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Android Handler处理机制 ( 三 )

Android Handler处理机制 ( 三 ) ——Handler,Message,Looper,MessageQueue

  在android中提供了一种异步回调机制Handler,使用它,我们可以在完成一个很长时间的任务后做出相应的通知

handler基本使用:

在主线程中,使用handler很简单,new一个Handler对象实现其handleMessage方法,在handleMessage中
提供收到消息后相应的处理方法即可,这里不对handler使用进行详细说明,在看本博文前,读者应该先掌握handler的基本使用,我这里主要深入描述handler的内部机制

.现在我们首先就有一个问题,我们使用myThreadHandler.sendEmptyMessage(0);发送一个message对象,那么Handler是如何接收该message对象并处理的呢?我先画一个数据结构图:

%title插图%num

从这个图中我们很清楚可以看到调用sendEmptyMessage后,会把 Message对象放入一个MessageQueue队列,该队列属于某个Looper对象,每个Looper对象通过 ThreadLocal.set(new Looper())跟一个Thread绑定了,Looper对象所属的线程在Looper.Loop方法中循环执行从MessageQueue队列读取 Message对象,并把Message对象交由Handler处理,调用Handler的dispatchMessage方法。

现在我们再来看一下使用Handler的基本实现代码:

// 主线程中新建一个handler
normalHandler = new Handler() {
public void handleMessage(android.os.Message msg) {
btnSendMsg2NormalHandler.setText(“normalHandler”);
Log.d(Constant.TAG, MessageFormat.format(“Thread[{0}]–normalHandler handleMessage run…”, Thread.currentThread()
.getName()));
}
};


//发送消息到hanlder
myThreadHandler.sendEmptyMessage(0);

你现在已经很清楚了sendEmptyMessage到handleMessage的 过程,途中经过Looper.MessageQueue队列,转由Looper所在的线程去处理了,这是一个异步的过程,当然Looper所在的线程也可 以是sendEmptyMessage所在的线程。

看了上面你也许还是迷惑不解,那么什么要Looper了,跟我们要用的Handler又有啥鸟关系呢?

我在前面一直强调在主线程中使用handler,为什么要这么说呢,因为你在自己new一个新线程中去像我前面那样简单建立一个Handler,程序执行是会报错的:

java.lang.RuntimeException: Can’t create handler inside thread that has not called Looper.prepare()
at android.os.Handler.<init>(Handler.java:121)
at com.cao.android.demos.handles.HandleTestActivity$MyThread$1.<init>(HandleTestActivity.java:86)
at com.cao.android.demos.handles.HandleTestActivity$MyThread.run(HandleTestActivity.java:86)

为什么在主线程中不会报错,而在自己新见的线程中就会报这个错误呢?很简单,因为主线程它已经建立了Looper,你可以打开ActivityThread的源码看一下:

public static final void main(String[] args) {
SamplingProfilerIntegration.start();

Process.setArgV0(“<pre-initialized>”);

Looper.prepareMainLooper();

ActivityThread thread = new ActivityThread();
thread.attach(false);

Looper.loop();

if (Process.supportsProcesses()) {
throw new RuntimeException(“Main thread loop unexpectedly exited”);
}

thread.detach();
String name = (thread.mInitialApplication != null)
? thread.mInitialApplication.getPackageName()
: “<unknown>”;
Slog.i(TAG, “Main thread of ” + name + ” is now exiting”);
}

在main函数中它已经做了这个事情了,为什么要调用 Looper.prepareMainLooper(); Looper.loop();我们可以进去看一下,在prepareMainLooper方法中新建了一个looper对象,并与当前进程进行了绑定,而 在Looper.loop方法中,线程建立消息循环机制,循环从MessageQueue获取Message对象,调用  msg.target.dispatchMessage(msg);进行处理msg.target在 myThreadHandler.sendEmptyMessage(0)设置进去的,因为一个Thead中可以建立多个Hander,通过 msg.target保证MessageQueue中的每个msg交由发送message的handler进行处理,那么Handler又是怎样与 Looper建立联系的呢,在Handler构造函数中有这样一段代码:

mLooper = Looper.myLooper();
if (mLooper == null) {
throw new RuntimeException(
“Can’t create handler inside thread that has not called Looper.prepare()”);
}
mQueue = mLooper.mQueue;

在新建Handler时需要设置mLooper成员,Looper.myLooper是从当前线程中获取绑定的Looper对象:

public static final Looper myLooper() {
return (Looper)sThreadLocal.get();
}

若Looper对象没有创建,就会抛异常”Can’t create handler inside thread that has not called Looper.prepare()”
这跟我前面讲的是一致的。所以我们在一个新线程中要创建一个Handler就需要这样写:

class MyThread extends Thread {

public void run() {
Log.d(Constant.TAG, MessageFormat.format(“Thread[{0}]– run…”, Thread
.currentThread().getName()));
// 其它线程中新建一个handler
Looper.prepare();// 创建该线程的Looper对象,用于接收消息,在非主线程中是没有looper的所以在创建handler前一定要使用prepare()创建一个Looper
myThreadHandler = new Handler() {
public void handleMessage(android.os.Message msg) {
Log.d(Constant.TAG, MessageFormat.format(“Thread[{0}]–myThreadHandler handleMessage run…”, Thread
.currentThread().getName()));
}
};
Looper.myLooper().loop();//建立一个消息循环,该线程不会退出
}
}

现在,你应该对Handler的机制有所了解了吧,若有什么疑问,欢迎在评论中提出

在其它线程中Handler使用主线程的Looper

前面我说了在新线程中要新建一个Handler需要调用Looper.prepare();也有另一种方法就是使用主线程中的Looper,那就不必新建Looper对象了:

threadMainLoopHandler =new Handler(Looper.getMainLooper()){
public void handleMessage(android.os.Message msg) {
Log.d(Constant.TAG, MessageFormat.format(“Thread[{0}]–threadMainLoopHandler handleMessage run…”, Thread
.currentThread().getName()));
}
//该handleMessage方法将在mainthread中执行
};

这时候注意不要在handleMessage做太多的操作,因为它在主线程中执行,会影响主线程执行ui更新操作。

使用Message.callback回调

public void dispatchMessage(Message msg) {
if (msg.callback != null) {
handleCallback(msg);
} else {
if (mCallback != null) {
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
}
}
handleMessage(msg);
}
}
从dispatchMessage定义可以看出,如果Message对象自带callback对象,handler不会执行handleMessage方 法而是执行message.callback中定义的run方法,当然callback还是在handler关联的looper所绑定的线程中执行的。实 际上Handler.post(Runnable r)方法就是把r添加到一个msg.callback的,也就是说,下面两种写法,没有什么区别:

1.使用Message.callback

 

  1. Message msg = Message.obtain(myThreadHandler,new Runnable() {  
  2.     @Override  
  3.     public void run() {  
  4.         Log.d(Constant.TAG, MessageFormat.format(“Thread[{0}]–myThreadHandler.Message.callback.run”,  
  5.                 Thread.currentThread().getName()));
  6.     }
  7. });
  8. myThreadHandler.sendMessage(msg);

2.使用Handler.post

 

  1. myThreadHandler.post(new Runnable() {  
  2.                     @Override  
  3.                     public void run() {  
  4.                         Log.d(Constant.TAG, MessageFormat.format(“Thread[{0}]–myThreadHandler.Message.callback.run”,  
  5.                                 Thread.currentThread().getName()));
  6.                     }
  7.                 });

