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RunLoop

A NSRunLoop object processes input for sources such as mouse and keyboard events from the window system, NSPort objects, and NSConnection objects. A NSRunLoop object also processes NSTimer events.

RunLoop 的概念

运行循环也叫消息循环，作用是循环的捕捉消息，然后执行消息对应的操作；并且保证应用程序不会退出。
OSX/iOS 系统中，提供了两个这样的对象：NSRunLoop 和 CFRunLoopRef。
CFRunLoopRef 是在 CoreFoundation 框架内的，它提供了纯 C 函数的 API，所有这些 API 都是线程安全的。
NSRunLoop 是基于 CFRunLoopRef 的封装，提供了面向对象的 API，但是这些 API 不是线程安全的。

Input source 与 Timer source

Input source 与 Timer source这两个都是 RunLoop 事件的来源

Input Source 可以分为三类

Port-Based Sources：系统底层的 Port 事件源，例如CFSocketRef，但在应用层中几乎用不到。
Custom Input Sources：用户手动创建的事件源，例如手势，触摸，键入。
Cocoa Perform Selector Sources：Cocoa 提供的performSelector系列方法也是一种事件源。

Timer Source

即是指定时器事件（NSTimer）。

RunLoop 与线程

线程和 RunLoop 之间是一一对应的，其关系是保存在一个全局的 Dictionary 里。线程刚创建时候并没有 RunLoop，如果你不主动获取，那么它一直不会有。RunLoop 的创建是发生在第一次获取时，RunLoop 的销毁是发生在线程结束时。所以只能在一个线程的内部获取 RunLoop(主线程除外)。

下图中展现了 RunLoop 在线程中的作用：从 input source 和 timer source 接受事件，然后在线程中处理事件。
RunLoop

Warning

The NSRunLoop class is generally not considered to be thread-safe and its methods should only be called within the context of the current thread. You should never try to call the methods of an NSRunLoop object running in a different thread, as doing so might cause unexpected results.

RunLoop Observer

RunLoop 通过监听 Source 来决定有没有任务要做；除此之外，我们还可以用 RunLoop Observer 来监控 RunLoop 本身的状态。

RunLoop Observer 可以监听以下 RunLoop 事件：

The entrance to the run loop.
When the run loop is about to process a timer.
When the run loop is about to process an input source.
When the run loop is about to go to sleep.
When the run loop has woken up, but before it has processed the event that woke it up.
The exit from the run loop.

RunLoop Mode

在监听与被监听中，RunLoop 要处理的事情非常复杂；为了让 RunLoop专注于处理特定事件而引入了 RunLoop Mode 概念

如果所示，RunLoop Mode 实际上是 Source、Timer、Observer 的集合，不同的 Mode 把不同组的 Source、Timer、Observer 隔绝开来；而 RunLoop 在某个时刻下只能跑在某一个 Mode 下，处理这一个 Mode 当中的Source、Timer 和 Observer。

苹果文档中提到的 Mode 有五个，分别是：

NSDefaultRunLoopMode
NSConnectionReplyMode
NSModalPanelRunLoopMode
NSTrackingRunLoopMode
NSRunLoopCommonModes

iOS 中公开暴露出来的只有 NSDefaultRunLoopMode 、UITrackingRunLoopMode 和 NSRunLoopCommonModes。 而NSRunLoopCommonModes 实际上是一个 Mode 的集合，默认包括 NSDefaultRunLoopMode 和 NSTrackingRunLoopMode。

RunLoop 的使用

RunLoop 和线程是绑定在一起的；每个线程（包括主线程）都有一个对应的 RunLoop 对象。

获取 RunLoop

我们不能自己创建 RunLoop 对象，只能获取到系统提供的 RunLoop 对象。

[NSRunLoop currentRunLoop];
[NSRunLoop mainRunLoop];

在主线程和子线程中区别

RunLoop 在主线程和子线程中的区别在于：主线程的 RunLoop 会在应用启动的时候默认开启；其他线程（子线程）的 RunLoop 默认并不会启动，需要手动开启。

//手动启动RunLoop，无法控制结束
[[NSRunLoop currentRunLoop] run];
//手动启动RunLoop，指定结束时间
[[NSRunLoop currentRunLoop] runUntilDate:[[NSDate date] dateByAddingTimeInterval:5]];

RunLoop 与 NSTimer

timerWithTimeInterval:

//需要手动加入 RunLoop 并设置 Mode
NSTimer *timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:1 target:self selector:@selector(timeFire) userInfo:nil repeats:YES];
//立即调用一次
[timer fire];
//手动加入 RunLoop
[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode];

scheduledTimerWithTimeInterval:

//默认加入 RunLoop 并设置 Mode 为 NSDefaultRunLoopMode
NSTimer *timer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1 target:self selector:@selector(timeFire) userInfo:nil repeats:YES];
//立即调用一次
[timer fire];

坑

日常开发中，与 RunLoop 接触得最近可能就是通过 NSTimer，一个 Timer 一次只能加入到一个 RunLoop 中。我们日常使用的时候，通常就是加入到当前的 RunLoop 的 NSDefaultRunLoopMode 中，而 ScrollView 在用户滑动时，主线程 RunLoop 会转到 UITrackingRunLoopMode；而这个时候， Timer 就不会运行。

解决方案：
设置RunLoop Mode，例如 NSTimer，我们指定它运行于 NSRunLoopCommonModes ，这是一个Mode的集合。这样无论当前 RunLoop 运行哪个 Mode ，事件都能得到执行。

