runLoop，正如其名，表示一直运行着的循环。
一般来说，一个线程只能执行一个任务，执行完就会推出，如果我们需要一种机制，让线程能随时处理时间但并不退出，而runLoop就是这样一个机制；而这种机制的关键在于：如何管理消息/消息，如何让线程在没有处理消息的时候休眠以避免资源占用，在有消息的时刻立刻被唤醒。
所以，runLoop实际上就是一个对象，这个对象管理了其需要处理的时间和消息,并提供了一个入口函数来执行上面的逻辑。线程执行了这个函数之后，就会一直处于“接收消息-等待-处理”的循环中，知道这个循环结束，函数返回。
ios提供了两个这样的对象：NSRunLoop和CFRunLoopRef。
一、线程与runLoop
① 直线线程：该线程执行的任务是一条直线；
② 圆形线程：该线程是一个圆，不断循环，知道通过某种方式截止，ios中，圆形线程就是通过runLoop实现的。
① runLoop和线程紧密相连，可以说，runLoop是为了线程而生的,没有线程,就没有runLoop存在的必要；
② 每个线程都有其对应的runLoop对象；
③ 主线程的runLoop是默认启动的，而其他线程的runLoop是默认没有启动的；
二、RunLoop输入事件来源
runLoop接收的输入事件来自两种来源：输入源和定时源；
1.输入源
传递异步事件，通常消息来自其他线程或程序。输入源传递异步消息给相应的处理程序，并调用runUntilDate方法来退出；
当你创建输入源，需要将其分配给runLoop的一个或多个模式，模式只会在特定事件影响监听的源。
以下是输入源的类型：
① 基于端口的输入源：基于端口的输入源是有内核自动发送；
cocoa和Core Foundation内置支持使用端口相关的对象和函数来创建基于端口的源。
例如：在Core Foundation中，使用端口相关的函数来创建端口和runLoop源；
② 自定义输入源：自定义源需要人工从其他线程发送。
Core Foundation中可以使用CFRunLoopSourceRef等来创建源，也可以使用回调函数来配置源。Core Foundation会在配置源的不同地方调用回调函数，处理输入事件，在源从runLoop移除的时候清理它；
③ Cocoa上的selector源
定时源在预设的时间点同步传递消息，这些消息都会在特定事件或者重复的时间间隔，定时源则传递消息个处理线程，不会立即退出runLoop。
定时器并不是实时机制，定时器和你的runLoop的特定模式相关，如果定时器所在的模式当前未被runLoop监视，那么定时器将不会开始，知道runLoop运行在响应的模式下。
三、RunLoop的相关知识点
runLoop中使用mode来指定时间在运行循环中的优先级，分为：
① NSDefaultRunLoopMode(kCFRunLoopDefaultMode): 默认，空闲状态；
② UITrackingRunLoopMode：scrollView滑动时；
③ UIInitializationRunLoopMode： 启动时；
④ NSRunLoopCommonModes(kCFRunLoopCommonModes)：mode集合。
ps：其中①和④是苹果公开的mode。
源是在合适的同步或异步事件发生时触发，而runLoop观察者则是在runLoop本身运行的特定时候触发，你可以使用runLoop观察者为处理某一特定事件或是进入休眠的程序做准备。可以将runLoop观察者和以下事件关联：
① runLoop入口
② runLoop何时处理一个定时器；
③ runLoop何时处理一个输入源；
④ runLoop何时进入睡眠状态；
⑤ runLoop何时被唤醒，但在唤醒之前要处理的事件；
⑥ runLoop终止；
在创建的时候，也可以指定runLoop观察者可以只用一次或者循环使用，若只用一次，那么它在启动后，会把自己从runLoop中移除，而循环的观察者不会。
每次运行runLoop，线程的runLoop会自动处理之前未处理的消息，并通知相关的观察者，具体的顺序如下：
① 通知观察者runLoop已经启动；
② 通知观察者任何即将要开始的定时器；
③ 通知观察着任何即将启动的非基于端口的源；
④ 启动任何准备好的非基于端口的源；
⑤ 如果基于端口的源准备好并处于等待状态，立即启动，并进入步骤⑨；
⑥ 通着观察者线程进入休眠；
⑦ 将线程至于休眠知道任意下面的事件发生：
A.某一时间到达基于端口的源；
B.定时器启动；
C.runLoop设置的时间已经超过；
D.runLoop被显示唤醒；
⑧ 通知观察者线程将被唤醒；
⑨ 处理未处理的事件
A.如果用户定义的定时器启动，处理定时器并重启runLoop，进入步骤2
B.如果输入源启动，传递响应的消息；
C.如果runLoop被显示唤醒，而且时间还没超过，重启runLoop，进入步骤2
⑩ 通知观察者runLoop结束。
ps：
① 如果事件到达，消息会被传递给响应的处理程序来处理，runLoop处理完当次事件后，runLoop就会推出，而不管之前预定的时间到了没有。
② 可以重新启动runLoop来等待下一事件；
③ 如果线程中有需要处理的源，但是响应的事件没有到来的时候，线程就会休眠等待相应事件的发生。
仅当在为你的程序创建辅助线程的时候，你才需要显示运行一个runLoop
对于辅助线程，你需要判断一个runLoop是否是必须的。如果是必须的，那么你要自己配置并启动它，你不需要再任何情况下都去启动一个线程的runLoop。runLoop在你要和线程有更多的交互时才需要，比如以下情况：
① 使用端口或者自定义输入源来和其他线程通信；
② 使用线程的定时器；
③ Cocoa中使用任何performSelector的方法；
④ 使线程周期性工作。