对于Handler机制相关测试,我写了一个测试类

3.Handler对Activity finish影响。

在开发的过程中碰到一个棘手的问题,调用Activity.finish函数 Acitivity没有执行生命周期的ondestory函数,后面查找半天是因为有一个handler成员,因为它有一个delay消息没有处理,调用 Activity.finish,Activity不会马上destory,所以记得在Ativity finish前清理一下handle中的未处理的消息,这样Activity才会顺利的destory

Android Handler处理机制 ( 二 )

Android Handler处理机制 ——Handler,Message,Looper,MessageQueue

Android是消息驱动的,实现消息驱动有几个要素:

  1. 消息的表示:Message
  2. 消息队列:MessageQueue
  3. 消息循环,用于循环取出消息进行处理:Looper
  4. 消息处理,消息循环从消息队列中取出消息后要对消息进行处理:Handler

平时我们*常使用的就是Message与Handler了,如果使用过HandlerThread或者自己实现类似HandlerThread的东 西可能还会接触到Looper,而MessageQueue是Looper内部使用的,对于标准的SDK,我们是无法实例化并使用的(构造函数是包可见 性)。

我们平时接触到的Looper、Message、Handler都是用JAVA实现的,Android做为基于Linux的系统,底层用C、C++ 实现的,而且还有NDK的存在,消息驱动的模型怎么可能只存在于JAVA层,实际上,在Native层存在与Java层对应的类如Looper、 MessageQueue等。

 初始化消息队列

首先来看一下如果一个线程想实现消息循环应该怎么做,以HandlerThread为例:

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public void run() {
    mTid = Process.myTid();
    Looper.prepare();
    synchronized (this) {
        mLooper = Looper.myLooper();
        notifyAll();
    }
    Process.setThreadPriority(mPriority);
    onLooperPrepared();
    Looper.loop();
    mTid = -1;
}
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主要是红色标明的两句,首先调用prepare初始化MessageQueue与Looper,然后调用loop进入消息循环。先看一下Looper.prepare。

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public static void prepare() {
    prepare(true);
}

private static void prepare(boolean quitAllowed) {
    if (sThreadLocal.get() != null) {
        throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
    }
    sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));
}
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重载函数,quitAllowed默认为true,从名字可以看出来就是消息循环是否可以退出,默认是可退出的,Main线程(UI线程)初始化消 息循环时会调用prepareMainLooper,传进去的是false。使用了ThreadLocal,每个线程可以初始化一个Looper。

再来看一下Looper在初始化时都做了什么:

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private Looper(boolean quitAllowed) {
    mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
    mRun = true;
    mThread = Thread.currentThread();
}

MessageQueue(boolean quitAllowed) {
    mQuitAllowed = quitAllowed;
    nativeInit();
}
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在Looper初始化时,新建了一个MessageQueue的对象保存了在成员mQueue中。MessageQueue的构造函数是包可见性,所以我们是无法直接使用的,在MessageQueue初始化的时候调用了nativeInit,这是一个Native方法:

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static void android_os_MessageQueue_nativeInit(JNIEnv* env, jobject obj) {
    NativeMessageQueue* nativeMessageQueue = new NativeMessageQueue();
    if (!nativeMessageQueue) {
        jniThrowRuntimeException(env, "Unable to allocate native queue");
        return;
    }

    nativeMessageQueue->incStrong(env);
    android_os_MessageQueue_setNativeMessageQueue(env, obj, nativeMessageQueue);
}

static void android_os_MessageQueue_setNativeMessageQueue(JNIEnv* env, jobject messageQueueObj,
        NativeMessageQueue* nativeMessageQueue) {
    env->SetIntField(messageQueueObj, gMessageQueueClassInfo.mPtr,
             reinterpret_cast<jint>(nativeMessageQueue));
}
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在nativeInit中,new了一个Native层的MessageQueue的对象,并将其地址保存在了Java层MessageQueue 的成员mPtr中,Android中有好多这样的实现,一个类在Java层与Native层都有实现,通过JNI的GetFieldID与 SetIntField把Native层的类的实例地址保存到Java层类的实例的mPtr成员中,比如Parcel。

再看NativeMessageQueue的实现:

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NativeMessageQueue::NativeMessageQueue() : mInCallback(false), mExceptionObj(NULL) {
    mLooper = Looper::getForThread();
    if (mLooper == NULL) {
        mLooper = new Looper(false);
        Looper::setForThread(mLooper);
    }
}
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在NativeMessageQueue的构造函数中获得了一个Native层的Looper对象,Native层的Looper也使用了线程本地存储,注意new Looper时传入了参数false。

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Looper::Looper(bool allowNonCallbacks) :
        mAllowNonCallbacks(allowNonCallbacks), mSendingMessage(false),
        mResponseIndex(0), mNextMessageUptime(LLONG_MAX) {
    int wakeFds[2];
    int result = pipe(wakeFds);
    LOG_ALWAYS_FATAL_IF(result != 0, "Could not create wake pipe.  errno=%d", errno);

    mWakeReadPipeFd = wakeFds[0];
    mWakeWritePipeFd = wakeFds[1];

    result = fcntl(mWakeReadPipeFd, F_SETFL, O_NONBLOCK);
    LOG_ALWAYS_FATAL_IF(result != 0, "Could not make wake read pipe non-blocking.  errno=%d",
            errno);

    result = fcntl(mWakeWritePipeFd, F_SETFL, O_NONBLOCK);
    LOG_ALWAYS_FATAL_IF(result != 0, "Could not make wake write pipe non-blocking.  errno=%d",
            errno);

    // Allocate the epoll instance and register the wake pipe.
    mEpollFd = epoll_create(EPOLL_SIZE_HINT);
    LOG_ALWAYS_FATAL_IF(mEpollFd < 0, "Could not create epoll instance.  errno=%d", errno);

    struct epoll_event eventItem;
    memset(& eventItem, 0, sizeof(epoll_event)); // zero out unused members of data field union
    eventItem.events = EPOLLIN;
    eventItem.data.fd = mWakeReadPipeFd;
    result = epoll_ctl(mEpollFd, EPOLL_CTL_ADD, mWakeReadPipeFd, & eventItem);
    LOG_ALWAYS_FATAL_IF(result != 0, "Could not add wake read pipe to epoll instance.  errno=%d",
            errno);
}
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Native层的Looper使用了epoll。初始化了一个管道,用mWakeWritePipeFd与mWakeReadPipeFd分别保存 了管道的写端与读端,并监听了读端的EPOLLIN事件。注意下初始化列表的值,mAllowNonCallbacks的值为false。

mAllowNonCallback是做什么的?使用epoll仅为了监听mWakeReadPipeFd的事件?其实Native Looper不仅可以监听这一个描述符,Looper还提供了addFd方法:

int addFd(int fd, int ident, int events, ALooper_callbackFunc callback, void* data);
int addFd(int fd, int ident, int events, const sp<LooperCallback>& callback, void* data);

fd表示要监听的描述符。ident表示要监听的事件的标识,值必须>=0或者为 ALOOPER_POLL_CALLBACK(-2),event表示要监听的事件,callback是事件发生时的回调函 数,mAllowNonCallbacks的作用就在于此,当mAllowNonCallbacks为true时允许callback为NULL,在 pollOnce中ident作为结果返回,否则不允许callback为空,当callback不为NULL时,ident的值会被忽略。还是直接看代 码方便理解:

