投稿者面试题
欢迎大家来我们的交流社区，一起来交流学习，我会定期分享一些我在项目中遇到问题的解决办法和一些iOS实用的技巧，现阶段主要是整理出一些基础的知识记录下来。
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- 讲讲 RunLoop，项目中有用到吗？
- RunLoop内部实现逻辑？
- Runloop和线程的关系？
- timer 与 Runloop 的关系？
- 程序中添加每3秒响应一次的NSTimer，当拖动tableview时timer可能无法响应要怎么解决？
- Runloop 是怎么响应用户操作的， 具体流程是什么样的？
- 说说RunLoop的几种状态？
- Runloop的mode作用是什么？
一. RunLoop简介
运行循环，在程序运行过程中循环做一些事情，如果没有Runloop程序执行完毕就会立即退出，如果有Runloop程序会一直运行，并且时时刻刻在等待用户的输入操作。RunLoop可以在需要的时候自己跑起来运行，在没有操作的时候就停下来休息。充分节省CPU资源，提高程序性能。
二. RunLoop基本作用：
- 保持程序持续运行，程序一启动就会开一个主线程，主线程一开起来就会跑一个主线程对应的RunLoop,RunLoop保证主线程不会被销毁，也就保证了程序的持续运行
- 处理App中的各种事件（比如：触摸事件，定时器事件，Selector事件等）
- 节省CPU资源，提高程序性能，程序运行起来时，当什么操作都没有做的时候，RunLoop就告诉CPU，现在没有事情做，我要去休息，这时CPU就会将其资源释放出来去做其他的事情，当有事情做的时候RunLoop就会立马起来去做事情 我们先通过API内一张图片来简单看一下RunLoop内部运行原理
通过图片可以看出，RunLoop在跑圈过程中，当接收到Input sources 或者 Timer sources时就会交给对应的处理方去处理。当没有事件消息传入的时候，RunLoop就休息了。这里只是简单的理解一下这张图，接下来我们来了解RunLoop对象和其一些相关类，来更深入的理解RunLoop运行流程。
三. RunLoop在哪里开启
UIApplicationMain函数内启动了Runloop，程序不会马上退出，而是保持运行状态。因此每一个应用必须要有一个runloop， 我们知道主线程一开起来，就会跑一个和主线程对应的RunLoop，那么RunLoop一定是在程序的入口main函数中开启。
int main(int argc, char * argv[]) {
@autoreleasepool {
return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
}
}
复制代码进入UIApplicationMain
UIKIT_EXTERN int UIApplicationMain(int argc, char *argv[], NSString * __nullable principalClassName, NSString * __nullable delegateClassName);
复制代码我们发现它返回的是一个int数，那么我们对main函数做一些修改
int main(int argc, char * argv[]) {
@autoreleasepool {
NSLog(@"开始");
int re = UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
NSLog(@"结束");
return re;
}
}
复制代码运行程序，我们发现只会打印开始，并不会打印结束，这说明在UIApplicationMain函数中，开启了一个和主线程相关的RunLoop，导致UIApplicationMain不会返回，一直在运行中，也就保证了程序的持续运行。 我们来看到RunLoop的源码
// 用DefaultMode启动
void CFRunLoopRun(void) { /* DOES CALLOUT */
int32_t result;
do {
result = CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopGetCurrent(), kCFRunLoopDefaultMode, 1.0e10, false);
CHECK_FOR_FORK();
} while (kCFRunLoopRunStopped != result && kCFRunLoopRunFinished != result);
}
复制代码我们发现RunLoop确实是do while通过判断result的值实现的。因此，我们可以把RunLoop看成一个死循环。如果没有RunLoop，UIApplicationMain函数执行完毕之后将直接返回，也就没有程序持续运行一说了。
四. RunLoop对象
Fundation框架 （基于CFRunLoopRef的封装） NSRunLoop对象
CoreFoundation CFRunLoopRef对象
因为Fundation框架是基于CFRunLoopRef的一层OC封装，这里我们主要研究CFRunLoopRef源码
如何获得RunLoop对象
Foundation
[NSRunLoop currentRunLoop]; // 获得当前线程的RunLoop对象
[NSRunLoop mainRunLoop]; // 获得主线程的RunLoop对象
Core Foundation
CFRunLoopGetCurrent(); // 获得当前线程的RunLoop对象
CFRunLoopGetMain(); // 获得主线程的RunLoop对象
