参考资料

NSTimer
深入理解RunLoop
《编写高质量iOS与OS X代码的52个有效方法》中第52条：别忘了 NSTimer 会保留其目标对象

定时器

定时器是线程通知自己做某事的一种方法。iOS 中的定时器由 NSTimer 实现，通过它可以在一段时间后执行一次或循环执行多次某一对象上的特定方法。NSTimer 对象必须作为定时源加入到线程的 runloop 中才可以工作，runloop 对象会强引用被加入的 NSTimer 对象。如果不想让定时器继续执行任务，则需要将定时器变为失效状态。只执行一次的定时器会在任务执行后自动变成失效状态，而循环执行的定时器则需要通过调用方法[- invalidate]来将定时器对象变为失效状态。runloop 不再引用失效的定时器对象。而且，失效的定时器对象不能再被重新使用。注意，只能在创建 NSTimer 对象的线程中调用[- invalidate]方法，否则，Runloop 可能无法正确移除定时源。

可以通过[- fire]方法让定时任务直接执行，如果定时器只执行一次，那么定时器自动失效。如果定时器是循环执行，那么该方法并不影响定时器的定期执行。

NSTimer 并不能保证定时任务一定会执行，例如在触发任务的时间点，runloop 恰好在执行一个非常耗时的任务，或者 runloop 的模式中并不包括监听定时源，那么定时任务都无法执行。对于循环执行的定时器，如果错过了多个周期的执行时间点，timer 对象并不会弥补这些执行次数，而只是直到下一次的触发时间点再进行尝试。为了提高系统的灵活性，通过设置 NSTimer 对象的tolerance属性，可以让触发任务的时间点有一定的延迟误差值，这样任务可能会比设定的时间晚一点执行，但一定不会早于设置的时间点。该属性的默认值是0，建议的值在间隔时间的10%以内。对于循环执行的定时器，下一次执行任务的时间点会根据原始时间，而不是延迟后的执行时间来增加时间间隔进行设置。

通过下列方法可以创建一个 timer 对象，并加入到当前线程的 runloop 中。一旦将定时器加入到线程的 runloop 中，定时器就会在设置的时间点执行任务。

+ (NSTimer *)scheduledTimerWithTimeInterval:(NSTimeInterval)ti invocation:(NSInvocation *)invocation repeats:(BOOL)yesOrNo;
+ (NSTimer *)scheduledTimerWithTimeInterval:(NSTimeInterval)ti target:(id)aTarget selector:(SEL)aSelector userInfo:(nullable id)userInfo repeats:(BOOL)yesOrNo;

通过下列方法可以创建一个 NSTimer 对象，之后可通过 NSRunloop 对象的[- addTimer:forMode:]方法将 timer 加入到指定线程的 runloop 中。

// 创建一个 timer 对象，
+ (NSTimer *)timerWithTimeInterval:(NSTimeInterval)ti invocation:(NSInvocation *)invocation repeats:(BOOL)yesOrNo;
+ (NSTimer *)timerWithTimeInterval:(NSTimeInterval)ti target:(id)aTarget selector:(SEL)aSelector userInfo:(nullable id)userInfo repeats:(BOOL)yesOrNo;
- (instancetype)initWithFireDate:(NSDate *)date interval:(NSTimeInterval)ti target:(id)t selector:(SEL)s userInfo:(nullable id)ui repeats:(BOOL)rep;

NSTimer 涉及的循环引用问题

由于计时器会保留其目标对象，等到自身失效时再释放此对象，所以设置成重复执行模式的计时器，很容易出现循环引用的问题。如下列代码：

#import "TimerTestClass.h"

@interface TimerTestClass ()

@property (nonatomic) NSTimer *timer;

@end

@implementation TimerTestClass

#pragma mark - Override

- (void)dealloc {
    [self.timer invalidate];
}

#pragma mark - Public

- (void)start {
    self.timer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:5 target:self selector:@selector(doSomething) userInfo:nil repeats:YES];
}