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int Looper::addFd(int fd, int ident, int events, const sp<LooperCallback>& callback, void* data) {
#if DEBUG_CALLBACKS
    ALOGD("%p ~ addFd - fd=%d, ident=%d, events=0x%x, callback=%p, data=%p", this, fd, ident,
            events, callback.get(), data);
#endif
    if (!callback.get()) {
        if (! mAllowNonCallbacks) {
            ALOGE("Invalid attempt to set NULL callback but not allowed for this looper.");
            return -1;
        }
        if (ident < 0) {
            ALOGE("Invalid attempt to set NULL callback with ident < 0.");
            return -1;
        }
    } else {
        ident = ALOOPER_POLL_CALLBACK;
    }

    int epollEvents = 0;
    if (events & ALOOPER_EVENT_INPUT) epollEvents |= EPOLLIN;
    if (events & ALOOPER_EVENT_OUTPUT) epollEvents |= EPOLLOUT;

    { // acquire lock
        AutoMutex _l(mLock);

        Request request;
        request.fd = fd;
        request.ident = ident;
        request.callback = callback;
        request.data = data;

        struct epoll_event eventItem;
        memset(& eventItem, 0, sizeof(epoll_event)); // zero out unused members of data field union
        eventItem.events = epollEvents;
        eventItem.data.fd = fd;

        ssize_t requestIndex = mRequests.indexOfKey(fd);
        if (requestIndex < 0) {
            int epollResult = epoll_ctl(mEpollFd, EPOLL_CTL_ADD, fd, & eventItem);
            if (epollResult < 0) {
                ALOGE("Error adding epoll events for fd %d, errno=%d", fd, errno);
                return -1;
            }
            mRequests.add(fd, request);
        } else {
            int epollResult = epoll_ctl(mEpollFd, EPOLL_CTL_MOD, fd, & eventItem);
            if (epollResult < 0) {
                ALOGE("Error modifying epoll events for fd %d, errno=%d", fd, errno);
                return -1;
            }
            mRequests.replaceValueAt(requestIndex, request);
        }
    } // release lock
    return 1;
}
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如果callback为空会检查mAllowNonCallbacks看是否允许callback为空,如果允许callback为空还会检测 ident是否>=0。如果callback不为空会把ident的值赋值为ALOOPER_POLL_CALLBACK,不管传进来的是什么值。

接下来把传进来的参数值封装到一个Request结构体中,并以描述符为键保存到一个KeyedVector mRequests中,然后通过epoll_ctl添加或替换(如果这个描述符之前有调用addFD添加监听)对这个描述符事件的监听。

类图:

%title插图%num

发送消息

通过Looper.prepare初始化好消息队列后就可以调用Looper.loop进入消息循环了,然后我们就可以向消息队列发送消息,消息循环就会取出消息进行处理,在看消息处理之前,先看一下消息是怎么被添加到消息队列的。

在Java层,Message类表示一个消息对象,要发送消息首先就要先获得一个消息对象,Message类的构造函数是public的,但是不建 议直接new Message,Message内部保存了一个缓存的消息池,我们可以用obtain从缓存池获得一个消息,Message使用完后系统会调用 recycle回收,如果自己new很多Message,每次使用完后系统放入缓存池,会占用很多内存的,如下所示:

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    public static Message obtain() {
        synchronized (sPoolSync) {
            if (sPool != null) {
                Message m = sPool;
                sPool = m.next;
                m.next = null;
                sPoolSize--;
                return m;
            }
        }
        return new Message();
    }

    public void recycle() {
        clearForRecycle();

        synchronized (sPoolSync) {
            if (sPoolSize < MAX_POOL_SIZE) {
                next = sPool;
                sPool = this;
                sPoolSize++;
            }
        }
    }
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Message内部通过next成员实现了一个链表,这样sPool就了为了一个Messages的缓存链表。

消息对象获取到了怎么发送呢,大家都知道是通过Handler的post、sendMessage等方法,其实这些方法*终都是调用的同一个方法sendMessageAtTime:

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    public boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis) {
        MessageQueue queue = mQueue;
        if (queue == null) {
            RuntimeException e = new RuntimeException(
                    this + " sendMessageAtTime() called with no mQueue");
            Log.w("Looper", e.getMessage(), e);
            return false;
        }
        return enqueueMessage(queue, msg, uptimeMillis);
    }
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sendMessageAtTime获取到消息队列然后调用enqueueMessage方法,消息队列mQueue是从与Handler关联的Looper获得的。

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    private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
        msg.target = this;
        if (mAsynchronous) {
            msg.setAsynchronous(true);
        }
        return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
    }
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enqueueMessage将message的target设置为当前的handler,然后调用MessageQueue的 enqueueMessage,在调用queue.enqueueMessage之前判断了mAsynchronous,从名字看是异步消息的意思,要明 白Asynchronous的作用,需要先了解一个概念Barrier。

Barrier与Asynchronous Message

Barrier是什么意思呢,从名字看是一个拦截器,在这个拦截器后面的消息都暂时无法执行,直到这个拦截器被移除了,MessageQueue有一个函数叫enqueueSyncBarier可以添加一个Barrier。

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    int enqueueSyncBarrier(long when) {
        // Enqueue a new sync barrier token.
        // We don't need to wake the queue because the purpose of a barrier is to stall it.
        synchronized (this) {
            final int token = mNextBarrierToken++;
            final Message msg = Message.obtain();
            msg.arg1 = token;

            Message prev = null;
            Message p = mMessages;
            if (when != 0) {
                while (p != null && p.when <= when) {
                    prev = p;
                    p = p.next;
                }
            }
            if (prev != null) { // invariant: p == prev.next
                msg.next = p;
                prev.next = msg;
            } else {
                msg.next = p;
                mMessages = msg;
            }
            return token;
        }
    }
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在enqueueSyncBarrier中,obtain了一个Message,并设置msg.arg1=token,token仅是一个每次调用 enqueueSyncBarrier时自增的int值,目的是每次调用enqueueSyncBarrier时返回唯一的一个token,这个 Message同样需要设置执行时间,然后插入到消息队列,特殊的是这个Message没有设置target,即msg.target为null。

进入消息循环后会不停地从MessageQueue中取消息执行,调用的是MessageQueue的next函数,其中有这么一段:

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Message msg = mMessages;
if (msg != null && msg.target == null) {
    // Stalled by a barrier.  Find the next asynchronous message in the queue.
    do {
        prevMsg = msg;
        msg = msg.next;
    } while (msg != null && !msg.isAsynchronous());
}
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如果队列头部的消息的target为null就表示它是个Barrier,因为只有两种方法往mMessages中添加消息,一种是 enqueueMessage,另一种是enqueueBarrier,而enqueueMessage中如果mst.target为null是直接抛异 常的,后面会看到。

所谓的异步消息其实就是这样的,我们可以通过enqueueBarrier往消息队列中插入一个Barrier,那么队列中执行时间在这个 Barrier以后的同步消息都会被这个Barrier拦截住无法执行,直到我们调用removeBarrier移除了这个Barrier,而异步消息则 没有影响,消息默认就是同步消息,除非我们调用了Message的setAsynchronous,这个方法是隐藏的。只有在初始化Handler时通过 参数指定往这个Handler发送的消息都是异步的,这样在Handler的enqueueMessage中就会调用Message的 setAsynchronous设置消息是异步的,从上面Handler.enqueueMessage的代码中可以看到。

所谓异步消息,其实只有一个作用,就是在设置Barrier时仍可以不受Barrier的影响被正常处理,如果没有设置Barrier,异步消息就与同步消息没有区别,可以通过removeSyncBarrier移除Barrier:

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void removeSyncBarrier(int token) {
    // Remove a sync barrier token from the queue.
    // If the queue is no longer stalled by a barrier then wake it.
    final boolean needWake;
    synchronized (this) {
        Message prev = null;
        Message p = mMessages;
        while (p != null && (p.target != null || p.arg1 != token)) {
            prev = p;
            p = p.next;
        }
        if (p == null) {
            throw new IllegalStateException("The specified message queue synchronization "
                    + " barrier token has not been posted or has already been removed.");
        }
        if (prev != null) {
            prev.next = p.next;
            needWake = false;
        } else {
            mMessages = p.next;
            needWake = mMessages == null || mMessages.target != null;
        }
        p.recycle();
    }
    if (needWake) {
        nativeWake(mPtr);
    }
}
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参数token就是enqueueSyncBarrier的返回值,如果没有调用指定的token不存在是会抛异常的。

enqueueMessage

接下来看一下是怎么MessageQueue的enqueueMessage。

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    final boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
        if (msg.isInUse()) {
            throw new AndroidRuntimeException(msg + " This message is already in use.");
        }
        if (msg.target == null) {
            throw new AndroidRuntimeException("Message must have a target.");
        }

        boolean needWake;
        synchronized (this) {
            if (mQuiting) {
                RuntimeException e = new RuntimeException(
                        msg.target + " sending message to a Handler on a dead thread");
                Log.w("MessageQueue", e.getMessage(), e);
                return false;
            }

            msg.when = when;
            Message p = mMessages;
            if (p == null || when == 0 || when < p.when) {
                // New head, wake up the event queue if blocked.
                msg.next = p;
                mMessages = msg;
                needWake = mBlocked;
            } else {
                // Inserted within the middle of the queue.  Usually we don't have to wake
                // up the event queue unless there is a barrier at the head of the queue
                // and the message is the earliest asynchronous message in the queue.
                needWake = mBlocked && p.target == null && msg.isAsynchronous();
                Message prev;
                for (;;) {
                    prev = p;
                    p = p.next;
                    if (p == null || when < p.when) {
                        break;
                    }
                    if (needWake && p.isAsynchronous()) {
                        needWake = false;
                    }
                }
                msg.next = p; // invariant: p == prev.next
                prev.next = msg;
            }
        }
        if (needWake) {
            nativeWake(mPtr);
        }
        return true;
    }
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注意上面代码红色的部分,当msg.target为null时是直接抛异常的。

在enqueueMessage中首先判断,如果当前的消息队列为空,或者新添加的消息的执行时间when是0,或者新添加的消息的执行时间比消息 队列头的消息的执行时间还早,就把消息添加到消息队列头(消息队列按时间排序),否则就要找到合适的位置将当前消息添加到消息队列。

Native发送消息

消息模型不只是Java层用的,Native层也可以用,前面也看到了消息队列初始化时也同时初始化了Native层的Looper与 NativeMessageQueue,所以Native层应该也是可以发送消息的。与Java层不同的是,Native层是通过Looper发消息的, 同样所有的发送方法*终是调用sendMessageAtTime:

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void Looper::sendMessageAtTime(nsecs_t uptime, const sp<MessageHandler>& handler,
        const Message& message) {
#if DEBUG_CALLBACKS
    ALOGD("%p ~ sendMessageAtTime - uptime=%lld, handler=%p, what=%d",
            this, uptime, handler.get(), message.what);
#endif

    size_t i = 0;
    { // acquire lock
        AutoMutex _l(mLock);

        size_t messageCount = mMessageEnvelopes.size();
        while (i < messageCount && uptime >= mMessageEnvelopes.itemAt(i).uptime) {
            i += 1;
        }

        MessageEnvelope messageEnvelope(uptime, handler, message);
        mMessageEnvelopes.insertAt(messageEnvelope, i, 1);

        // Optimization: If the Looper is currently sending a message, then we can skip
        // the call to wake() because the next thing the Looper will do after processing
        // messages is to decide when the next wakeup time should be.  In fact, it does
        // not even matter whether this code is running on the Looper thread.
        if (mSendingMessage) {
            return;
        }
    } // release lock

    // Wake the poll loop only when we enqueue a new message at the head.
    if (i == 0) {
        wake();
    }
}
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Native Message只有一个int型的what字段用来区分不同的消息,sendMessageAtTime指定了Message,Message要执行的时 间when,与处理这个消息的Handler:MessageHandler,然后用MessageEnvelope封装了time, MessageHandler与Message,Native层发的消息都保存到了mMessageEnvelopes 中,mMessageEnvelopes是一个Vector<MessageEnvelope>。Native层消息同样是按时间排序,与 Java层的消息分别保存在两个队列里。

消息循环

消息队列初始化好了,也知道怎么发消息了,下面就是怎么处理消息了,看Handler.loop函数:

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    public static void loop() {
        final Looper me = myLooper();
        if (me == null) {
            throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
        }
        final MessageQueue queue = me.mQueue;

        // Make sure the identity of this thread is that of the local process,
        // and keep track of what that identity token actually is.
        Binder.clearCallingIdentity();
        final long ident = Binder.clearCallingIdentity();

        for (;;) {
            Message msg = queue.next(); // might block
            if (msg == null) {
                // No message indicates that the message queue is quitting.
                return;
            }

            // This must be in a local variable, in case a UI event sets the logger
            Printer logging = me.mLogging;
            if (logging != null) {
                logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " +
                        msg.callback + ": " + msg.what);
            }

            msg.target.dispatchMessage(msg);

            if (logging != null) {
                logging.println("<<<<< Finished to " + msg.target + " " + msg.callback);
            }

            // Make sure that during the course of dispatching the
            // identity of the thread wasn't corrupted.
            final long newIdent = Binder.clearCallingIdentity();
            if (ident != newIdent) {
                Log.wtf(TAG, "Thread identity changed from 0x"
                        + Long.toHexString(ident) + " to 0x"
                        + Long.toHexString(newIdent) + " while dispatching to "
                        + msg.target.getClass().getName() + " "
                        + msg.callback + " what=" + msg.what);
            }

            msg.recycle();
        }
    }
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loop每次从MessageQueue取出一个Message,调用 msg.target.dispatchMessage(msg),target就是发送message时跟message关联的handler,这样就 调用到了熟悉的dispatchMessage,Message被处理后会被recycle。当queue.next返回null时会退出消息循环,接下 来就看一下MessageQueue.next是怎么取出消息的,又会在什么时候返回null。

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final Message next() {
        int pendingIdleHandlerCount = -1; // -1 only during first iteration
        int nextPollTimeoutMillis = 0;

        for (;;) {
            if (nextPollTimeoutMillis != 0) {
                Binder.flushPendingCommands();
            }
            nativePollOnce(mPtr, nextPollTimeoutMillis);

            synchronized (this) {
                if (mQuiting) {
                    return null;
                }

                // Try to retrieve the next message.  Return if found.
                final long now = SystemClock.uptimeMillis();
                Message prevMsg = null;
                Message msg = mMessages;
                if (msg != null && msg.target == null) {
                    // Stalled by a barrier.  Find the next asynchronous message in the queue.
                    do {
                        prevMsg = msg;
                        msg = msg.next;
                    } while (msg != null && !msg.isAsynchronous());
                }
                if (msg != null) {
                    if (now < msg.when) {
                        // Next message is not ready.  Set a timeout to wake up when it is ready.
                        nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE);
                    } else {
                        // Got a message.
                        mBlocked = false;
                        if (prevMsg != null) {
                            prevMsg.next = msg.next;
                        } else {
                            mMessages = msg.next;
                        }
                        msg.next = null;
                        if (false) Log.v("MessageQueue", "Returning message: " + msg);
                        msg.markInUse();
                        return msg;
                    }
                } else {
                    // No more messages.
                    nextPollTimeoutMillis = -1;
                }

