投稿者Runloop 是和线程紧密相关的一个基础组件，是很多线程有关功能的幕后功臣。尽管在平常使用中几乎不太会直接用到，理解 Runloop 有利于我们更加深入地理解 iOS 的多线程模型。
本文从如下几个方面理解RunLoop的相关知识点。
RunLoop概念
RunLoop实现
RunLoop运行
RunLoop应用
RunLoop概念
RunLoop介绍
RunLoop 是什么？RunLoop 还是比较顾名思义的一个东西，说白了就是一种循环，只不过它这种循环比较高级。一般的 while 循环会导致 CPU 进入忙等待状态，而 RunLoop 则是一种“闲”等待，这部分可以类比 Linux 下的 epoll。当没有事件时，RunLoop 会进入休眠状态，有事件发生时， RunLoop 会去找对应的 Handler 处理事件。RunLoop 可以让线程在需要做事的时候忙起来，不需要的话就让线程休眠。
从代码上看，RunLoop其实就是一个对象，它的结构如下，源码看这里：
struct __CFRunLoop {
CFRuntimeBase _base;
pthread_mutex_t _lock; /* locked for accessing mode list */
__CFPort _wakeUpPort; // used for CFRunLoopWakeUp 内核向该端口发送消息可以唤醒runloop
Boolean _unused;
volatile _per_run_data *_perRunData; // reset for runs of the run loop
pthread_t _pthread; //RunLoop对应的线程
uint32_t _winthread;
CFMutableSetRef _commonModes; //存储的是字符串，记录所有标记为common的mode
CFMutableSetRef _commonModeItems;//存储所有commonMode的item(source、timer、observer)
CFRunLoopModeRef _currentMode; //当前运行的mode
CFMutableSetRef _modes; //存储的是CFRunLoopModeRef
struct _block_item *_blocks_head;//doblocks的时候用到
struct _block_item *_blocks_tail;
CFTypeRef _counterpart;
};复制代码可见，一个RunLoop对象，主要包含了一个线程，若干个Mode，若干个commonMode，还有一个当前运行的Mode。
RunLoop与线程
当我们需要一个常驻线程，可以让线程在需要做事的时候忙起来，不需要的话就让线程休眠。我们就在线程里面执行下面这个代码，一直等待消息，线程就不会退出了。
do {
//获取消息
//处理消息
} while (消息 ！= 退出)
复复制代码上面的这种循环模型被称作 Event Loop，事件循环模型在众多系统里都有实现，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 Event Loop 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。
下图描述了Runloop运行流程（基本描述了上面Runloop的核心流程，当然可以查看官方The Run Loop Sequence of Events描述）：
整个流程并不复杂（需要注意的就是_黄色_区域的消息处理中并不包含source0，因为它在循环开始之初就会处理），整个流程其实就是一种Event Loop的实现，其他平台均有类似的实现，只是这里叫做RunLoop。
RunLoop与线程的关系如下图
图中展现了 Runloop 在线程中的作用：从 input source 和 timer source 接受事件，然后在线程中处理事件。
Runloop 和线程是绑定在一起的。每个线程（包括主线程）都有一个对应的 Runloop 对象。我们并不能自己创建 Runloop 对象，但是可以获取到系统提供的 Runloop 对象。
主线程的 Runloop 会在应用启动的时候完成启动，其他线程的 Runloop 默认并不会启动，需要我们手动启动。
RunLoop Mode
Mode可以视为事件的管家，一个Mode管理着各种事件，它的结构如下：
struct __CFRunLoopMode {
CFRuntimeBase _base;
pthread_mutex_t _lock; /* must have the run loop locked before locking this */
CFStringRef _name; //mode名称
Boolean _stopped; //mode是否被终止
char _padding[3];
//几种事件
CFMutableSetRef _sources0; //sources0
CFMutableSetRef _sources1; //sources1
CFMutableArrayRef _observers; //通知
CFMutableArrayRef _timers; //定时器
CFMutableDictionaryRef _portToV1SourceMap; //字典 key是mach_port_t，value是CFRunLoopSourceRef
__CFPortSet _portSet; //保存所有需要监听的port，比如_wakeUpPort，_timerPort都保存在这个数组中
CFIndex _observerMask;#if USE_DISPATCH_SOURCE_FOR_TIMERSdispatch_source_t _timerSource;
dispatch_queue_t _queue;
Boolean _timerFired; // set to true by the source when a timer has fired
Boolean _dispatchTimerArmed;#endif#if USE_MK_TIMER_TOOmach_port_t _timerPort;