- (void)stop {
    [self.timer invalidate];
    self.timer = nil;
}

#pragma mark - Private

- (void)doSomething {
    // Do something
}

@end

如果创建了本类的实例，并调用了[- start]方法，那么实例通过属性保留了计时器，而计时器的目标对象又是实例本身，所以计时器也保留了目标对象，此时就产生了保留环。

当指向 TimerTestClass 类实例的所有外部引用都移走后，因为保留环，该实例仍然会继续存活，且无法回收，于是就造成了内存泄漏。这种内存泄漏问题尤为严重，因为计时器还将继续反复地执行轮询任务，造成更多不必要的资源消耗。

代码里想在系统回收本类实例的过程中令计时器无效，从而打破保留环的方法实际上是不可能的，因为保留环存在的情况下，实例的保留计数并不为0，系统无法将实例回收。要想打破保留环，只有通过调用[- stop]方法，令计时器失效，从而不再引用本类的实例。但无法确保外界对象会在释放最后一个指向本实例的引用之前，一定会调用[- stop]方法，所以这种方式也是不安全的。

这个问题可通过 block 来解决，为 NSTimer 添加分类如下：

#import "NSTimer+BlockSupport.h"

@implementation NSTimer (BlockSupport)

+ (NSTimer *)demo_scheduledTimerWithTimeInterval:(NSTimeInterval)ti block:(void (^)())block repeats:(BOOL)yesOrNo {
    return [self scheduledTimerWithTimeInterval:ti target:self selector:@selector(blockInvoke:) userInfo:[block copy] repeats:yesOrNo];
}

+ (void)blockInvoke:(NSTimer *)timer {
    void (^block) () = timer.userInfo;
    if (block) { block(); }
}

@end

这段代码将计时器所应执行的任务封装成 block，在调用计时器函数时，把它作为 userInfo 参数传入，只要计时器还有效，就会一直保留着它。计时器现在的 target 是 NSTimer 类对象，这是个单例，因此计时器是否会保留它，其实都无所谓。单纯的将计时器任务封装成块还不能解决问题，修改[- start]方法如下：

- (void)start {
    self.timer = [NSTimer demo_scheduledTimerWithTimeInterval:5 block:^{
        [self doSomething];
    } repeats:YES];
}

因为块捕获了 self 变量，所以块要保留实例。而计时器又通过 userInfo 参数保留了块。最后，实例本身还要保留计时器。这时，循环引用的问题依然存在。不过，只要改用弱引用，即可打破保留环：

- (void)start {
    __weak TimerTestClass *weakSelf = self;
    
    self.timer = [NSTimer demo_scheduledTimerWithTimeInterval:5 block:^{
        TimerTestClass *strongSelf = weakSelf;
        [strongSelf doSomething];
    } repeats:YES];
}

因为块捕获的是实例的弱引用，所以 self 不会为计时器所保留。当块开始执行时，立刻生成 strong 引用，以保证实例在执行期间持续存活。这样，当外界指向类实例的最后一个引用将其释放，则该实例就可为系统所回收了，回收过程中还会调用计时器的[- invalidate]方法。

值得注意的是，从 iOS10 开始，NSTimer 类本身就已经支持了通过 Block 传入任务的方式：

+ (NSTimer *)scheduledTimerWithTimeInterval:(NSTimeInterval)interval repeats:(BOOL)repeats block:(void (^)(NSTimer *timer))block;
+ (NSTimer *)timerWithTimeInterval:(NSTimeInterval)interval repeats:(BOOL)repeats block:(void (^)(NSTimer *timer))block;
- (instancetype)initWithFireDate:(NSDate *)date interval:(NSTimeInterval)interval repeats:(BOOL)repeats block:(void (^)(NSTimer *timer))block;

Runloop

RunLoop 是线程中的事件处理的循环。使用 RunLoop 的目的是让线程在有任务时处理任务，没有任务时处于休眠状态。

RunLoop 接收输入事件来自两种不同的来源：输入源（input source）和定时源（timer source）。输入源传递异步事件，通常消息来自于其他线程或程序。定时源则传递同步事件，发生在特定时间或者重复的时间间隔。两种源都使用程序的某一特定的处理例程来处理到达的事件。

runloop.png

正常情况下，一个线程启动后，开始执行一个任务，当任务执行完便退出线程。如果要让线程可以一直处于监听状态，随时响应事件，就需要在线程内执行一个循环，直到收到退出的信号时，才结束循环。这种模型通常称为 Event Loop，在苹果的开发体系中的实现就是 RunLoop。