                // If first time idle, then get the number of idlers to run.
                // Idle handles only run if the queue is empty or if the first message
                // in the queue (possibly a barrier) is due to be handled in the future.
                if (pendingIdleHandlerCount < 0
                        && (mMessages == null || now < mMessages.when)) {
                    pendingIdleHandlerCount = mIdleHandlers.size();
                }
                if (pendingIdleHandlerCount <= 0) {
                    // No idle handlers to run.  Loop and wait some more.
                    mBlocked = true;
                    continue;
                }

                if (mPendingIdleHandlers == null) {
                    mPendingIdleHandlers = new IdleHandler[Math.max(pendingIdleHandlerCount, 4)];
                }
                mPendingIdleHandlers = mIdleHandlers.toArray(mPendingIdleHandlers);
            }

            // Run the idle handlers.
            // We only ever reach this code block during the first iteration.
            for (int i = 0; i < pendingIdleHandlerCount; i++) {
                final IdleHandler idler = mPendingIdleHandlers[i];
                mPendingIdleHandlers[i] = null; // release the reference to the handler

                boolean keep = false;
                try {
                    keep = idler.queueIdle();
                } catch (Throwable t) {
                    Log.wtf("MessageQueue", "IdleHandler threw exception", t);
                }

                if (!keep) {
                    synchronized (this) {
                        mIdleHandlers.remove(idler);
                    }
                }
            }

            // Reset the idle handler count to 0 so we do not run them again.
            pendingIdleHandlerCount = 0;

            // While calling an idle handler, a new message could have been delivered
            // so go back and look again for a pending message without waiting.
            nextPollTimeoutMillis = 0;
        }
    }
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MessageQueue.next首先会调用nativePollOnce,然后如果mQuiting为true就返回null,Looper就会退出消息循环。

接下来取消息队列头部的消息,如果头部消息是Barrier(target==null)就往后遍历找到*个异步消息,接下来检测获取到的消息 (消息队列头部的消息或者*个异步消息),如果为null表示没有消息要执行,设置nextPollTimeoutMillis = -1;否则检测这个消息要执行的时间,如果到执行时间了就将这个消息markInUse并从消息队列移除,然后从next返回到loop;否则设置 nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when – now, Integer.MAX_VALUE),即距离*近要执行的消息还需要多久,无论是当前消息队列没有消息可以执行(设置了Barrier并且没有异步消息 或消息队列为空)还是队列头部的消息未到执行时间,都会执行后面的代码,看有没有设置IdleHandler,如果有就运行IdleHandler,当 IdleHandler被执行之后会设置nextPollTimeoutMillis = 0。

首先看一下nativePollOnce,native方法,调用JNI,*后调到了Native Looper::pollOnce,并从Java层传进去了nextPollTimeMillis,即Java层的消息队列中执行时间*近的消息还要多久到执行时间。

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int Looper::pollOnce(int timeoutMillis, int* outFd, int* outEvents, void** outData) {
    int result = 0;
    for (;;) {
        while (mResponseIndex < mResponses.size()) {
            const Response& response = mResponses.itemAt(mResponseIndex++);
            int ident = response.request.ident;
            if (ident >= 0) {
                int fd = response.request.fd;
                int events = response.events;
                void* data = response.request.data;
#if DEBUG_POLL_AND_WAKE
                ALOGD("%p ~ pollOnce - returning signalled identifier %d: "
                        "fd=%d, events=0x%x, data=%p",
                        this, ident, fd, events, data);
#endif
                if (outFd != NULL) *outFd = fd;
                if (outEvents != NULL) *outEvents = events;
                if (outData != NULL) *outData = data;
                return ident;
            }
        }

        if (result != 0) {
#if DEBUG_POLL_AND_WAKE
            ALOGD("%p ~ pollOnce - returning result %d", this, result);
#endif
            if (outFd != NULL) *outFd = 0;
            if (outEvents != NULL) *outEvents = 0;
            if (outData != NULL) *outData = NULL;
            return result;
        }

        result = pollInner(timeoutMillis);
    }
}
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先不看开始的一大串代码,先看一下pollInner:

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int Looper::pollInner(int timeoutMillis) {
#if DEBUG_POLL_AND_WAKE
    ALOGD("%p ~ pollOnce - waiting: timeoutMillis=%d", this, timeoutMillis);
#endif

    // Adjust the timeout based on when the next message is due.
    if (timeoutMillis != 0 && mNextMessageUptime != LLONG_MAX) {
        nsecs_t now = systemTime(SYSTEM_TIME_MONOTONIC);
        int messageTimeoutMillis = toMillisecondTimeoutDelay(now, mNextMessageUptime);
        if (messageTimeoutMillis >= 0
                && (timeoutMillis < 0 || messageTimeoutMillis < timeoutMillis)) {
            timeoutMillis = messageTimeoutMillis;
        }
#if DEBUG_POLL_AND_WAKE
        ALOGD("%p ~ pollOnce - next message in %lldns, adjusted timeout: timeoutMillis=%d",
                this, mNextMessageUptime - now, timeoutMillis);
#endif
    }

    // Poll.
    int result = ALOOPER_POLL_WAKE;
    mResponses.clear();
    mResponseIndex = 0;

    struct epoll_event eventItems[EPOLL_MAX_EVENTS];
    int eventCount = epoll_wait(mEpollFd, eventItems, EPOLL_MAX_EVENTS, timeoutMillis);

    // Acquire lock.
    mLock.lock();

    // Check for poll error.
    if (eventCount < 0) {
        if (errno == EINTR) {
            goto Done;
        }
        ALOGW("Poll failed with an unexpected error, errno=%d", errno);
        result = ALOOPER_POLL_ERROR;
        goto Done;
    }

    // Check for poll timeout.
    if (eventCount == 0) {
#if DEBUG_POLL_AND_WAKE
        ALOGD("%p ~ pollOnce - timeout", this);
#endif
        result = ALOOPER_POLL_TIMEOUT;
        goto Done;
    }

    // Handle all events.
#if DEBUG_POLL_AND_WAKE
    ALOGD("%p ~ pollOnce - handling events from %d fds", this, eventCount);
#endif

    for (int i = 0; i < eventCount; i++) {
        int fd = eventItems[i].data.fd;
        uint32_t epollEvents = eventItems[i].events;
        if (fd == mWakeReadPipeFd) {
            if (epollEvents & EPOLLIN) {
                awoken();
            } else {
                ALOGW("Ignoring unexpected epoll events 0x%x on wake read pipe.", epollEvents);
            }
        } else {
            ssize_t requestIndex = mRequests.indexOfKey(fd);
            if (requestIndex >= 0) {
                int events = 0;
                if (epollEvents & EPOLLIN) events |= ALOOPER_EVENT_INPUT;
                if (epollEvents & EPOLLOUT) events |= ALOOPER_EVENT_OUTPUT;
                if (epollEvents & EPOLLERR) events |= ALOOPER_EVENT_ERROR;
                if (epollEvents & EPOLLHUP) events |= ALOOPER_EVENT_HANGUP;
                pushResponse(events, mRequests.valueAt(requestIndex));
            } else {
                ALOGW("Ignoring unexpected epoll events 0x%x on fd %d that is "
                        "no longer registered.", epollEvents, fd);
            }
        }
    }
Done: ;