Boolean _mkTimerArmed;#endif#if DEPLOYMENT_TARGET_WINDOWSDWORD _msgQMask;
void (*_msgPump)(void);#endifuint64_t _timerSoftDeadline; /* TSR */
uint64_t _timerHardDeadline; /* TSR */
};
复复制代码一个CFRunLoopMode对象有一个name，若干source0、source1、timer、observer和若干port，可见事件都是由Mode在管理，而RunLoop管理Mode。
从源码很容易看出，Runloop总是运行在某种特定的CFRunLoopModeRef下（每次运行**__CFRunLoopRun()函数时必须指定Mode）。而通过CFRunloopRef对应结构体的定义可以很容易知道每种Runloop都可以包含若干个Mode，每个Mode又包含Source/Timer/Observer。每次调用Runloop的主函数__CFRunLoopRun()时必须指定一种Mode，这个Mode称为 _currentMode**，当切换Mode时必须退出当前Mode，然后重新进入Runloop以保证不同Mode的Source/Timer/Observer互不影响。
如图所示，Runloop Mode 实际上是 Source，Timer 和 Observer 的集合，不同的 Mode 把不同组的 Source，Timer 和 Observer 隔绝开来。Runloop 在某个时刻只能跑在一个 Mode 下，处理这一个 Mode 当中的 Source，Timer 和 Observer。
苹果文档中提到的 Mode 有五个，分别是：
NSDefaultRunLoopMode
NSConnectionReplyMode
NSModalPanelRunLoopMode
NSEventTrackingRunLoopMode
NSRunLoopCommonModes
iOS 中公开暴露出来的只有 NSDefaultRunLoopMode 和 NSRunLoopCommonModes。 NSRunLoopCommonModes 实际上是一个 Mode 的集合，默认包括 NSDefaultRunLoopMode 和 NSEventTrackingRunLoopMode（注意：并不是说Runloop会运行在kCFRunLoopCommonModes这种模式下，而是相当于分别注册了 NSDefaultRunLoopMode和 UITrackingRunLoopMode。当然你也可以通过调用CFRunLoopAddCommonMode()方法将自定义Mode放到 kCFRunLoopCommonModes组合）。 五种Mode的介绍如下图：
RunLoop Source
Run Loop Source分为Source、Observer、Timer三种，他们统称为ModeItem。
CFRunLoopSource
根据官方的描述，CFRunLoopSource是对input sources的抽象。CFRunLoopSource分source0和source1两个版本，它的结构如下：
struct __CFRunLoopSource {
CFRuntimeBase _base;
uint32_t _bits; //用于标记Signaled状态，source0只有在被标记为Signaled状态，才会被处理
pthread_mutex_t _lock;
CFIndex _order; /* immutable */
CFMutableBagRef _runLoops;
union {
CFRunLoopSourceContext version0; /* immutable, except invalidation */
CFRunLoopSourceContext1 version1; /* immutable, except invalidation */
} _context;
};复制代码source0是App内部事件，由App自己管理的UIEvent、CFSocket都是source0。当一个source0事件准备执行的时候，必须要先把它标记为signal状态，以下是source0的结构体：
typedef struct {
CFIndex version;
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, CFStringRef mode);
void (*cancel)(void *info, CFRunLoopRef rl, CFStringRef mode);
void (*perform)(void *info);
} CFRunLoopSourceContext;复制代码source0是非基于Port的。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由RunLoop和内核管理，source1带有mach_port_t，可以接收内核消息并触发回调，以下是source1的结构体
typedef struct {
CFIndex version;
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);#elsevoid * (*getPort)(void *info);
void (*perform)(void *info);#endif} CFRunLoopSourceContext1;复制代码Source1除了包含回调指针外包含一个mach port，Source1可以监听系统端口和通过内核和其他线程通信，接收、分发系统事件，它能够主动唤醒RunLoop(由操作系统内核进行管理，例如CFMessagePort消息)。官方也指出可以自定义Source，因此对于CFRunLoopSourceRef来说它更像一种协议，框架已经默认定义了两种实现，如果有必要开发人员也可以自定义，详细情况可以查看官方文档。
CFRunLoopObserver
CFRunLoopObserver是观察者，可以观察RunLoop的各种状态，并抛出回调。