例如在 AFNetworking 中，就有相关的代码，如下：

- (void)startActivationDelayTimer {
    self.activationDelayTimer = [NSTimer
                                 timerWithTimeInterval:self.activationDelay target:self selector:@selector(activationDelayTimerFired) userInfo:nil repeats:NO];
    [[NSRunLoop mainRunLoop] addTimer:self.activationDelayTimer forMode:NSRunLoopCommonModes];
}

这里就是添加了一个计时器，由于指定了 NSRunLoopCommonModes，所以不管 RunLoop 处于什么状态，都会执行这个计时器任务。

Runloop 和 Autoreleasepool 的关系图解

关系图解

Autorelease Pool

Autorelase Pool 提供了一种可以允许你向一个对象延迟发送 release 消息的机制；当你想放弃对象的所有权，同时又不希望这个对象被立即释放掉（例如在一个方法中返回一个对象时），Autoreleasepool就可以发挥作用。所谓的延迟发送release消息是指，当我们把一个对象标记为autorelease时:

NSString* str = [[[NSString alloc] initWithString:@"hello"] autorelease];

这个对象的retainCount+1，但不会发生 release；当这个变量所处的autoreleasepool被 倾倒(drain) 操作时，所有标记了autorelease的对象的 retainCount-1；即release消息的发送被延迟到autoreleasepool释放的时候了。
在 ARC 环境下，苹果引入了 @autoreleasepool 语法，不在需要手动调用autorelease 和 drain 等方法。

提示 : 此处讨论的自动释放池不是手动创建的，是跟运行循环相关的，并非 main.m 中的 @autoreleasepool

Autorelease Pool 的用处

在 ARC 下我们并不需要手动调用autorelease有关的方法，甚至可以完全不知道 autorelease 的存在，就可以正确的管理好内存；因为 Cocoa Touch 的 RunLoop 中，每个 RunLoop Circle中系统都加入了 Autorelease Pool 的创建和释放。

当我们需要创建和销毁大量对象时，使用手动创建的autoreleasepool可以有效的避免内存峰值的出现；因为如果不手动创建的话，外层系统创建的 Pool 会在整个 Runloop Circle 结束之后才执行 drain 操作，手动创建的话会在 block 结束之后就就执行 drain 操作。详情请见苹果官方文档

一个普遍被使用的例子如下：

for (int i = 0; i < 10000000; i++)
{
    @autoreleasepool
    {
        NSString* string = @"abc";
        NSArray* array = [string componentsSeparatedByString:string];
    }
}

在上面的例子中如果不使用autoreleasepool，需要在循环结束之后释放1000000个字符串；如果使用的话会在每次循环结束的时候都进行release操作。

Autorelease Pool 进行 Drain 的时机

如上所述，系统在 RunLoop 中创建的 autoreleasepool 会在 RunLoop 的一个 Event 结束时进行 Drain 操作；而我们手动创建的 autoreleasepool 会在 block 执行完后进行 Drain 操作。

但需要注意的是：

当 block 以异常(exception)结束时，pool 不会进行 drain 操作
Pool 的 drain 操作会把所有标记为 autorelease 的对象retainCount-1，但并不意味着这个对象一定会被释放掉；我们可以在 autoreleasepool 中手动 retain 该对象，以延长它的声明周期(在MRC中）

main.m 中的 autoreleasepool 的解释

在 iOS 程序的 main.m 文件中有类似这样的语句：

int main(int argc, char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
    }
}

在面试中问到有关autorealeasepool的知识时，也多半会问一下，这里的 pool 有什么作用？能不能去掉之类…
根据苹果官方文档：UIApplicationMain函数是整个 app 的入口，用来创建 application对象（单例）和application delegate；尽管这个函数有返回值，但是却永远不会返回，当按下Home键时，app 只是切换到了后台状态。

由文档知道，UIApplication会自己创建一个 main runloop，大致可以得到下面的结论：

main.m中 UIApplicationMain 永远不会返回，只有在系统kill掉整个app时候，系统会把应用占用的全部内存释放出来。
因为 UIApplicationMain 永远不会返回，所以这里的 autoreleasepool 就永远不会进入到drain阶段。
假设真的有变量进入了main.m 中的这个 Pool（而没有被更内层的 Pool 捕获），那么这些内存实际上就是被泄露的，这个autoreleasepool 等于把这种泄露情况进行了隐藏。
UIApplication自己会创建 main runlooop，在 Cocoa 的 RunLoop 中实际上也是包含 autoreleasepool 的，因此main.m中的autoreleasepool可以认为是 没有必要 的。

另外，在基于 AppKit 框架的 Mac OS 开发中，main.m中就是不存在 autoreleasepool 的，这也进一步印证了上面的结论。不过因为不知道更底层的代码，加上苹果文档中不建议修改main.m 文件，所以我们也没有理由把它删掉。但是，删掉之后也不会影响 App 运行，用 Instruments 也没有发现内存泄露。

autoreleasepool的创建与销毁

创建 : 运行循环检测到事件并启动后，就会创建自动释放池
销毁 : 一次完整的运行循环结束之前，会被销毁

以上，autoreleasepool的创建与销毁都和运行循环（RunLoop）息息相关。

参考资料

https://hit-alibaba.github.io/interview/iOS/ObjC-Basic/RunLoop.html
https://blog.ibireme.com/2015/05/18/RunLoop/

techbird blog

timeline of growth

iOS - RunLoop & AutoreleasePool