CFRunLoopRef 的內部邏輯（向 ibireme學習）

本文純屬抄錄
原文地址：（http://www.cocoachina.com/ios/20150601/11970.html）
感謝 ibireme整理這麼完整的筆記

據蘋果在文檔裏的說明，RunLoop 內部的邏輯大致如下:

/// 用DefaultMode啓動
void CFRunLoopRun(void) {
    CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopGetCurrent(), kCFRunLoopDefaultMode, 1.0e10, false);
}

/// 用指定的Mode啓動，允許設置RunLoop超時時間
int CFRunLoopRunInMode(CFStringRef modeName, CFTimeInterval seconds, Boolean stopAfterHandle) {
    return CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopGetCurrent(), modeName, seconds, returnAfterSourceHandled);
}

/// RunLoop的實現
int CFRunLoopRunSpecific(runloop, modeName, seconds, stopAfterHandle) {

    /// 首先根據modeName找到對應mode
    CFRunLoopModeRef currentMode = __CFRunLoopFindMode(runloop, modeName, false);
    /// 如果mode裏沒有source/timer/observer, 直接返回。
    if (__CFRunLoopModeIsEmpty(currentMode)) return;

    /// 1. 通知 Observers: RunLoop 即將進入 loop。
    __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopEntry);

    /// 內部函數，進入loop
    __CFRunLoopRun(runloop, currentMode, seconds, returnAfterSourceHandled) {

        Boolean sourceHandledThisLoop = NO;
        int retVal = 0;
        do {

            /// 2. 通知 Observers: RunLoop 即將觸發 Timer 回調。
            __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeTimers);
            /// 3. 通知 Observers: RunLoop 即將觸發 Source0 (非port) 回調。
            __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeSources);
            /// 執行被加入的block
            __CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode);

            /// 4. RunLoop 觸發 Source0 (非port) 回調。
            sourceHandledThisLoop = __CFRunLoopDoSources0(runloop, currentMode, stopAfterHandle);
            /// 執行被加入的block
            __CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode);

            /// 5. 如果有 Source1 (基於port) 處於 ready 狀態，直接處理這個 Source1 然後跳轉去處理消息。
            if (__Source0DidDispatchPortLastTime) {
                Boolean hasMsg = __CFRunLoopServiceMachPort(dispatchPort, &msg)
                if (hasMsg) goto handle_msg;
            }

            /// 通知 Observers: RunLoop 的線程即將進入休眠(sleep)。
            if (!sourceHandledThisLoop) {
                __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeWaiting);
            }

            /// 7. 調用 mach_msg 等待接受 mach_port 的消息。線程將進入休眠, 直到被下面某一個事件喚醒。
            /// ? 一個基於 port 的Source 的事件。
            /// ? 一個 Timer 到時間了
            /// ? RunLoop 自身的超時時間到了
            /// ? 被其他什麼調用者手動喚醒
            __CFRunLoopServiceMachPort(waitSet, &msg, sizeof(msg_buffer), &livePort) {
                mach_msg(msg, MACH_RCV_MSG, port); // thread wait for receive msg
            }

            /// 8. 通知 Observers: RunLoop 的線程剛剛被喚醒了。
            __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopAfterWaiting);

            /// 收到消息，處理消息。
            handle_msg:

            /// 9.1 如果一個 Timer 到時間了，觸發這個Timer的回調。
            if (msg_is_timer) {
                __CFRunLoopDoTimers(runloop, currentMode, mach_absolute_time())
            } 

            /// 9.2 如果有dispatch到main_queue的block，執行block。
            else if (msg_is_dispatch) {
                __CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__(msg);
            } 

            /// 9.3 如果一個 Source1 (基於port) 發出事件了，處理這個事件
            else {
                CFRunLoopSourceRef source1 = __CFRunLoopModeFindSourceForMachPort(runloop, currentMode, livePort);
                sourceHandledThisLoop = __CFRunLoopDoSource1(runloop, currentMode, source1, msg);
                if (sourceHandledThisLoop) {
                    mach_msg(reply, MACH_SEND_MSG, reply);
                }
            }