struct __CFRunLoopObserver {
CFRuntimeBase _base;
pthread_mutex_t _lock;
CFRunLoopRef _runLoop;
CFIndex _rlCount;
CFOptionFlags _activities; /* immutable */
CFIndex _order; /* immutable */
CFRunLoopObserverCallBack _callout; /* immutable */
CFRunLoopObserverContext _context; /* immutable, except invalidation */
};复制代码CFRunLoopObserver可以观察的状态有如下6种:
/* Run Loop Observer Activities */
typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
kCFRunLoopEntry = (1UL << 0), //即将进入run loop
kCFRunLoopBeforeTimers = (1UL << 1), //即将处理timer
kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2),//即将处理sourcekCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5),//即将进入休眠
kCFRunLoopAfterWaiting = (1UL << 6),//被唤醒但是还没开始处理事件
kCFRunLoopExit = (1UL << 7),//run loop已经退出
kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU
};复制代码Runloop 通过监控 Source 来决定有没有任务要做，除此之外，我们还可以用 Runloop Observer 来监控 Runloop 本身的状态。 Runloop Observer 可以监控上面的 Runloop 事件，具体流程如下图。
CFRunLoopTimer
CFRunLoopTimer是定时器，可以在设定的时间点抛出回调，它的结构如下：
struct __CFRunLoopTimer {
CFRuntimeBase _base;
uint16_t _bits; //标记fire状态
pthread_mutex_t _lock;
CFRunLoopRef _runLoop; //添加该timer的runloop
CFMutableSetRef _rlModes; //存放所有 包含该timer的 mode的 modeName，意味着一个timer可能会在多个mode中存在
CFAbsoluteTime _nextFireDate;
CFTimeInterval _interval; //理想时间间隔 /* immutable */
CFTimeInterval _tolerance; //时间偏差 /* mutable */
uint64_t _fireTSR; /* TSR units */
CFIndex _order; /* immutable */
CFRunLoopTimerCallBack _callout; /* immutable */
CFRunLoopTimerContext _context; /* immutable, except invalidation */
};复制代码另外根据官方文档的描述，CFRunLoopTimer和NSTimer是toll-free bridged的，可以相互转换。
CFRunLoopTimer is “toll-free bridged” with its Cocoa Foundation counterpart, NSTimer. This means that the Core Foundation type is interchangeable in function or method calls with the bridged Foundation object.
所以CFRunLoopTimer具有以下特性：
CFRunLoopTimer 是定时器，可以在设定的时间点抛出回调
CFRunLoopTimer和NSTimer是toll-free bridged的，可以相互转换
RunLoop实现
下面从以下3个方面介绍RunLoop的实现。
获取RunLoop
添加Mod
添加Run Loop Source
获取RunLoop
从苹果开放的API来看，不允许我们直接创建RunLoop对象，只能通过以下几个函数来获取RunLoop:
CFRunLoopRef CFRunLoopGetCurrent(void)
CFRunLoopRef CFRunLoopGetMain(void)
+(NSRunLoop *)currentRunLoop
+(NSRunLoop *)mainRunLoop
前两个是Core Foundation中的API，后两个是Foundation中的API。
那么RunLoop是什么时候被创建的呢？
我们从下面几个函数内部看看。
CFRunLoopGetCurrent
//取当前所在线程的RunLoop
CFRunLoopRef CFRunLoopGetCurrent(void) {
CHECK_FOR_FORK();
CFRunLoopRef rl = (CFRunLoopRef)_CFGetTSD(__CFTSDKeyRunLoop);if (rl) return rl;
//传入当前线程return _CFRunLoopGet0(pthread_self());
}复制代码在CFRunLoopGetCurrent函数内部调用了_CFRunLoopGet0()，传入的参数是当前线程pthread_self()。这里可以看出，CFRunLoopGetCurrent函数必须要在线程内部调用，才能获取当前线程的RunLoop。也就是说子线程的RunLoop必须要在子线程内部获取。
CFRunLoopGetMain
do {
//获取消息
//处理消息
} while (消息 ！= 退出)
