Runloop, AutoreleasePool

Runloop

一个线程一次只能执行一个任务，执行完成后线程就会退出。RunLoop 机制能让线程随时处理事件但并不退出。这里说的随时是指：程序需要运行时就保持程序的持续运行，不需要的时候就进入休眠状态。

RunLoop 的结构

和 RunLoop 相关的主要涉及五个类：

CFRunLoopRef：RunLoop对象
CFRunLoopModeRef：运行模式
CFRunLoopSourceRef：输入源/事件源
CFRunLoopTimerRef：定时源
CFRunLoopObserverRef：观察者

一个RunLoop 对象中可以包含多个 Mode，每个 Mode 又包含多个个 Source、Timer、Observer。

RunLoop 中的 Mode

关于Mode首先要知道一个RunLoop 对象中可能包含多个Mode，且每次调用 RunLoop 的主函数时，只能指定其中一个 Mode(CurrentMode)。切换 Mode，需要重新指定一个 Mode 。主要是为了分隔开不同的 Source、Timer、Observer，让它们之间互不影响。

总共是有五种Mode:

kCFRunLoopDefaultMode：默认模式，主线程是在这个运行模式下运行
UITrackingRunLoopMode：跟踪用户交互事件（用于 ScrollView 追踪触摸滑动，保证界面滑动时不受其他Mode影响
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：接受系统内部事件，通常用不到
kCFRunLoopCommonModes：伪模式，不是一种真正的运行模式，实际是kCFRunLoopDefaultMode 和 UITrackingRunLoopMode的结合。

Runloop运行流程

基本概念：

source0，触摸事件，performSelector
source1，系统事件，基于 Port，
timers，定时器
observers，监听器，用于监听runloop 状态，执行回调

Runloop 具体来说主要执行逻辑是这样的：

通知 Obersvers，RunLoop 已经启动
通知 Obersvers，即将处理 Timers
通知 Obersvers，即将处理 Sources
处理 Blocks （此处 blocks 为 CFRunLoopPerformBlock 调用的 block）
处理 Sources0（可能会再次处理 blocks）
如果存在 Source1 ，则跳转到第 8 步直接处理。
通知 Obersvers，开始休眠（开始等待消息唤醒）。
如果唤醒，通知 Obersvers，结束休眠，根据唤醒的消息类型可能会处理
- GCDTimers
- Timer
- Sources
- 处理GCD Async To Main Queue
处理 Blocks
根据前面执行结果判断接下来如何操作，可能会：
- 回到 2
- 到下一步11，结束 runloop
通知 Obersvers，RunLoop结束。

常驻线程

借助RunLoop可以实现线程后台常驻的功能：

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    self.thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(runOne) object:nil];
    [self.thread start];
}

- (void) runOne{
    NSLog(@"----任务1-----");
    // 下面两句代码可以实现线程保活
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:[NSPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
    [[NSRunLoop currentRunLoop] run];
    // 测试是否开启了RunLoop，如果开启RunLoop，则来不了这里，因为RunLoop开启了循环。
    NSLog(@"未开启RunLoop");
}

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event{
    // 利用performSelector，在self.thread的线程中调用run2方法执行任务
    [self performSelector:@selector(runTwo) onThread:self.thread withObject:nil waitUntilDone:NO];
}

- (void) runTwo{
    NSLog(@"----任务2------");
}

AutoreleasePool

应用程序一旦启动，主线程 RunLoop 里注册了两个 Observer。

一个 Observer 监听即将进入Loop事件，回调内会调用 objc_autoreleasePoolPush() 创建自动释放池，并保证创建释放池发生在其他所有回调之前。

_另外一个 Observer 监视了两个事件(RunLoop即将进入休眠和即将退出 RunLoop 事件) ，前者会调用_objc_autoreleasePoolPop() 和 _objc_autoreleasePoolPush() 释放旧的池并创建新池；后者会调用 _objc_autoreleasePoolPop() 来释放自动释放池，并保证释放自动释放池事件发生在其它回调之后。

实现原理

一个线程的自动释放池是一个指针堆栈
每一个指针或者指向被释放的对象，或者是自动释放池的POOL_BOUNDARY，POOL_BOUNDARY 是自动释放池的边界。
一个池子的 token 是指向池子 POOL_BOUNDARY 的指针。当池子被出栈的时候，每一个高于标准的对象都会被释放掉。
堆栈被分成一个页面的双向链表。页面按照需要添加或者删除。
本地线程存放着指向当前页的指针，在这里存放着新创建的自动释放的对象。

自动释放池是由 AutoreleasePoolPage 以双向链表的方式实现的，当对象调用 autorelease 方法时，会将对象加入 AutoreleasePoolPage 的栈中，调用 AutoreleasePoolPage::pop 方法会向栈中的对象发送 release 消息.

使用场景

通常情况下，我们是不需要手动添加 autoreleasepool 的，使用线程自动维护的 autoreleasepool 就好了。仅在下列三种情况下需要我们手动添加 autoreleasepool：

如果你编写的程序不是基于 UI 框架的，比如说命令行工具；
如果你编写的循环中创建了大量的临时对象；
如果你创建了一个辅助线程。

例子：

int lagerNum = 1024 * 1024 * 2 ;
    for(int i = 0 ; i < lagerNum; i++)
    {
        @autoreleasepool{
            NSString *str = [NSString stringWithFormat:@"Hello"];
            str = [str uppercaseString];
            str = [NSString stringWithFormat:@"%@ - %@   %d",str, @"World!", i];
            // NSLog(@"%@", str);
        }
    }

在我的钢琴app：klaver中也加入了常驻线程来处理琴谱解析的问题，由于对于这个app琴谱解析是常用的功能，为了避免每次切换下一曲时重新创建线程的开销而使用常驻线程。

关于 performSelector

先记录一道题目：

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
    NSLog(@"1");
    [self performSelector:@selector(_sel1) ];
    [self performSelector:@selector(_sel2) withObject: nil afterDelay:0];
    [self performSelectorOnMainThread: @selector(_sel3) withObject: nil waitUntilDone: false];
    NSLog(@"2");
});

-(void) _sel1 {
    NSLog(@"call _sel1 %@", [NSThread currentThread]);
}
-(void) _sel2 {
    NSLog(@"call _sel2 %@", [NSThread currentThread]);
}
-(void) _sel3 {
    sleep(6);
    NSLog(@"call _sel3 %@", [NSThread currentThread]);
}

运行结果如下：

2021-07-28 22:48:05.556735+0800 ForLife[5958:2029108] --------start
2021-07-28 22:48:05.557100+0800 ForLife[5958:2029108] call _sel1 <NSThread: 0x280a69b00>{number = 4, name = (null)}
2021-07-28 22:48:05.557384+0800 ForLife[5958:2029108] --------end
2021-07-28 22:48:11.576002+0800 ForLife[5958:2029084] call _sel3 <NSThread: 0x280a2c6c0>{number = 1, name = main}

问题：

为什么没打印 call _sel2，因为当调用 NSObject 的 performSelecter:afterDelay: 后，实际上其内部会创建一个 Timer 并添加到当前线程的 RunLoop 中。所以如果当前线程没有 RunLoop，则这个方法会失效。
performSelector 内部机制，只是一个单纯的消息发送，就是对 objc_msgSend的封装，和时间没有一点关系，所以不需要添加到子线程的Runloop中也能执行
performSelectorOnMainThread，该方法主要用来用主线程来修改页面UI的状态，当调用方主线程的时候，waitUntilDone 参数无效