    // Invoke pending message callbacks.
    mNextMessageUptime = LLONG_MAX;
    while (mMessageEnvelopes.size() != 0) {
        nsecs_t now = systemTime(SYSTEM_TIME_MONOTONIC);
        const MessageEnvelope& messageEnvelope = mMessageEnvelopes.itemAt(0);
        if (messageEnvelope.uptime <= now) {
            // Remove the envelope from the list.
            // We keep a strong reference to the handler until the call to handleMessage
            // finishes.  Then we drop it so that the handler can be deleted *before*
            // we reacquire our lock.
            { // obtain handler
                sp<MessageHandler> handler = messageEnvelope.handler;
                Message message = messageEnvelope.message;
                mMessageEnvelopes.removeAt(0);
                mSendingMessage = true;
                mLock.unlock();

#if DEBUG_POLL_AND_WAKE || DEBUG_CALLBACKS
                ALOGD("%p ~ pollOnce - sending message: handler=%p, what=%d",
                        this, handler.get(), message.what);
#endif
                handler->handleMessage(message);
            } // release handler

            mLock.lock();
            mSendingMessage = false;
            result = ALOOPER_POLL_CALLBACK;
        } else {
            // The last message left at the head of the queue determines the next wakeup time.
            mNextMessageUptime = messageEnvelope.uptime;
            break;
        }
    }

    // Release lock.
    mLock.unlock();

    // Invoke all response callbacks.
    for (size_t i = 0; i < mResponses.size(); i++) {
        Response& response = mResponses.editItemAt(i);
        if (response.request.ident == ALOOPER_POLL_CALLBACK) {
            int fd = response.request.fd;
            int events = response.events;
            void* data = response.request.data;
#if DEBUG_POLL_AND_WAKE || DEBUG_CALLBACKS
            ALOGD("%p ~ pollOnce - invoking fd event callback %p: fd=%d, events=0x%x, data=%p",
                    this, response.request.callback.get(), fd, events, data);
#endif
            int callbackResult = response.request.callback->handleEvent(fd, events, data);
            if (callbackResult == 0) {
                removeFd(fd);
            }
            // Clear the callback reference in the response structure promptly because we
            // will not clear the response vector itself until the next poll.
            response.request.callback.clear();
            result = ALOOPER_POLL_CALLBACK;
        }
    }
    return result;
}
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Java层的消息都保存在了Java层MessageQueue的成员mMessages中,Native层的消息都保存在了Native Looper的mMessageEnvelopes中,这就可以说有两个消息队列,而且都是按时间排列的。timeOutMillis表示Java层下个 要执行的消息还要多久执行,mNextMessageUpdate表示Native层下个要执行的消息还要多久执行,如果timeOutMillis为 0,epoll_wait不设置TimeOut直接返回;如果为-1说明Java层无消息直接用Native的time out;否则pollInner取这两个中的*小值作为timeOut调用epoll_wait。当epoll_wait返回时就可能有以下几种情况:

  1. 出错返回。
  2. Time Out
  3. 正常返回,描述符上有事件产生。

如果是前两种情况直接goto DONE。

否则就说明FD上有事件发生了,如果是mWakeReadPipeFd的EPOLLIN事件就调用awoken,如果不是 mWakeReadPipeFd,那就是通过addFD添加的fd,在addFD中将要监听的fd及其events,callback,data封装成了 Request对象,并以fd为键保存到了KeyedVector mRequests中,所以在这里就以fd为键获得在addFD时关联的Request,并连同events通过pushResonse加入 mResonse队列(Vector),Resonse仅是对events与Request的封装。如果是epoll_wait出错或timeout,就 没有描述符上有事件,就不用执行这一段代码,所以直接goto DONE了。

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void Looper::pushResponse(int events, const Request& request) {
    Response response;
    response.events = events;
    response.request = request;
    mResponses.push(response);
}
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接下来进入DONE部分,从mMessageEnvelopes取出头部的Native消息,如果到达了执行时间就调用它内部保存的 MessageeHandler的handleMessage处理并从Native 消息队列移除,设置result为ALOOPER_POLL_CALLBACK,否则计算mNextMessageUptime表示Native消息队列 下一次消息要执行的时间。如果未到头部消息的执行时间有可能是Java层消息队列消息的执行时间小于Native层消息队列头部消息的执行时间,到达了 Java层消息的执行时间epoll_wait TimeOut返回了,或都通过addFd添加的描述符上有事件发生导致epoll_wait返回,或者epoll_wait是出错返回。Native消 息是没有Barrier与Asynchronous的。

*后,遍历mResponses(前面刚通过pushResponse存进去的),如果response.request.ident ==ALOOPER_POLL_CALLBACK,就调用注册的callback的handleEvent(fd, events, data) 进行处理,然后从mResonses队列中移除,这次遍历完之后,mResponses中保留来来的就都是ident>=0并且callback为 NULL的了。在NativeMessageQueue初始化Looper时传入了mAllowNonCallbacks为false,所以这次处理完后 mResponses一定为空。

接下来返回到pollOnce。pollOnce是一个for循环,pollInner中处理了所有 response.request.ident==ALOOPER_POLL_CALLBACK的Response,在第二次进入for循环后如果 mResponses不为空就可以找到ident>0的Response,将其ident作为返回值返回由调用pollOnce的函数自己处理,在 这里我们是在NativeMessageQueue中调用的Loope的pollOnce,没对返回值进行处理,而且 mAllowNonCallbacks为false也就不可能进入这个循环。pollInner返回值不可能是0,或者说只可能是负数,所以 pollOnce中的for循环只会执行两次,在第二次就返回了。

Native Looper可以单独使用,也有一个prepare函数,这时mAllowNonCallbakcs值可能为true,pollOnce中对mResponses的处理就有意义了。

 wake与awoken

在Native Looper的构造函数中,通过pipe打开了一个管道,并用mWakeReadPipeFd与mWakeWritePipeFd分别保存了管道的读端与写端,然后用epoll_ctl(mEpollFd, EPOLL_CTL_ADD, mWakeReadPipeFd,&eventItem)监听了读端的EPOLLIN事件,在pollInner中通过epoll_wait(mEpollFd, eventItems,EPOLL_MAX_EVENTS, timeoutMillis)读取事件,那是在什么时候往mWakeWritePipeFd写,又是在什么时候读的mWakeReadPipeFd呢?

在Looper.cpp中我们可以发现如下两个函数:

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void Looper::wake() {
#if DEBUG_POLL_AND_WAKE
    ALOGD("%p ~ wake", this);
#endif

    ssize_t nWrite;
    do {
        nWrite = write(mWakeWritePipeFd, "W", 1);
    } while (nWrite == -1 && errno == EINTR);

    if (nWrite != 1) {
        if (errno != EAGAIN) {
            ALOGW("Could not write wake signal, errno=%d", errno);
        }
    }
}

void Looper::awoken() {
#if DEBUG_POLL_AND_WAKE
    ALOGD("%p ~ awoken", this);
#endif

    char buffer[16];
    ssize_t nRead;
    do {
        nRead = read(mWakeReadPipeFd, buffer, sizeof(buffer));
    } while ((nRead == -1 && errno == EINTR) || nRead == sizeof(buffer));
}
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wake函数向mWakeWritePipeFd写入了一个“W”字符,awoken从mWakeReadPipeFd读,往 mWakeWritePipeFd写数据只是为了在pollInner中的epoll_wait可以监听到事件返回。在pollInner也可以看到如果 是mWakeReadPipeFd的EPOLLIN事件只是调用了awoken消耗掉了写入的字符就往后处理了。