复复制代码0
在CFRunLoopGetMain函数内部也调用了_CFRunLoopGet0()，传入的参数是主线程pthread_main_thread_np()。可以看出，CFRunLoopGetMain()不管在主线程还是子线程中调用，都可以获取到主线程的RunLoop。
CFRunLoopGet0
前面两个函数都是使用了CFRunLoopGet0实现传入线程的函数，下面看下CFRunLoopGet0的结构是咋样的。
do {
//获取消息
//处理消息
} while (消息 ！= 退出)
复复制代码1
这段代码可以得出以下结论：
RunLoop和线程的一一对应的，对应的方式是以key-value的方式保存在一个全局字典中
主线程的RunLoop会在初始化全局字典时创
子线程的RunLoop会在第一次获取的时候创建，如果不获取的话就一直不会被创建
RunLoop会在线程销毁时销毁
添加Mode
在Core Foundation中，针对Mode的操作，苹果只开放了以下3个API(Cocoa中也有功能一样的函数，不再列出):
CFRunLoopAddCommonMode(CFRunLoopRef rl, CFStringRef mode)
CFStringRef CFRunLoopCopyCurrentMode(CFRunLoopRef rl)
CFArrayRef CFRunLoopCopyAllModes(CFRunLoopRef rl)
CFRunLoopAddCommonMode Adds a mode to the set of run loop common modes. 向当前RunLoop的common modes中添加一个mode。 CFRunLoopCopyCurrentMode Returns the name of the mode in which a given run loop is currently running. 返回当前运行的mode的name CFRunLoopCopyAllModes Returns an array that contains all the defined modes for a CFRunLoop object. 返回当前RunLoop的所有mode
我们没有办法直接创建一个CFRunLoopMode对象，但是我们可以调用CFRunLoopAddCommonMode传入一个字符串向RunLoop中添加Mode，传入的字符串即为Mode的名字，Mode对象应该是此时在RunLoop内部创建的。下面来看一下源码。
CFRunLoopAddCommonMode
do {
//获取消息
//处理消息
} while (消息 ！= 退出)
复复制代码2
可以看得出：
modeName不能重复，modeName是mode的唯一标识符
RunLoop的_commonModes数组存放所有被标记为common的mode的名称
添加commonMode会把commonModeItems数组中的所有source同步到新添加的mode
CFRunLoopMode对象在CFRunLoopAddItemsToCommonMode函数中调用CFRunLoopFindMode时被创建
CFRunLoopCopyCurrentMode/CFRunLoopCopyAllModes
CFRunLoopCopyCurrentMode和CFRunLoopCopyAllModes的内部逻辑比较简单，直接取RunLoop的_currentMode和_modes返回，就不贴源码了。
添加Run Loop Source（ModeItem）
我们可以通过以下接口添加/移除各种事件:
void CFRunLoopAddSource(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopSourceRef source, CFStringRef mode)
void CFRunLoopRemoveSource(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopSourceRef source, CFStringRef mode)
void CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopObserverRef observer, CFStringRef mode)
void CFRunLoopRemoveObserver(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopObserverRef observer, CFStringRef * mode)
void CFRunLoopAddTimer(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopTimerRef timer, CFStringRef mode)
void CFRunLoopRemoveTimer(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopTimerRef timer, CFStringRef mode)
CFRunLoopAddSource
CFRunLoopAddSource的代码结构如下：
do {
//获取消息
//处理消息
} while (消息 ！= 退出)
复复制代码3
通过添加source的这段代码可以得出如下结论：
如果modeName传入kCFRunLoopCommonModes，则该source会被保存到RunLoop的_commonModeItems中
如果modeName传入kCFRunLoopCommonModes，则该source会被添加到所有commonMode中
如果modeName传入的不是kCFRunLoopCommonModes，则会先查找该Mode，如果没有，会创建一个
同一个source在一个mode中只能被添加一次
CFRunLoopRemoveSource
remove操作和add操作的逻辑基本一致，很容易理解。
do {
//获取消息
//处理消息
} while (消息 ！= 退出)
复复制代码4
