谈谈你对iOS的runtime和runloop的了解

好的，我们来深入探讨一下 iOS 开发中两个核心且容易混淆的概念：**Runtime** 和 **RunLoop**。

可以把它们想象成 iOS 应用的两位幕后功臣：
*   **Runtime**：是 Objective-C 语言的**灵魂**，它让 Objective-C 成为一门动态语言，负责代码在**运行时的行为**。
*   **RunLoop**：是应用心脏的**起搏器**，它负责在**运行循环中**处理事件、管理线程休眠与唤醒，保证应用能持续响应而又不至于空转耗电。

下面我们分别详细说明。

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### 一、Runtime（运行时）

Runtime 是一个用 C 和汇编编写的库，它为 Objective-C 语言提供了动态特性。它是一套底层的 API，我们平时编写的 Objective-C 代码，最终都会在运行时被转换为 Runtime 的 C 语言函数调用。

#### 核心理解：Objective-C 是一门动态语言
这意味着很多工作（如方法调用、成员变量访问）不是在编译时决定的，而是在程序运行时决定的。这正是 Runtime 的功劳。

#### 主要职责和特性：

1.  **消息传递（Message Passing）**
*   这是 Runtime 最核心的概念。在 Objective-C 中，`[object methodName]` 这样的方法调用，编译器会将其转换为 `objc_msgSend(object, @selector(methodName))` 函数。
*   这个函数会去 `object` 的类中查找 `methodName` 对应的实现（IMP），如果找不到，会沿着继承链向上查找。如果最终都找不到，就会进入**消息转发（Message Forwarding）** 机制，给你三次机会来补救这个“未找到方法”的崩溃。
*   **消息转发流程**：
1.  **动态方法解析**：`+resolveInstanceMethod:` 或 `+resolveClassMethod:`，可以在这里动态地为该方法添加一个实现。
2.  **备用接收者**：`-forwardingTargetForSelector:`，可以在这里将消息转发给另一个能处理该消息的对象。
3.  **完整消息转发**：`-methodSignatureForSelector:` 和 `-forwardInvocation:`，可以获取方法签名并封装成一个 `NSInvocation` 对象，你可以任意处理这个调用（修改参数、修改调用目标、甚至吞掉消息）。

2.  **类与对象的结构**
*   类本身也是一个对象，称为**类对象**（Class Object）。
*   每个实例对象（Instance）的 `isa` 指针（在现在版本的 Runtime 中，isa 可能被优化，但概念不变）指向它的类对象。
*   类对象中存储着：
*   **方法列表（Method List）**：存放实例方法。
*   **属性列表（Property List）**
*   **成员变量列表（Ivar List）**
*   它的 `isa` 指针指向**元类（Meta Class）**，元类中存储着**类方法**。
*   这种结构构成了一个面向对象的、可继承的完整体系。

3.  **方法交换（Method Swizzling）**
*   利用 Runtime 可以在运行时动态地交换两个方法的实现（IMP）。
*   这是 AOP（面向切面编程）的利器，常用于无侵入地添加日志、统计、全局 UI 配置等。
*   **示例**：交换 `viewDidAppear:` 方法，在所有控制器出现时自动打点。

    ```objectivec
Method originalMethod = class_getInstanceMethod([UIViewController class], @selector(viewDidAppear:));
Method swizzledMethod = class_getInstanceMethod([UIViewController class], @selector(my_viewDidAppear:));
method_exchangeImplementations(originalMethod, swizzledMethod);
```

4.  **关联对象（Associated Objects）**
*   允许在运行时为任何一个对象关联额外的键值数据。这相当于给已有的类动态添加了“属性”。
*   常用于为系统类（如 `UIView`）添加自定义数据，而无需子类化。

    ```objectivec
// 设置关联对象
objc_setAssociatedObject(object, &key, value, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
// 获取关联对象
id value = objc_getAssociatedObject(object, &key);
```

**总结 Runtime**：它赋予了 Objective-C 强大的动态能力，使得一些看似“黑魔法”的操作成为可能，是很多高级特性和框架（如 KVO、KVC、AOP）的基础。

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### 二、RunLoop（运行循环）

RunLoop 是一个与线程相关的、用于管理事件/消息的循环机制。它提供了一个入口函数，线程执行这个函数后，会进入“事件处理 -> 休眠 -> 等待事件唤醒 -> 事件处理”的循环中，直到循环结束。

#### 核心理解：事件驱动的基石
没有 RunLoop，线程执行完任务就会退出。有了 RunLoop，线程就能常驻内存，随时等待并处理外部事件（如触摸、网络数据到达、定时器触发）。

#### 主要职责和特性：

1.  **保持线程存活**
*   主线程的 RunLoop 在应用启动时默认是开启的，所以主线程不会退出。
*   对于子线程，RunLoop 默认不启动。如果你想创建一个常驻线程（比如一个一直等待任务的网络线程），你需要手动获取并运行它的 RunLoop。

