第一次进入则是走到这个流程的代码。
首先定义了一个loop变量，从全局RunLoops表__CFRunLoops中查找线程对应的RunLoop，如果找到了则返回该CFRunLoopRef。
如果在__CFRunLoops中没有查找到该线程对应的RunLoop，则调用__CFRunLoopCreate()函数创建RunLoop，并添加到__CFRunLoops中。
__CFRunLoopSource
在mode中，Source对应__CFRunLoopSource结构体。在上文我们知道Source是分为Source0和Source1的，而他们其实都是__CFRunLoopSource，在结构体中，以CFRunLoopSourceContext来区分不同的Source,其中的version0和version1分别对应source0和source1。
上图即为CFRunLoopSourceContext和CFRunLoopSourceContext1的结构定义，可以看到CFRunLoopSourceContext1与CFRunLoopSourceContext0一个明显的区别就是CFRunLoopSourceContext1具有一个mach_port_t类型的变量。从这里就可以知道为什么Source0不可以独立唤醒RunLoop而Source1可以，在前文中我们提到只有mach port和mach_msg()可以独立唤醒RunLoop。
__CFRunLoopCreate(_CFThreadRef t)
该函数被用来创建RunLoop，在_CFRunloopGet0()函数中若获取不到线程对应的RunLoop则调用该函数来创建一个新RunLoop。可以看到入参是一个_CFThreadRef类型的变量，代表着线程，因为线程与RunLoop是一一对应的。
在该函数中进行了对__CFRunLoop结构的分配内存与初始化，可以看到实际上是调用了_CFRuntimeCreateInstance()函数创建了CFRunLoopRef类型的实例，从该函数的名字以及代码可以看到，其实RunLoop的创建是利用Runtime的动态创建类的特性来创建的。
CFRunLoopWakeUp
该函数在CFRunLoop中用来唤醒RunLoop，可以看到在TARGET_OS_MAC下，函数的关键调用是__CFSendTrivialMachMessage()函数，该函数使用了CFRunLoop中的_wakeUpPort属性。
可以看到在__CFSendTrivialMachMessage函数内部，的确是使用了mach_msg的方式来给mach port发送信息，以达到唤醒RunLoop的目的。
Runloop应用之事件响应
从用户触摸屏幕，到我们的app响应这个触摸，中间其实需要经过多步的处理，并且涉及到的是硬件->软件的通信。之前关于Runloop的
Source中提到Source1是一类由硬件生成的事件，那么以触摸事件为例子，看看Runloop是怎么处理事件响应的。
事件响应链
首先我们来梳理一下事件响应链。
- 用户触发事件
- 系统将事件转交到对应 APP 的事件队列
- APP 从消息队列头取出事件
- 交由 Main Window 进行消息分发
- 找到合适的 Responder 进行处理，如果没找到，则会沿着 Responder chain 返回到 APP 层，丢弃不响应该事件。
从上面的五步，我们可以看到其实1和2是独立于app外的，需要涉及到硬件，从第3步开始事件才被发送到app内进行处理。
用户触发事件
这一步始于用户点触屏幕，此时系统的IOKit.framework会生成一个IOHIDEvent事件，该事件会被Spring board接收。
事件转发到app
当IOHIDEvent被接收后，将会通过mach port转发给对应的app进程。而这时，app中一个名为com.apple.uikit.eventfetch-thread的线程中已经注册了一个Source1，其回调是__IOHIDEventSystemClientQueueCallback()函数。
消息队列
IOHIDEvent被mach port转发到对应app进程后，就唤醒了com.apple.uikit.eventfetch-thread线程的Runloop，并调用了Source1对应的__IOHIDEventSystemClientQueueCallback()回调。该回调从消息队列中取出event,并将main thread__handleEventQueue对应的Source0设置为待处理状态，同时唤醒main thread的Runloop。
消息分发
此时就开始调用__eventQueueSourceCallback函数进行消息分发，_UIApplicationHandleEventQueue会把IOHIDEvent封装成UIEvent并分发出去，开始hitTest等函数的调用，并且TouchBegan/end/move/cancel等函数都是在该回调中调用的。
In short
用户触发事件， IOKit.framework 生成一个 IOHIDEvent 事件并由 SpringBoard接收，SpringBoard 会利用 mach port，产生 source1，来唤醒目标 APP 的 com.apple.uikit.eventfetch-thread 的 RunLoop。Eventfetch thread 会将 main runloop 中 __handleEventQueue 所对应的 source0 设置为 signalled = Yes 状态，同时唤醒 main RunLoop。mainRunLoop 则调用 __eventQueueSourceCallback进行事件队列处理。
Runloop与autorelease pool
Runloop会注册几个监听自己状态变化的回调，当Runloop进入一次事件循环时，会调用AutoreleasePoolPage::push()方法创建一个新的自动释放池并传入哨兵对象，而在即将退出或者休眠时则会将自动释放池中的对象pop出。
写在最后
运行的主要函数CFRunLoopRun()有点长...留待下次分析
如有错漏，欢迎指出
Tino Wu
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