四、CFRunLoop介绍
CoreFoundation中有5个关于runLoop的类：
① CFRunLoopRef：
② CFRunLoopModeRef：该类并没有对外暴露；
③ CFRunLoopSourceRef：时间产生的地方，source有两个版本：
A.source0：只包含一个回调，它并不能主动触发事件，使用时，需先调用CFRunLoopSourceSignal将这个source标记为待处理，后调用CFRunLoopWakeUp来唤醒runLoop，让其处理这个事件；
B.source1：包含一个mach_port和一个回调，被用于通过内核和其他线程相互发送消息，这种source能主动唤醒runLoop线程。
④ CFRunLoopTimerRef：基于事件的触发器，他和NSTimer是可以混用的，其包含一个事件长度和回调，当其加入到runLoop中是，runLoop会注册对应的时间点，当时间点到时，runLoop会被唤醒以执行那个回调；
⑤ CFRunLoopObserverRef：观察者，包含了一个回调，当runLoop的状态发生变化时，观察者就能通过回调接收到变化，可观测的时间点有：
kCFRunLoopEntry //即将进入Loop
kCFRunLoopBeforeTimers //即将处理Timer
kCFRunLoopBeforeSources //即将处理Source
kCFRunLoopBeforeWaiting //即将进入休眠
kCFRunLoopAfterWaiting //刚从休眠中唤醒
kCFRunLoopExit //即将退出Loop
ps:
① 一个runLoop包含若干个Mode，每个Mode包含若干个Source/Timer/Observer;
② 每次调用runLoop的主函数，只能指定其中一个Mode，如果需要切换Mode，只能退出Loop，再重新指定一个Mode进入；
③ Source/Timer/Observer统称为mode item，一个item可以同时加入多个mode，但一个item被重复加入同一个mode是没效果的；
④ 如果一个mode钟一个item都没有，runLoop就会退出，不进入循环。
CFRunLoop的结构如下
struct __CFRunLoop {
CFMutableSetRef _commonModes;
CFMutableSetRef _commonModeItems;
CFRunLoopModeRef _currentMode;
CFMutableSetRef _modes;
...
};
CFRunLoopMode的结构如下：
struct __CFRunLoopMode {
CFStringRef _name;
CFMutableSetRef _sources0;
CFMutableSetRef _sources1;
CFMutableArrayRef _observers;
CFMutableArrayRef _timers;
...
};
其中，CFRunLoop对外暴露的管理Mode的接口有两个：
CFRunLoopAddCommonMode
CFRunLoopRunInMode
Mode暴露的管理mode item的接口有下面几个：
CFRunLoopAddSource
CFRunLoopAddObserver
CFRunLoopAddTimer
CFRunLoopRemoveSource
CFRunLoopRemoveObserver
CFRunLoopRemoveTimer
ps：
① 只能通过mode name来操作内部的mode，当你传入一个新的mode name但runLoop内部没有对应的Mode时，runLoop会自动帮你创建对应的CFRunlLoopModeRef。对于一个runLoop来说，其内部的mode只能增加，而不能删除。
② commonModes：一个mode可以将自己标记为“Common”苏醒，每当runLoop的内容发生变化时，runLoop都会自动将_commonModeItems里的item同步到具有“Common”标记的所有Mode里。
实际上，runLoop就是一个函数，其内部是一个do-while循环，当你调用CFRunLoop()时，线程就会一直停留在这个循环中；直到超时或被手动停止，该函数才会返回。
五、runLoop的底层实现
runLoop的核心是基于mach port的，其进入休眠时调用的函数是mach_msg()，为了解释这个逻辑，需要介绍下ios的系统框架；
苹果官方将系统大致划分为4个层次：
① 应用层：包括用户能解除到的图层应用，例如Spotlight、Aqua、SpringBoard等
② 应用框架层：即开发人员解除到的Cocoa等框架；
③ 核心框架层：包括各种核心框架、OpenGL等内容；
④ Darwin：即操作系统的核心，包括系统内核、驱动、Shell等内容，这层是开源的
其中，在硬件层上面的三个组成部分：Mach，BSD，IOKit，共同组成了XNU内核。
① Mach：XNU内核的内环被称作Mach，其作为一个为内核，仅提供了诸如处理器调度、IPC（进程间通信）等非常少量的基础服务；
② BSD：BSD层可以看做围绕Mach层的一个外环，提供了诸如进程管理、未见系统和网络等功能；
③ IOKit：该层为设备驱动提供了一个面向对象（C++）的框架。
Mach本身提供的API非常有限，而且苹果也不鼓励使用Mach的API，但是这些API非常基础，如果没有这些API的话，其他任何工作都无法实施。在Mach中，所有的东西都是通过自己的对象实现的，进程、线程和虚拟内存都被称为“对象”。和其他架构不公，Mach对象间不能直接调用，只能通过消息传递的方式实现对象间的通信。“消息”是Mach中最基础的概念，消息在两个端口（port）之间传递，就是Mach的IPC的核心。