    ```objectivec
// 子线程常驻
- (void)run {
@autoreleasepool {
NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];
[runLoop addPort:[NSMachPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode]; // 添加一个 Port 源来保活
[runLoop run]; // 进入无限循环
}
}
```

2.  **处理输入事件**
*   RunLoop 监听多种**事件源（Input Sources）**：
*   **Source0**： 非基于 Port 的事件，通常是应用内部事件，需要手动唤醒 RunLoop，如 `performSelector:onThread:`。
*   **Source1**： 基于 Port 的事件，通过内核进行线程间通信，能主动唤醒 RunLoop，如系统事件、网络套接字数据。
*   **Timers**： 定时器源，如 `NSTimer`。`NSTimer` 之所以需要添加到 RunLoop 才能工作，就是因为它依赖于 RunLoop 的循环来检查是否到点。
*   **Observers**： 观察者，可以监听 RunLoop 本身的活动状态，比如“即将处理 Timer”、“即将进入休眠”、“即将退出”等。常用于性能监控（如卡顿检测）。

3.  **管理运行模式（Modes）**
*   RunLoop 必须在特定的**模式（Mode）** 下运行。一个 Mode 是多个事件源（Source、Timer、Observer）的集合。
*   运行时，RunLoop 只会处理当前 Mode 下的源。
*   **常见模式**：
*   `NSDefaultRunLoopMode`： 默认模式，空闲状态。
*   `UITrackingRunLoopMode`： 界面跟踪模式，用于 `UIScrollView` 及其子类的滑动时，保证界面滑动不受其他事件影响。
*   `NSRunLoopCommonModes`： 一个伪模式，标记为 “Common” 的模式的集合。将一个源添加到这个模式，意味着它会在所有标记为 Common 的模式下都被处理。
*   **经典场景**： 一个 `NSTimer` 被添加到 `NSDefaultRunLoopMode`，当你在滑动 `UIScrollView` 时，RunLoop 会切换到 `UITrackingRunLoopMode`，此时 Timer 就不会被触发，导致滑动时计时器“卡住”。解决方法就是将 Timer 添加到 `NSRunLoopCommonModes`。

4.  **节省CPU资源，提高性能**
*   RunLoop 的精妙之处在于它的**休眠**机制。当没有事件需要处理时，RunLoop 会让线程进入休眠状态（由内核接管，CPU 不再分配时间片），此时几乎不消耗 CPU 资源。
*   当有事件到达时（如一个网络请求返回、一个定时器到点），由内核通知 RunLoop，RunLoop 随即被唤醒，然后处理该事件。

**总结 RunLoop**：它是 App 能够持续运行、流畅响应的关键。它通过巧妙的“事件-休眠”循环，高效地管理了线程的生命周期和任务调度。

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### 三、Runtime 与 RunLoop 的关系与区别

| 特性 | Runtime | RunLoop |
| :--- | :--- | :--- |
| **层级** | 语言级，Objective-C 的底层基础 | 框架级，通常是 Cocoa/CocoaTouch 框架的一部分 |
| **核心职责** | 实现 Objective-C 的动态特性（消息传递、方法解析等） | 管理线程的事件循环（事件处理、线程休眠与唤醒） |
| **影响范围** | 影响单个方法调用、对象创建等微观行为 | 影响整个线程的任务调度和生命周期 |
| **关系** | **RunLoop 本身是由 C 语言函数实现的，它的循环体中会调用到由 Runtime 管理的 Objective-C 方法。** 例如，当一个 Source1 端口事件唤醒 RunLoop 后，最终可能会触发一个 `objc_msgSend` 来调用某个对象的处理方法。 |

### 四、实际应用场景

*   **Runtime 应用**：
*   **Method Swizzling**： 无侵入埋点、全局 UI 样式统一。
*   **关联对象**： 为分类添加“属性”。
*   **字典转模型**： 在 `-setValue:forKey:` 时，利用 Runtime 获取属性列表，进行类型检查或转换。
*   **消息转发**： 实现多继承、容错处理（防止 unrecognized selector 崩溃）。

*   **RunLoop 应用**：
*   **卡顿监控**： 通过向主线程 RunLoop 添加 Observer，监听 `kCFRunLoopBeforeSources` 和 `kCFRunLoopBeforeWaiting` 状态之间的耗时，如果超时则认为发生了卡顿。
*   **自动释放池时机**： AppKit 和 UIKit 在主线程 RunLoop 的 `kCFRunLoopBeforeWaiting` 时销毁旧的自动释放池并创建新的。
*   **保证 NSTimer 在滑动时正常工作**： 将其添加到 `NSRunLoopCommonModes`。
*   **异步线程保活**： 创建常驻后台线程执行特定任务。

希望这个详细的解释能帮助你彻底理解 Runtime 和 RunLoop 这两个 iOS 开发的基石。