复制代码五. RunLoop和线程间的关系
- 每条线程都有唯一的一个与之对应的RunLoop对象
- RunLoop保存在一个全局的Dictionary里，线程作为key,RunLoop作为value
- 主线程的RunLoop已经自动创建好了，子线程的RunLoop需要主动创建
- RunLoop在第一次获取时创建，在线程结束时销毁
通过源码查看上述对应
// 拿到当前Runloop 调用_CFRunLoopGet0
CFRunLoopRef CFRunLoopGetCurrent(void) {
CHECK_FOR_FORK();
CFRunLoopRef rl = (CFRunLoopRef)_CFGetTSD(__CFTSDKeyRunLoop);
if (rl) return rl;
return _CFRunLoopGet0(pthread_self());
}
// 查看_CFRunLoopGet0方法内部
CF_EXPORT CFRunLoopRef _CFRunLoopGet0(pthread_t t) {
if (pthread_equal(t, kNilPthreadT)) {
t = pthread_main_thread_np();
}
__CFLock(&loopsLock);
if (!__CFRunLoops) {
__CFUnlock(&loopsLock);
CFMutableDictionaryRef dict = CFDictionaryCreateMutable(kCFAllocatorSystemDefault, 0, NULL, &kCFTypeDictionaryValueCallBacks);
// 根据传入的主线程获取主线程对应的RunLoop
CFRunLoopRef mainLoop = __CFRunLoopCreate(pthread_main_thread_np());
// 保存主线程 将主线程-key和RunLoop-Value保存到字典中
CFDictionarySetValue(dict, pthreadPointer(pthread_main_thread_np()), mainLoop);
if (!OSAtomicCompareAndSwapPtrBarrier(NULL, dict, (void * volatile *)&__CFRunLoops)) {
CFRelease(dict);
}
CFRelease(mainLoop);
__CFLock(&loopsLock);
}
// 从字典里面拿，将线程作为key从字典里获取一个loop
CFRunLoopRef loop = (CFRunLoopRef)CFDictionaryGetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t));
__CFUnlock(&loopsLock);
// 如果loop为空，则创建一个新的loop，所以runloop会在第一次获取的时候创建
if (!loop) {
CFRunLoopRef newLoop = __CFRunLoopCreate(t);
__CFLock(&loopsLock);
loop = (CFRunLoopRef)CFDictionaryGetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t));
// 创建好之后，以线程为key runloop为value，一对一存储在字典中，下次获取的时候，则直接返回字典内的runloop
if (!loop) {
CFDictionarySetValue(__CFRunLoops, pthreadPointer(t), newLoop);
loop = newLoop;
}
// don't release run loops inside the loopsLock, because CFRunLoopDeallocate may end up taking it
__CFUnlock(&loopsLock);
CFRelease(newLoop);
}
if (pthread_equal(t, pthread_self())) {
_CFSetTSD(__CFTSDKeyRunLoop, (void *)loop, NULL);
if (0 == _CFGetTSD(__CFTSDKeyRunLoopCntr)) {
_CFSetTSD(__CFTSDKeyRunLoopCntr, (void *)(PTHREAD_DESTRUCTOR_ITERATIONS-1), (void (*)(void *))__CFFinalizeRunLoop);
}
}
return loop;
}
复制代码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 Dictionary 里。所以我们创建子线程RunLoop时，只需在子线程中获取当前线程的RunLoop对象即可[NSRunLoop currentRunLoop];如果不获取，那子线程就不会创建与之相关联的RunLoop，并且只能在一个线程的内部获取其 RunLoop [NSRunLoop currentRunLoop];方法调用时，会先看一下字典里有没有存子线程相对用的RunLoop，如果有则直接返回RunLoop，如果没有则会创建一个，并将与之对应的子线程存入字典中。当线程结束时，RunLoop会被销毁。
六. RunLoop结构体
struct __CFRunLoop {
CFRuntimeBase _base;
pthread_mutex_t _lock; /* locked for accessing mode list */
