RunLoop总结：RunLoop 与GCD 、Autorelease Pool之间的关系

如果在面试中问到RunLoop相关的知识，很有可能也会问到RunLoop与GCD、Autorelease Pool有没有关系，哪些地方用到了GCD、Autorelease Pool等。

So，本文就总结一下RunLoop与GCD和 Autorelease Pool 之间的关系，看看在RunLoop实现中，哪些地方间接或者直接使用、操作到了GCD 和Autorelease Pool。

RunLoop 与GCD 的关系

在RunLoop 中大量使用到了GCD，首先来看一下 CFRrunLoop.c 中引入的其他头文件。

#include <CoreFoundation/CFRunLoop.h>

#include <CoreFoundation/CFSet.h>

#include <CoreFoundation/CFBag.h>

#include <CoreFoundation/CFNumber.h>

#include <CoreFoundation/CFPreferences.h>

#include "CFInternal.h"

#include <math.h>

#include <stdio.h>

#include <limits.h>

#include <pthread.h>

#include <dispatch/dispatch.h>  // GCD 库

······

然后，如果我们在RunLoop中搜索一下 dispatch，可以搜索出来 130个结果。

接下来，我们来看看RunLoop的主要实现逻辑中哪些地方用到的 GCD。

1.RunLoop 的超时时间

我们在前面介绍过RunLoop 启动在 CoreFoudation 库中有两个API：

//mode默认为defaultMode、超时时间是100亿秒、false

void CFRunLoopRun(void)

// 可以设置mode、runloop 超时时间、是否处理完source立刻返回

SInt32 CFRunLoopRunInMode(CFStringRef modeName, CFTimeInterval seconds, Boolean returnAfterSourceHandled)

而RunLoop 的超时时间就是使用 GCD 中的 dispatch_source_t来实现的，摘自 __CFRunLoopRun中的源码：

    dispatch_source_t timeout_timer = NULL;

    struct __timeout_context *timeout_context = (struct __timeout_context *)malloc(sizeof(*timeout_context));

    if (seconds <= 0.0) { // instant timeout

        seconds = 0.0;

        timeout_context->termTSR = 0ULL;

    } else if (seconds <= TIMER_INTERVAL_LIMIT) { //超时时间在最大限制内，才创建timeout_timer

        dispatch_queue_t queue = pthread_main_np() ? __CFDispatchQueueGetGenericMatchingMain() : __CFDispatchQueueGetGenericBackground();

        timeout_timer = dispatch_source_create(DISPATCH_SOURCE_TYPE_TIMER, 0, 0, queue);

            dispatch_retain(timeout_timer);

        timeout_context->ds = timeout_timer;

        timeout_context->rl = (CFRunLoopRef)CFRetain(rl);

        timeout_context->termTSR = startTSR + __CFTimeIntervalToTSR(seconds);

        dispatch_set_context(timeout_timer, timeout_context); // source gets ownership of context

        dispatch_source_set_event_handler_f(timeout_timer, __CFRunLoopTimeout);

        dispatch_source_set_cancel_handler_f(timeout_timer, __CFRunLoopTimeoutCancel);

        uint64_t ns_at = (uint64_t)((__CFTSRToTimeInterval(startTSR) + seconds) * 1000000000ULL);

        dispatch_source_set_timer(timeout_timer, dispatch_time(1, ns_at), DISPATCH_TIME_FOREVER, 1000ULL);

        dispatch_resume(timeout_timer);

    } else { // infinite timeout

        seconds = 9999999999.0;

        timeout_context->termTSR = UINT64_MAX;

    }

如果看不懂这段源码，可以先去看看GCD API 记录（三）中的 dispatch_source中的timer

2.执行GCD MainQueue 上的异步任务

在__CFRunLoopRun方法的前几行，有一个变量dispatchPort，它的作用是保存Main_Queue的port，便于后面RunLoop拿到GCD 主线程中的异步任务来执行。



mach_port_name_t dispatchPort = MACH_PORT_NULL;

······

// 只有在MainRunLoop，才会有下面这行赋值，否则 dispatchPort 为NULL

dispatchPort = _dispatch_get_main_queue_port_4CF();

来看一下，RunLoop 是如何执行GCD中MainQueue上的任务的：

// 中间去掉了一些宏判断相关的逻辑代码

if (MACH_PORT_NULL != dispatchPort && !didDispatchPortLastTime) {

    msg = (mach_msg_header_t *)msg_buffer;

    if (__CFRunLoopServiceMachPort(dispatchPort, &msg, sizeof(msg_buffer), &livePort, 0, &voucherState, NULL)) {

        goto handle_msg;

    }

}

didDispatchPortLastTime = false;

看来，关键的逻辑都在 handle_msg中。

handle_msg 中的代码片段：

......

else if (livePort == dispatchPort) {

    CFRUNLOOP_WAKEUP_FOR_DISPATCH();

    __CFRunLoopModeUnlock(rlm);

    __CFRunLoopUnlock(rl);

    _CFSetTSD(__CFTSDKeyIsInGCDMainQ, (void *)6, NULL);

#if DEPLOYMENT_TARGET_WINDOWS

    void *msg = 0;