为了实现消息的发送和接收，mach_msg()函数实际上是调用了一个Mach陷阱（trap）即函数mach_msg_trap()，陷阱这个概念在Mach中等同于系统调用。当你在用户状态调用mach_msg_trap()时会触发陷阱机制，切换到内核态；内核态中内核实现mach_msg()函数会完成实际的工作。
ps：runLoop的核心就是一个mach_msg()，runLoop调用这个函数去接收消息，如果没有别人发送port消息过来，内核会将线程置于等待撞他。
例如你在模拟器里跑起一个app，然后在app静止时点击暂停，你会看到主线程调用栈是停留在mach_msg_trap()这个地方。
六、苹果用runLoop实现的功能
app启动后，苹果在主线程的runLoop里注册了两个Observer：
① 第一个Observer监视事件是Entry（即将进入Loop），其回调内会创建自动释放池，优先级最高，保证释放池发生在所有回调之前；
② 第二个Observer监视了两个事件，BeforeWaiting（准备进入休眠）时释放旧的池并创建新的池；Exit（即将推出loop）时释放自动释放池；优先级最低，保证其释放池发生在其他回调之后。
苹果注册了一个Source1（基于mach port）用来接收系统事件
当一个硬件事件（触摸/摇晃等）发生后，首先由IOKit.framework生成一个IOHIDEvent
事件，并由SpringBoard接收，随后用mach port转发给需要的App进程。随后苹果注册
的那个Source1会触发回调，并调用方法UIApplicationHandleEventQueue()进行应用内
部的分发，
UIApplicationHandleEventQueue()方法会把IOHIDEvent处理并包装成UIEvent分发，
通常事件比如UIButton点击，touch事件都是在这个回调中完成的。
当上边的UIApplicationHandleEventQueue()识别了手势后，首先会打断当前的touch系统回调，随后系统将手势标记为待处理。苹果注册了一个Observer检测BeforeWaiting，在这个事件的回调函数中，获取所有刚被标记为待处理的手势，并执行手势的回调。
当操作UI时，比如改变了Frame等，这个UIView/CALayer会被标记为待处理，并提交到一个全局的容器中。
苹果注册了一个Observer监听BeforeWaiting和Exit，在回调用，会遍历所有待处理的UIView/CALayer以执行实际的绘制和调整，并更新UI界面。
一个NSTimer注册到RunLoop后，runLoop会为其重复的时间点注册号时间，runLoop为了节省资源，并不会再非常准确的时间点回调这个timer。timer有个属性叫做tolerance（宽容度），表示当时间点后，容许有多少最大误差。
当调用NSObject的PerformSelector方法后，实际上其内部会创建一个timer并添加到当前线程的runLoop中，如果当前线程没有runLoop，则这个方法会失效。
实际上runLoop底层，也用到了GCD的东西，比如runLoop用dispatch_source_t实现
的timer，但同时GCD提供的某些方法也用到了runLoop，例如dispatch_async()。
关于网络请求的接口，自上之下有如下基层：
① CFSocket：是最底层的接口，只负责socket的通信；
② CFNetwork：是基于CFSocket等接口的上层封装，ASIHttpRequest工作与这层；
③ NSURLConnection：是基于CFNetwork的更高层的封装，提供面向对象的接口，
AFNetworking工作于这一层；
④ NSURLSession：是ios7中新增的接口，表面上和NSURLConnection并列，但底层
仍然用到了NSURLConnection的部分功能，AFNetworking2和Alamofire工作于这层。
通常使用 NSURLConnection 时，你会传入一个 Delegate，当调用了 [connection start] 后，这个 Delegate 就会不停收到事件回调。实际上，start 这个函数的内部会获取CurrentRunLoop，然后在其中的 DefaultMode 添加了4个 Source0 (即需要手动触发的Source) 。CFMultiplexerSource 是负责各种 Delegate 回调的，CFHTTPCookieStorage 是处理各种 Cookie 的。
当开始网络传输时，我们可以看到 NSURLConnection 创建了两个新线程：com.apple.NSURLConnectionLoader 和 com.apple.CFSocket.private。其中 CFSocket 线程是处理底层 socket 连接的。NSURLConnectionLoader 这个线程内部会使用 RunLoop 来接收底层 socket 的事件，并通过之前添加的 Source0 通知到上层的 Delegate。
NSURLConnectionLoader 中的 RunLoop 通过一些基于 mach port 的 Source 接收来自底层 CFSocket 的通知。当收到通知后，其会在合适的时机向 CFMultiplexerSource 等 Source0 发送通知，同时唤醒 Delegate 线程的 RunLoop 来让其处理这些通知。
CFMultiplexerSource 会在 Delegate 线程的 RunLoop 对 Delegate 执行实际的回调。