__CFPort _wakeUpPort; // used for CFRunLoopWakeUp
Boolean _unused;
volatile _per_run_data *_perRunData; // reset for runs of the run loop
pthread_t _pthread;
uint32_t _winthread;
CFMutableSetRef _commonModes;
CFMutableSetRef _commonModeItems;
CFRunLoopModeRef _currentMode;
CFMutableSetRef _modes;
struct _block_item *_blocks_head;
struct _block_item *_blocks_tail;
CFAbsoluteTime _runTime;
CFAbsoluteTime _sleepTime;
CFTypeRef _counterpart;
};
复制代码除一些记录性属性外，主要来看一下以下两个成员变量
CFRunLoopModeRef _currentMode;
CFMutableSetRef _modes;
复制代码CFRunLoopModeRef 其实是指向__CFRunLoopMode结构体的指针，__CFRunLoopMode结构体源码如下
typedef struct __CFRunLoopMode *CFRunLoopModeRef;
struct __CFRunLoopMode {
CFRuntimeBase _base;
pthread_mutex_t _lock; /* must have the run loop locked before locking this */
CFStringRef _name;
Boolean _stopped;
char _padding[3];
CFMutableSetRef _sources0;
CFMutableSetRef _sources1;
CFMutableArrayRef _observers;
CFMutableArrayRef _timers;
CFMutableDictionaryRef _portToV1SourceMap;
__CFPortSet _portSet;
CFIndex _observerMask;
#if USE_DISPATCH_SOURCE_FOR_TIMERS
dispatch_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_TOO
mach_port_t _timerPort;
Boolean _mkTimerArmed;
#endif
#if DEPLOYMENT_TARGET_WINDOWS
DWORD _msgQMask;
void (*_msgPump)(void);
#endif
uint64_t _timerSoftDeadline; /* TSR */
uint64_t _timerHardDeadline; /* TSR */
};
复制代码主要查看以下成员变量
CFMutableSetRef _sources0;
CFMutableSetRef _sources1;
CFMutableArrayRef _observers;
CFMutableArrayRef _timers;
复制代码通过上面分析我们知道，CFRunLoopModeRef代表RunLoop的运行模式，一个RunLoop包含若干个Mode，每个Mode又包含若干个Source0/Source1/Timer/Observer，而RunLoop启动时只能选择其中一个Mode作为currentMode。
Source1/Source0/Timers/Observer分别代表什么
Source1 : 基于Port的线程间通信
Source0 : 触摸事件，PerformSelectors
我们通过代码验证一下
UIKIT_EXTERN int UIApplicationMain(int argc, char *argv[], NSString * __nullable principalClassName, NSString * __nullable delegateClassName);
复制代码0
打断点之后打印堆栈信息，当xcode工具区打印的堆栈信息不全时，可以在控制台通过“bt”指令打印完整的堆栈信息，由堆栈信息中可以发现，触摸事件确实是会触发Source0事件。
同样的方式验证performSelector堆栈信息
UIKIT_EXTERN int UIApplicationMain(int argc, char *argv[], NSString * __nullable principalClassName, NSString * __nullable delegateClassName);
复制代码1
可以发现PerformSelectors同样是触发Source0事件
其实，当我们触发了事件（触摸/锁屏/摇晃等）后，由IOKit.framework生成一个 IOHIDEvent事件，而IOKit是苹果的硬件驱动框架，由它进行底层接口的抽象封装与系统进行交互传递硬件感应的事件，并专门处理用户交互设备，由IOHIDServices和IOHIDDisplays两部分组成，其中IOHIDServices是专门处理用户交互的，它会将事件封装成IOHIDEvents对象，接着用mach port转发给需要的App进程，随后 Source1就会接收IOHIDEvent，之后再回调__IOHIDEventSystemClientQueueCallback()，__IOHIDEventSystemClientQueueCallback()内触发Source0，Source0 再触发 _UIApplicationHandleEventQueue()。所以触摸事件看到是在 Source0 内的。