#endif

    // 获取GCDMainQ上的异步任务并执行

    __CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__(msg);

    _CFSetTSD(__CFTSDKeyIsInGCDMainQ, (void *)0, NULL);

    __CFRunLoopLock(rl);

    __CFRunLoopModeLock(rlm);

    sourceHandledThisLoop = true;

    didDispatchPortLastTime = true;

}

......   

static void __CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__(void *msg) {

    _dispatch_main_queue_callback_4CF(msg);

    asm __volatile__(""); // thwart tail-call optimization

}

从上面的源码片段可以看出，有判断是否是在MainRunLoop，有获取Main_Queue 的port，并且有调用 Main_Queue 上的回调，这只能是是 GCD 主队列上的异步任务。即：dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), block)产生的任务。

RunLoop 与 Autorelease Pool的关系

RunLoop与 Autorelease Pool 有关系么？

有。

我们总是看到有文章说程序启动后，苹果在主线程 RunLoop 里注册了两个 Observer：

第一个 Observer 监视的事件是 Entry(即将进入Loop)，其回调内会调用 _objc_autoreleasePoolPush() 创建自动释放池。其 order 是-2147483647，优先级最高，保证创建释放池发生在其他所有回调之前。

第二个 Observer 监视了两个事件： BeforeWaiting(准备进入睡眠) 和 Exit(即将退出Loop)，

BeforeWaiting(准备进入睡眠)时调用_objc_autoreleasePoolPop() 和 _objc_autoreleasePoolPush() 释放旧的池并创建新池；

Exit(即将退出Loop) 时调用 _objc_autoreleasePoolPop() 来释放自动释放池。这个 Observer 的 order 是 2147483647，优先级最低，保证其释放池子发生在其他所有回调之后。

打印出MainRunLoop，可以看到MainRunLoop的 Common mode Items 中就有这两个观察者

由 Activity 的枚举值

/* Run Loop Observer Activities */

typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {

    kCFRunLoopEntry = (1UL << 0),

    kCFRunLoopBeforeTimers = (1UL << 1),

    kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2),

    kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5),

    kCFRunLoopAfterWaiting = (1UL << 6),

    kCFRunLoopExit = (1UL << 7),

    kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU

};

activities = 0x1，对应的就是kCFRunLoopEntry；

activities = 0xa0，对应的就是kCFRunLoopBeforeWaiting | kCFRunLoopExit 。

可能很多人看了上面的结论和Log 信息，都有这样的疑惑:_wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler()内部是如何处理自动释放池的？你说它释放了旧的 AutoreleasePool，并新建了一个新的，就是这样？

目前，我也不知道如何查看 _wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler() 中的实现，如果你有方式获取到她的内部信息，或者调用堆栈，欢迎告知我！

AutoreleasePool原理扩展

这一小节，全部摘自黑幕背后的Autorelease，你可以阅读原文，了解更多 Autorelease 内容。

ARC下，我们使用@autoreleasepool{}来使用一个AutoreleasePool，随后编译器将其改写成下面的样子：

void *context = objc_autoreleasePoolPush();

// {}中的代码

objc_autoreleasePoolPop(context);

而这两个函数都是对AutoreleasePoolPage的简单封装，所以自动释放机制的核心就在于这个类。

AutoreleasePoolPage是一个C++实现的类

AutoreleasePool并没有单独的结构，而是由若干个AutoreleasePoolPage以双向链表的形式组合而成（分别对应结构中的parent指针和child指针）
AutoreleasePool是按线程一一对应的（结构中的thread指针指向当前线程）
AutoreleasePoolPage每个对象会开辟4096字节内存（也就是虚拟内存一页的大小），除了上面的实例变量所占空间，剩下的空间全部用来储存autorelease对象的地址
上面的id *next指针作为游标指向栈顶最新add进来的autorelease对象的下一个位置
一个AutoreleasePoolPage的空间被占满时，会新建一个AutoreleasePoolPage对象，连接链表，后来的autorelease对象在新的page加入

所以，若当前线程中只有一个AutoreleasePoolPage对象，并记录了很多autorelease对象地址时内存如下图：

图中的情况，这一页再加入一个autorelease对象就要满了（也就是next指针马上指向栈顶），这时就要执行上面说的操作，建立下一页page对象，与这一页链表连接完成后，新page的next指针被初始化在栈底（begin的位置），然后继续向栈顶添加新对象。

所以，向一个对象发送- autorelease消息，就是将这个对象加入到当前AutoreleasePoolPage的栈顶next指针指向的位置。

* AutoreleasePool释放*

每当进行一次objc_autoreleasePoolPush调用时，runtime向当前的AutoreleasePoolPage中add进一个哨兵对象，值为0（也就是个nil），那么这一个page就变成了下面的样子：

objc_autoreleasePoolPush的返回值正是这个哨兵对象的地址，被objc_autoreleasePoolPop(哨兵对象)作为入参，于是：

1.根据传入的哨兵对象地址找到哨兵对象所处的page
2.在当前page中，将晚于哨兵对象插入的所有autorelease对象都发送一次- release消息，并向回移动next指针到正确位置
3.补充2：从最新加入的对象一直向前清理，可以向前跨越若干个page，直到哨兵所在的page

刚才的objc_autoreleasePoolPop执行后，最终变成了下面的样子：

Have Fun!