那什么时候调用wake呢?这个只要找到调用的地方分析一下就行了,先看Looper.cpp,在sendMessageAtTime即发送Native Message的时候,根据发送的Message的执行时间查找mMessageEnvelopes 计算应该插入的位置,如果是在头部插入,就调用wake唤醒epoll_wait,因为在进入pollInner时根据Java层消息队列头部消息的执行 时间与Native层消息队列头部消息的执行时间计算出了一个timeout,如果这个新消息是在头部插入,说明执行时间至少在上述两个消息中的一个之 前,所以应该唤醒epoll_wait,epoll_wait返回后,检查Native消息队列,看头部消息即刚插入的消息是否到执行时间了,到了就执 行,否则就可能需要设置新的timeout。同样在Java层的MessageQueue中,有一个函数nativeWake也同样可以通过JNI调用 wake,调用nativeWake的时机与在Native调用wake的时机类似,在消息队列头部插入消息,还有一种情况就是,消息队列头部是一个 Barrier,而且插入的消息是*个异步消息。

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if (p == null || when == 0 || when < p.when) {
    // New head, wake up the event queue if blocked.
    msg.next = p;
    mMessages = msg;
    needWake = mBlocked;
} else {
    // Inserted within the middle of the queue.  Usually we don't have to wake
    // up the event queue unless there is a barrier at the head of the queue
    // and the message is the earliest asynchronous message in the queue.
    needWake = mBlocked && p.target == null && msg.isAsynchronous();//如果头部是Barrier并且新消息是异步消息则“有可能”需要唤醒
    Message prev;
    for (;;) {
        prev = p;
        p = p.next;
        if (p == null || when < p.when) {
            break;
        }
        if (needWake && p.isAsynchronous()) { // 消息队列中有异步消息并且执行时间在新消息之前,所以不需要唤醒。
            needWake = false;
        }
    }
    msg.next = p; // invariant: p == prev.next
    prev.next = msg;
}
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在头部插入消息不一定调用nativeWake,因为之前可能正在执行 IdleHandler,如果执行了IdleHandler,就在IdleHandler执行后把nextPollTimeoutMillis设置为0, 下次进入for循环就用0调用nativePollOnce,不需要wake,只有在没有消息可以执行(消息队列为空或没到执行时间)并且没有设置 IdleHandler时mBlocked才会为true。

如果Java层的消息队列被Barrier Block住了并且当前插入的是一个异步消息有可能需要唤醒Looper,因为异步消息可以在Barrier下执行,但是这个异步消息一定要是执行时间*早的异步消息。

退出Looper也需要wake,removeSyncBarrier时也可能需要。

Android Handler处理机制 ( 一 )(图+源码分析)

android的消息处理机制(图+源码分析)——Looper,Handler,Message

作为一个大三的预备程序员,我学习android的一大乐趣是可以通过源码学习 google大牛们的设计思想。android源码中包含了大量的设计模式,除此以外,android sdk还精心为我们设计了各种helper类,对于和我一样渴望水平得到进阶的人来说,都太值得一读了。这不,前几天为了了解android的消息处理机 制,我看了Looper,Handler,Message这几个类的源码,结果又一次被googler的设计震撼了,特与大家分享。

android的消息处理有三个核心类:Looper,Handler和Message。其实还有一个Message Queue(消息队列),但是MQ被封装到Looper里面了,我们不会直接与MQ打交道,因此我没将其作为核心类。下面一一介绍:

线程的魔法师 Looper

Looper的字面意思是“循环者”,它被设计用来使一个普通线程变成Looper线程。所谓Looper线程就是循环工作的线程。在程序开发中(尤其是GUI开发中),我们经常会需要一个线程不断循环,一旦有新任务则执行,执行完继续等待下一个任务,这就是Looper线程。使用Looper类创建Looper线程很简单:

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public class LooperThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        // 将当前线程初始化为Looper线程
        Looper.prepare();
        
        // ...其他处理,如实例化handler
        
        // 开始循环处理消息队列
        Looper.loop();
    }
}
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通过上面两行核心代码,你的线程就升级为Looper线程了!!!是不是很神奇?让我们放慢镜头,看看这两行代码各自做了什么。

1)Looper.prepare()

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通过上图可以看到,现在你的线程中有一个Looper对象,它的内部维护了一个消息队列MQ。注意,一个Thread只能有一个Looper对象,为什么呢?咱们来看源码。

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public class Looper {
    // 每个线程中的Looper对象其实是一个ThreadLocal,即线程本地存储(TLS)对象
    private static final ThreadLocal sThreadLocal = new ThreadLocal();
    // Looper内的消息队列
    final MessageQueue mQueue;
    // 当前线程
    Thread mThread;
    // 。。。其他属性

    // 每个Looper对象中有它的消息队列,和它所属的线程
    private Looper() {
        mQueue = new MessageQueue();
        mRun = true;
        mThread = Thread.currentThread();
    }

    // 我们调用该方法会在调用线程的TLS中创建Looper对象
    public static final void prepare() {
        if (sThreadLocal.get() != null) {
            // 试图在有Looper的线程中再次创建Looper将抛出异常
            throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
        }
        sThreadLocal.set(new Looper());
    }
    // 其他方法
}
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通过源码,prepare()背后的工作方式一目了然,其核心就是将looper对象定义为ThreadLocal。如果你还不清楚什么是ThreadLocal,请参考《理解ThreadLocal》。

2)Looper.loop()

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调用loop方法后,Looper线程就开始真正工作了,它不断从自己的MQ中取出队头的消息(也叫任务)执行。其源码分析如下:

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  public static final void loop() {
        Looper me = myLooper();  //得到当前线程Looper
        MessageQueue queue = me.mQueue;  //得到当前looper的MQ
        
        // 这两行没看懂= = 不过不影响理解
        Binder.clearCallingIdentity();
        final long ident = Binder.clearCallingIdentity();
        // 开始循环
        while (true) {
            Message msg = queue.next(); // 取出message
            if (msg != null) {
                if (msg.target == null) {
                    // message没有target为结束信号,退出循环
                    return;
                }
                // 日志。。。
                if (me.mLogging!= null) me.mLogging.println(
                        ">>>>> Dispatching to " + msg.target + " "
                        + msg.callback + ": " + msg.what
                        );
                // 非常重要!将真正的处理工作交给message的target,即后面要讲的handler
                msg.target.dispatchMessage(msg);
                // 还是日志。。。
                if (me.mLogging!= null) me.mLogging.println(
                        "<<<<< Finished to    " + msg.target + " "
                        + msg.callback);
                
                // 下面没看懂,同样不影响理解
                final long newIdent = Binder.clearCallingIdentity();
                if (ident != newIdent) {
                    Log.wtf("Looper", "Thread identity changed from 0x"
                            + Long.toHexString(ident) + " to 0x"
                            + Long.toHexString(newIdent) + " while dispatching to "
                            + msg.target.getClass().getName() + " "
                            + msg.callback + " what=" + msg.what);
                }
                // 回收message资源
                msg.recycle();
            }
        }
    }
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除了prepare()和loop()方法,Looper类还提供了一些有用的方法,比如

Looper.myLooper()得到当前线程looper对象:

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    public static final Looper myLooper() {
        // 在任意线程调用Looper.myLooper()返回的都是那个线程的looper
        return (Looper)sThreadLocal.get();
    }

getThread()得到looper对象所属线程:

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    public Thread getThread() {
        return mThread;
    }

quit()方法结束looper循环:

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    public void quit() {
        // 创建一个空的message,它的target为NULL,表示结束循环消息
        Message msg = Message.obtain();
        // 发出消息
        mQueue.enqueueMessage(msg, 0);
    }
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到此为止,你应该对Looper有了基本的了解,总结几点:

1.每个线程有且*多只能有一个Looper对象,它是一个ThreadLocal

2.Looper内部有一个消息队列,loop()方法调用后线程开始不断从队列中取出消息执行

3.Looper使一个线程变成Looper线程。

那么,我们如何往MQ上添加消息呢?下面有请Handler!(掌声~~~)