            /// 執行加入到Loop的block
            __CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode);


            if (sourceHandledThisLoop && stopAfterHandle) {
                /// 進入loop時參數說處理完事件就返回。
                retVal = kCFRunLoopRunHandledSource;
            } else if (timeout) {
                /// 超出傳入參數標記的超時時間了
                retVal = kCFRunLoopRunTimedOut;
            } else if (__CFRunLoopIsStopped(runloop)) {
                /// 被外部調用者強制停止了
                retVal = kCFRunLoopRunStopped;
            } else if (__CFRunLoopModeIsEmpty(runloop, currentMode)) {
                /// source/timer/observer一個都沒有了
                retVal = kCFRunLoopRunFinished;
            }

            /// 如果沒超時，mode裏沒空，loop也沒被停止，那繼續loop。
        } while (retVal == 0);
    }

    /// 10. 通知 Observers: RunLoop 即將退出。
    __CFRunLoopDoObservers(rl, currentMode, kCFRunLoopExit);
}

可以看到，實際上 RunLoop 就是這樣一個函數，其內部是一個 do-while 循環。當你調用 CFRunLoopRun() 時，線程就會一直停留在這個循環裏；直到超時或被手動停止，該函數纔會返回。

CFRunLoopRef之系統默認註冊的5個Mode:

CFRunLoop {
    current mode = kCFRunLoopDefaultMode
    common modes = {
        UITrackingRunLoopMode
        kCFRunLoopDefaultMode
    }
    common mode items = {
        // source0 (manual)
        CFRunLoopSource {order =-1, {
            callout = _UIApplicationHandleEventQueue}}
        CFRunLoopSource {order =-1, {
            callout = PurpleEventSignalCallback }}
        CFRunLoopSource {order = 0, {
            callout = FBSSerialQueueRunLoopSourceHandler}}
        // source1 (mach port)
        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,
            next fire date = 453098071 (-4421.76019 @ 96223387169499),
            callout = _ZN2CAL14timer_callbackEP16__CFRunLoopTimerPv (QuartzCore.framework)}
    },
    modes ＝ {
        CFRunLoopMode  {
            sources0 =  { /* same as 'common mode items' */ },
            sources1 =  { /* same as 'common mode items' */ },
            observers = { /* same as 'common mode items' */ },
            timers =    { /* same as 'common mode items' */ },
        },

        CFRunLoopMode  {
            sources0 =  { /* same as 'common mode items' */ },
            sources1 =  { /* same as 'common mode items' */ },
            observers = { /* same as 'common mode items' */ },
            timers =    { /* same as 'common mode items' */ },
        },
        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，系統默認註冊了5個Mode:

kCFRunLoopDefaultMode: App的默認 Mode，通常主線程是在這個 Mode 下運行的。

UITrackingRunLoopMode: 界面跟蹤 Mode，用於 ScrollView 追蹤觸摸滑動，保證界面滑動時不受其他 Mode 影響。

UIInitializationRunLoopMode: 在剛啓動 App 時第進入的第一個 Mode，啓動完成後就不再使用。

GSEventReceiveRunLoopMode: 接受系統事件的內部 Mode，通常用不到。

kCFRunLoopCommonModes: 這是一個佔位的 Mode，沒有實際作用。

當 RunLoop 進行回調時，一般都是通過一個很長的函數調用出去 (call out), 當你在你的代碼中下斷點調試時，通常能在調用棧上看到這些函數。下面是這幾個函數的整理版本，如果你在調用棧中看到這些長函數名，在這裏查找一下就能定位到具體的調用地點了

{
// 1. 通知Observers，即將進入RunLoop
// 此處有Observer會創建AutoreleasePool: _objc_autoreleasePoolPush();
//  __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopEntry);
    do {
//
// 2. 通知 Observers: 即將觸發 Timer 回調。
//      __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopBeforeTimers);
// 3. 通知 Observers: 即將觸發 Source (非基於port的,Source0) 回調。
//      __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopBeforeSources);
//      __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_BLOCK__(block);
//
// 4. 觸發 Source0 (非基於port的) 回調。
//      __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE0_PERFORM_FUNCTION__(source0);
//      __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_BLOCK__(block);
//
        /// 6. 通知Observers，即將進入休眠
// 此處有Observer釋放並新建AutoreleasePool: _objc_autoreleasePoolPop(); _objc_autoreleasePoolPush();
//      __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopBeforeWaiting);
//
// 7. sleep to wait msg.
        mach_msg() -> mach_msg_trap();
//       
//
// 8. 通知Observers，線程被喚醒
//      __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopAfterWaiting);
//
// 9. 如果是被Timer喚醒的，回調Timer
//  __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_TIMER_CALLBACK_FUNCTION__(timer);
//  
// 9. 如果是被dispatch喚醒的，執行所有調用 dispatch_async 等方法放入main queue 的 block
//    __CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__(dispatched_block);
//
// 9. 如果如果Runloop是被 Source1 (基於port的) 的事件喚醒了，處理這個事件
//    __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE1_PERFORM_FUNCTION__(source1);
//
//
    } while (...);
//
// 10. 通知Observers，即將退出RunLoop
// 此處有Observer釋放AutoreleasePool: _objc_autoreleasePoolPop();
//   __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__(kCFRunLoopExit);
}