3. Timers : 定时器，NSTimer
通过代码验证
UIKIT_EXTERN int UIApplicationMain(int argc, char *argv[], NSString * __nullable principalClassName, NSString * __nullable delegateClassName);
复制代码2
打印完整堆栈信息
4. Observer : 监听器，用于监听RunLoop的状态
七. 详解RunLoop相关类及作用
通过上面的分析，我们对RunLoop内部结构有了大致的了解，接下来来详细分析RunLoop的相关类。以下为Core Foundation中关于RunLoop的5个类
CFRunLoopRef - 获得当前RunLoop和主RunLoop
CFRunLoopModeRef - RunLoop 运行模式，只能选择一种，在不同模式中做不同的操作
CFRunLoopSourceRef - 事件源，输入源
CFRunLoopTimerRef - 定时器时间
CFRunLoopObserverRef - 观察者
1. CFRunLoopModeRef
CFRunLoopModeRef代表RunLoop的运行模式一个 RunLoop 包含若干个 Mode，每个Mode又包含若干个Source、Timer、Observer每次RunLoop启动时，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RunLoop，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。如果Mode里没有任何Source0/Source1/Timer/Observer，RunLoop会立马退出
如图所示：
注意：一种Mode中可以有多个Source(事件源，输入源，基于端口事件源例键盘触摸等) Observer(观察者，观察当前RunLoop运行状态) 和Timer(定时器事件源)。但是必须至少有一个Source或者Timer，因为如果Mode为空，RunLoop运行到空模式不会进行空转，就会立刻退出。
系统默认注册的5个Mode:
RunLoop 有五种运行模式，其中常见的有1.2两种
UIKIT_EXTERN int UIApplicationMain(int argc, char *argv[], NSString * __nullable principalClassName, NSString * __nullable delegateClassName);
复制代码3
Mode间的切换
我们平时在开发中一定遇到过，当我们使用NSTimer每一段时间执行一些事情时滑动UIScrollView，NSTimer就会暂停，当我们停止滑动以后，NSTimer又会重新恢复的情况，我们通过一段代码来看一下
代码中的注释也很重要，展示了我们探索的过程
UIKIT_EXTERN int UIApplicationMain(int argc, char *argv[], NSString * __nullable principalClassName, NSString * __nullable delegateClassName);
复制代码4
由上述代码可以看出，NSTimer不管用是因为Mode的切换，因为如果我们在主线程使用定时器，此时RunLoop的Mode为kCFRunLoopDefaultMode，即定时器属于kCFRunLoopDefaultMode，那么此时我们滑动ScrollView时，RunLoop的Mode会切换到UITrackingRunLoopMode，因此在主线程的定时器就不在管用了，调用的方法也就不再执行了，当我们停止滑动时，RunLoop的Mode切换回kCFRunLoopDefaultMode，所以NSTimer就又管用了。
同样道理的还有ImageView的显示，我们直接来看代码，不再赘述了
UIKIT_EXTERN int UIApplicationMain(int argc, char *argv[], NSString * __nullable principalClassName, NSString * __nullable delegateClassName);
复制代码5
使用GCD也可是创建计时器，而且更为精确我们来看一下代码
UIKIT_EXTERN int UIApplicationMain(int argc, char *argv[], NSString * __nullable principalClassName, NSString * __nullable delegateClassName);
复制代码6
2. CFRunLoopSourceRef事件源（输入源）
Source分为两种
Source0：非基于Port的 用于用户主动触发的事件（点击button 或点击屏幕）
Source1：基于Port的 通过内核和其他线程相互发送消息（与内核相关）
触摸事件及PerformSelectors会触发Source0事件源在前文已经验证过，这里不在赘述
3. CFRunLoopObserverRef
CFRunLoopObserverRef是观察者，能够监听RunLoop的状态改变
我们直接来看代码，给RunLoop添加监听者，监听其运行状态