异步处理大师 Handler

什么是handler?handler扮演了往MQ上添加消息和处理消息的角色(只处理由自己发出的消息),即通知MQ它要执行一个任务(sendMessage),并在loop到自己的时候执行该任务(handleMessage),整个过程是异步的。handler创建时会关联一个looper,默认的构造方法将关联当前线程的looper,不过这也是可以set的。默认的构造方法:

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public class handler {

    final MessageQueue mQueue;  // 关联的MQ
    final Looper mLooper;  // 关联的looper
    final Callback mCallback; 
    // 其他属性

    public Handler() {
        // 没看懂,直接略过,,,
        if (FIND_POTENTIAL_LEAKS) {
            final Class<? extends Handler> klass = getClass();
            if ((klass.isAnonymousClass() || klass.isMemberClass() || klass.isLocalClass()) &&
                    (klass.getModifiers() & Modifier.STATIC) == 0) {
                Log.w(TAG, "The following Handler class should be static or leaks might occur: " +
                    klass.getCanonicalName());
            }
        }
        // 默认将关联当前线程的looper
        mLooper = Looper.myLooper();
        // looper不能为空,即该默认的构造方法只能在looper线程中使用
        if (mLooper == null) {
            throw new RuntimeException(
                "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");
        }
        // 重要!!!直接把关联looper的MQ作为自己的MQ,因此它的消息将发送到关联looper的MQ上
        mQueue = mLooper.mQueue;
        mCallback = null;
    }
    
    // 其他方法
}
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下面我们就可以为之前的LooperThread类加入Handler:

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public class LooperThread extends Thread {
    private Handler handler1;
    private Handler handler2;

    @Override
    public void run() {
        // 将当前线程初始化为Looper线程
        Looper.prepare();
        
        // 实例化两个handler
        handler1 = new Handler();
        handler2 = new Handler();
        
        // 开始循环处理消息队列
        Looper.loop();
    }
}
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加入handler后的效果如下图:

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可以看到,一个线程可以有多个Handler,但是只能有一个Looper!

Handler发送消息

有了handler之后,我们就可以使用 post(Runnable)postAtTime(Runnable, long)postDelayed(Runnable, long)sendEmptyMessage(int)sendMessage(Message)sendMessageAtTime(Message, long)sendMessageDelayed(Message, long)这些方法向MQ上发送消息了。光看这些API你可能会觉得handler能发两种消息,一种是Runnable对象,一种是message对象,这是直观的理解,但其实post发出的Runnable对象*后都被封装成message对象了,见源码:

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    // 此方法用于向关联的MQ上发送Runnable对象,它的run方法将在handler关联的looper线程中执行
    public final boolean post(Runnable r)
    {
       // 注意getPostMessage(r)将runnable封装成message
       return  sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);
    }

    private final Message getPostMessage(Runnable r) {
        Message m = Message.obtain();  //得到空的message
        m.callback = r;  //将runnable设为message的callback,
        return m;
    }

    public boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis)
    {
        boolean sent = false;
        MessageQueue queue = mQueue;
        if (queue != null) {
            msg.target = this;  // message的target必须设为该handler!
            sent = queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
        }
        else {
            RuntimeException e = new RuntimeException(
                this + " sendMessageAtTime() called with no mQueue");
            Log.w("Looper", e.getMessage(), e);
        }
        return sent;
    }
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其他方法就不罗列了,总之通过handler发出的message有如下特点:

1.message.target为该handler对象,这确保了looper执行到该message时能找到处理它的handler,即loop()方法中的关键代码

msg.target.dispatchMessage(msg);

2.post发出的message,其callback为Runnable对象

Handler处理消息

说完了消息的发送,再来看下handler如何处理消息。消息的处理是通过核心方法dispatchMessage(Messagemsg)与钩子方法handleMessage(Message msg)完成的,见源码

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    // 处理消息,该方法由looper调用
    public void dispatchMessage(Message msg) {
        if (msg.callback != null) {
            // 如果message设置了callback,即runnable消息,处理callback!
            handleCallback(msg);
        } else {
            // 如果handler本身设置了callback,则执行callback
            if (mCallback != null) {
                 /* 这种方法允许让activity等来实现Handler.Callback接口,避免了自己编写handler重写handleMessage方法。见http://alex-yang-xiansoftware-com.iteye.com/blog/850865 */
                if (mCallback.handleMessage(msg)) {
                    return;
                }
            }
            // 如果message没有callback,则调用handler的钩子方法handleMessage
            handleMessage(msg);
        }
    }
    
    // 处理runnable消息
    private final void handleCallback(Message message) {
        message.callback.run();  //直接调用run方法!
    }
    // 由子类实现的钩子方法
    public void handleMessage(Message msg) {
    }
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可以看到,除了handleMessage(Message msg)和Runnable对象的run方法由开发者实现外(实现具体逻辑),handler的内部工作机制对开发者是透明的。这正是handler API设计的精妙之处!

Handler的用处

我在小标题中将handler描述为“异步处理大师”,这归功于Handler拥有下面两个重要的特点:

1.handler可以在任意线程发送消息,这些消息会被添加到关联的MQ上。

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2.handler是在它关联的looper线程中处理消息的。

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这就解决了android*经典的不能在其他非主线程中更新UI的问题。android的主线程也是一个looper线程(looper在android中运用很广),我们在其中创建的handler默认将关联主线程MQ。因此,利用handler的一个solution就是在activity中创建handler并将其引用传递给worker thread,worker thread执行完任务后使用handler发送消息通知activity更新UI。(过程如图)

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下面给出sample代码,仅供参考:

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public class TestDriverActivity extends Activity {
    private TextView textview;
    
    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.main);
        textview = (TextView) findViewById(R.id.textview);
        // 创建并启动工作线程
        Thread workerThread = new Thread(new SampleTask(new MyHandler()));
        workerThread.start();
    }
    
    public void appendText(String msg) {
        textview.setText(textview.getText() + "\n" + msg);
    }
    
    class MyHandler extends Handler {
        @Override
        public void handleMessage(Message msg) {
            String result = msg.getData().getString("message");
            // 更新UI
            appendText(result);
        }
    }
}
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public class SampleTask implements Runnable {
    private static final String TAG = SampleTask.class.getSimpleName();
    Handler handler;
    
    public SampleTask(Handler handler) {
        super();
        this.handler = handler;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {  // 模拟执行某项任务,下载等
            Thread.sleep(5000);
            // 任务完成后通知activity更新UI
            Message msg = prepareMessage("task completed!");
            // message将被添加到主线程的MQ中
            handler.sendMessage(msg);
        } catch (InterruptedException e) {
            Log.d(TAG, "interrupted!");
        }

    }

    private Message prepareMessage(String str) {
        Message result = handler.obtainMessage();
        Bundle data = new Bundle();
        data.putString("message", str);
        result.setData(data);
        return result;
    }

}
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当然,handler能做的远远不仅如此,由于它能post Runnable对象,它还能与Looper配合实现经典的Pipeline Thread(流水线线程)模式。

封装任务 Message

在整个消息处理机制中,message又叫task,封装了任务携带的信息和处理该任务的handler。message的用法比较简单,这里不做总结了。但是有这么几点需要注意(待补充):

1.尽管Message有public的默认构造方法,但是你应该通过Message.obtain()来从消息池中获得空消息对象,以节省资源。

2.如果你的message只需要携带简单的int信息,请优先使用Message.arg1和Message.arg2来传递信息,这比用Bundle更省内存

3.擅用message.what来标识信息,以便用不同方式处理message。

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