AutoreleasePool
App啓動後，蘋果在主線程 RunLoop 裏註冊了兩個 Observer，其回調都是 _wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler()。
第一個 Observer 監視的事件是 Entry(即將進入Loop)，其回調內會調用 _objc_autoreleasePoolPush() 創建自動釋放池。其 order 是-2147483647，優先級最高，保證創建釋放池發生在其他所有回調之前。
第二個 Observer 監視了兩個事件： BeforeWaiting(準備進入休眠) 時調用_objc_autoreleasePoolPop() 和 _objc_autoreleasePoolPush() 釋放舊的池並創建新池；Exit(即將退出Loop) 時調用 _objc_autoreleasePoolPop() 來釋放自動釋放池。這個 Observer 的 order 是 2147483647，優先級最低，保證其釋放池子發生在其他所有回調之後。
在主線程執行的代碼，通常是寫在諸如事件回調、Timer回調內的。這些回調會被 RunLoop 創建好的 AutoreleasePool 環繞着，所以不會出現內存泄漏，開發者也不必顯示創建 Pool 了。

事件響應
蘋果註冊了一個 Source1 (基於 mach port 的) 用來接收系統事件，其回調函數爲 __IOHIDEventSystemClientQueueCallback()。
當一個硬件事件(觸摸/鎖屏/搖晃等)發生後，首先由 IOKit.framework 生成一個 IOHIDEvent 事件並由 SpringBoard 接收。這個過程的詳細情況可以參考這裏。SpringBoard 只接收按鍵(鎖屏/靜音等)，觸摸，加速，接近傳感器等幾種 Event，隨後用 mach port 轉發給需要的App進程。隨後蘋果註冊的那個 Source1 就會觸發回調，並調用 _UIApplicationHandleEventQueue() 進行應用內部的分發。
_UIApplicationHandleEventQueue() 會把 IOHIDEvent 處理幷包裝成 UIEvent 進行處理或分發，其中包括識別 UIGesture/處理屏幕旋轉/發送給 UIWindow 等。通常事件比如 UIButton 點擊、touchesBegin/Move/End/Cancel 事件都是在這個回調中完成的。

手勢識別
當上面的 _UIApplicationHandleEventQueue() 識別了一個手勢時，其首先會調用 Cancel 將當前的 touchesBegin/Move/End 系列回調打斷。隨後系統將對應的 UIGestureRecognizer 標記爲待處理。
蘋果註冊了一個 Observer 監測 BeforeWaiting (Loop即將進入休眠) 事件，這個Observer的回調函數是 _UIGestureRecognizerUpdateObserver()，其內部會獲取所有剛被標記爲待處理的 GestureRecognizer，並執行GestureRecognizer的回調。
當有 UIGestureRecognizer 的變化(創建/銷燬/狀態改變)時，這個回調都會進行相應處理。

界面更新
當在操作 UI 時，比如改變了 Frame、更新了 UIView/CALayer 的層次時，或者手動調用了 UIView/CALayer 的 setNeedsLayout/setNeedsDisplay方法後，這個 UIView/CALayer 就被標記爲待處理，並被提交到一個全局的容器去。
蘋果註冊了一個 Observer 監聽 BeforeWaiting(即將進入休眠) 和 Exit (即將退出Loop) 事件，回調去執行一個很長的函數：
_ZN2CA11Transaction17observer_callbackEP19__CFRunLoopObservermPv()。這個函數裏會遍歷所有待處理的 UIView/CAlayer 以執行實際的繪製和調整，並更新 UI 界面。

這個函數內部的調用棧大概是這樣的：

_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();
                        [CALayer layoutSublayers];
                            [UIView layoutSubviews];
                    CA::Layer::display_if_needed();
                        [CALayer display];
                            [UIView drawRect];

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