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事件和消息，并提供了一个入口函数来执行上面 Event Loop 的逻辑。线程执行了这个函数后，就会一直处于这个函数内部 "接受消息->等待->处理" 的循环中，直到这个循环结束（比如传入 quit 的消息），函数返回。

苹果分别在 Foundation 层和 Core Foundation 层提供了 NSRunLoop 和 CFRunLoopRef 两个API。

RunLoop 和线程是一一对应的，可以通过 NSRunLoop 的+ mainRunLoop和+ currentRunLoop获取主线程和当前线程的 Run Loop。线程默认是没有 Run Loop
的，当第一次获取时，会创建 RunLoop。

一个 RunLoop 中可以有多个 Mode，RunLoop 启动时会应用某一个 Mode。Mode 内包含了 Source/Timer/Observer 三类集合，分别对应了事件的响应，固定时间点的响应和 RunLoop 本身变化的响应。如果需要切换 Mode，只能退出 Loop，再重新指定一个 Mode 进入。Mode 主要是为了分隔开不同组的 Source/Timer/Observer，让其互不影响。这里有一个 CommonModes 的概念，可以把 Source/Timer/Observer 这些响应加入到某一个 Mode 中，也可以加入到 CommonModes 中，而一个 Mode 可以标记为是否是 Common 的，当 Run Loop 使用一个 Mode 时，如果这个 Mode 是 Common 的，所有在 CommonModes 里的响应都会加入其中，使用 CommonModes 可以避免将同一响应分别加入不同的 Mode 中。

苹果公开提供的 Mode 有 NSDefaultRunLoopMode 和 UITrackingRunLoopMode，NSDefaultRunLoopMode 是 App 平时所处的状态，UITrackingRunLoopMode 是追踪 ScrollView 滑动时的状态。

通过 RunLoop 实现 AutoReleasePool，苹果在主线程 RunLoop 里注册Observer，进入 RunLoop 时，创建自动释放池，Loop 准备进入休眠时，释放旧的池并创建新池，Loop 退出时，释放自动释放池。

通过 RunLoop 实现事件响应，苹果注册响应系统事件的 source，当一个硬件事件(触摸/锁屏/摇晃等)发生后，首先由 IOKit.framework 生成一个 IOHIDEvent 事件并由 SpringBoard (iOS 的界面)接收。SpringBoard 只接收按键(锁屏/静音等)，触摸，加速，接近传感器等几种 Event，随后用 mach port 转发给需要的 App 进程。接着苹果注册的那个 Source 就会触发回调，把 IOHIDEvent 处理并包装成 UIEvent 进行处理或分发，其中包括识别 UIGesture/处理屏幕旋转/发送给 UIWindow 等。当识别了一个手势时，首先会将响应链打断，随后系统将对应的 UIGestureRecognizer 标记为待处理，苹果注册了一个 Observer 监测 Loop 即将进入休眠的事件，这个 Observer 的回调函数会获取所有刚被标记为待处理的 GestureRecognizer，并执行GestureRecognizer的回调。

通过 RunLoop 实现界面更新，当在操作 UI 时，比如改变了 Frame、更新了 UIView/CALayer 的层次时，或者手动调用了 UIView/CALayer 的 setNeedsLayout/setNeedsDisplay方法后，这个 UIView/CALayer 就被标记为待处理，并被提交到一个全局的容器去。苹果注册了一个 Observer 监听即将进入休眠和即将退出 Loop 的事件，回调的函数里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。

NSTimer 就是向 Run Loop 注册 Timer 类的响应，当到达固定的时间点时，Loop 就会唤醒并执行响应。

通过 RunLoop 实现 PerformSelecter，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。