UIKIT_EXTERN int UIApplicationMain(int argc, char *argv[], NSString * __nullable principalClassName, NSString * __nullable delegateClassName);
复制代码7
我们来看一下输出
以上可以看出，Observer确实用来监听RunLoop的状态，包括唤醒，休息，以及处理各种事件。
八. RunLoop处理逻辑
这时我们再来分析RunLoop的处理逻辑，就会简单明了很多，现在回头看官方文档RunLoop的处理逻辑，对RunLoop的处理逻辑有新的认识。
源码解析
下面源码仅保留了主流程代码
UIKIT_EXTERN int UIApplicationMain(int argc, char *argv[], NSString * __nullable principalClassName, NSString * __nullable delegateClassName);
复制代码8
上述源代码中，相应处理事件函数内部还会调用更底层的函数，内部调用才是真正处理事件的函数，通过上面bt打印全部堆栈信息也可以得到验证。
__CFRunLoopDoObservers 内部调用 CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION
__CFRunLoopDoBlocks 内部调用 CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_BLOCK
__CFRunLoopDoSources0 内部调用 CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE0_PERFORM_FUNCTION
__CFRunLoopDoTimers 内部调用 CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_TIMER_CALLBACK_FUNCTION
GCD 调用 CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE
__CFRunLoopDoSource1 内部调用 CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE1_PERFORM_FUNCTION
RunLoop处理逻辑流程图
此时我们按照源码重新整理一下RunLoop处理逻辑就会很清晰
九. RunLoop退出
- 主线程销毁RunLoop退出
- Mode中有一些Timer 、Source、Observer，这些保证Mode不为空时保证RunLoop没有空转并且是在运行的，当Mode中为空的时候，RunLoop会立刻退出
- 我们在启动RunLoop的时候可以设置什么时候停止
UIKIT_EXTERN int UIApplicationMain(int argc, char *argv[], NSString * __nullable principalClassName, NSString * __nullable delegateClassName);
复制代码9
十. RunLoop应用
1. 常驻线程
常驻线程的作用：我们知道，当子线程中的任务执行完毕之后就被销毁了，那么如果我们需要开启一个子线程，在程序运行过程中永远都存在，那么我们就会面临一个问题，如何让子线程永远活着，这时就要用到常驻线程：给子线程开启一个RunLoop 注意：子线程执行完操作之后就会立即释放，即使我们使用强引用引用子线程使子线程不被释放，也不能给子线程再次添加操作，或者再次开启。 子线程开启RunLoop的代码，先点击屏幕开启子线程并开启子线程RunLoop，然后点击button。
int main(int argc, char * argv[]) {
@autoreleasepool {
NSLog(@"开始");
int re = UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
NSLog(@"结束");
return re;
}
}
复制代码0
注意：创建子线程相关的RunLoop，在子线程中创建即可，并且RunLoop中要至少有一个Timer 或 一个Source 保证RunLoop不会因为空转而退出，因此在创建的时候直接加入，如果没有加入Timer或者Source，或者只加入一个监听者，运行程序会崩溃
2. 自动释放池
Timer和Source也是一些变量，需要占用一部分存储空间，所以要释放掉，如果不释放掉，就会一直积累，占用的内存也就越来越大，这显然不是我们想要的。 那么什么时候释放，怎么释放呢？ RunLoop内部有一个自动释放池，当RunLoop开启时，就会自动创建一个自动释放池，当RunLoop在休息之前会释放掉自动释放池的东西，然后重新创建一个新的空的自动释放池，当RunLoop被唤醒重新开始跑圈时，Timer,Source等新的事件就会放到新的自动释放池中，当RunLoop退出的时候也会被释放。 注意：只有主线程的RunLoop会默认启动。也就意味着会自动创建自动释放池，子线程需要在线程调度方法中手动添加自动释放池。
int main(int argc, char * argv[]) {
@autoreleasepool {
NSLog(@"开始");
int re = UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
NSLog(@"结束");
return re;
}
}
复制代码1
NSTimer、ImageView显示、PerformSelector等在上面已经有过例子，这里不再赘述。
