找到一篇关于“MessageQueue”的好文章【转】

https://www.sohu.com/a/145311556_675634 原文地址。
帮我解释了Looper.loop()死循环的问题。

Android 中有两个非常重要的知识点,分别是Binder机制和Handler机制。前者用于跨进程通讯,并且通过 ServiceManager 给上层应用提供了大量的服务,而后者用于进程内部通讯,以消息队列的形式驱动应用的运行。之前的文章已经多次分析了Binder相关的内容,复杂程度远高于Handler,之后还会继续分析Binder。说到Handler,做安卓开发的一定都不会陌生,一般用于切换线程。其涉及到的类还有Looper,MessageQueue,Message 等。其中MessageQueue是事件驱动的基础,本文会重点分析MessageQueue,其他内容会简单带过,可以参考生产者-消费者模式。

从Handler的入口开始分析:

Looper.prepare();

1.创建一个Looper,并且是线程私有的:sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));

2.初始化Handler:mHandler = new Handler();,在构造函数中会获取线程私有的Looper,如获取不到会报错。

3.开启无限循环:Looper.loop();。

在loop方法中主要代码如下:

image
  1. 从MessageQueue中获取待处理的Message(阻塞线程)

  2. 交给与之关联的Handler处理

  3. 回收Message,供Message.obtain()复用

其中msg中的target是在Handler发送消息的时候赋值的:

image

发送的消息最终入队列到了MessageQueue。

简单总结一下Handler消息机制的工作原理:

  1. 创建与线程绑定的Looper,同时会创建一个与之关联的MessageQueue用于存放消息

  2. 开启消息循环,从MessageQueue中获取待处理消息,若无消息会阻塞线程

  3. 通过Handler发送消息,此时会将Message入队列到MessageQueue中,并且唤醒等待的Looper

  4. Looper获取的消息会投递给对应的Handler处理

可以看到其中与MessageQueue相关的也就两个操作,一个是入队列(MessageQueue是链表结构),一个是出队列,这正是本文介绍的重点。

MessageQueue的创建:

image

nativeInit()方法实现为android_os_MessageQueue_nativeInit():

[android_os_MessageQueue.cpp]

image

这里会创建一个native层的MessageQueue,并且将引用地址返回给Java层保存在mPtr变量中,通过这种方式将Java层的对象与Native层的对象关联在了一起。这种在Java层保存Native层对象引用地址来实现关联的方式,在Android源代码中会经常看到。

然后看一下Native层MessageQueue的构造方法:

image

也创建了一个Looper,并且也是与线程绑定的,事实上这个Looper与Java层的Looper并没有多大关系,一个是处理Native层时间的,一个是处理Java层事件的。

Java层的Looper会通过调用MessageQueue的next方法获取下一个消息,先看主要部分,后面省略了一部分IdleHandler的处理逻辑,用于空闲的时候处理不紧急事件用的,有兴趣的自行分析:

image

这里有必要提一下MessageQueue的数据结构,是一个单向链表,Message对象有个next字段保存列表中的下一个,MessageQueue中的mMessages保存链表的第一个元素。

循环体内首先调用nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis),这是一个native方法,实际作用就是通过Native层的MessageQueue阻塞nextPollTimeoutMillis毫秒的时间。

1.如果nextPollTimeoutMillis=-1,一直阻塞不会超时。

2.如果nextPollTimeoutMillis=0,不会阻塞,立即返回。

3.如果nextPollTimeoutMillis>0,最长阻塞nextPollTimeoutMillis毫秒(超时),如果期间有程序唤醒会立即返回。

暂时知道这些就可以继续向下分析了,native方法后面会讲到。

如果msg.target为null,则找出第一个异步消息,什么时候msg.target是null呢?看下面代码:

image

这个方法直接在MessageQueue中插入了一个Message,并且未设置target。它的作用是插入一个消息屏障,这个屏障之后的所有同步消息都不会被执行,即使时间已经到了也不会执行。

可以通过public void removeSyncBarrier(int token)来移除这个屏障,参数是post方法的返回值。

这些方法是隐藏的或者是私有的,具体应用场景可以查看ViewRootImpl中的void scheduleTraversals()方法,它在绘图之前会插入一个消息屏障,绘制之后移除。

回到之前的next方法,如果发现了一个消息屏障,会循环找出第一个异步消息(如果有异步消息的话),所有同步消息都将忽略(平常发送的一般都是同步消息),可以通过setAsynchronous(boolean async)设置为异步消息。

继续往下,如果有消息需要处理,先判断时间有没有到,如果没到的话设置一下阻塞时间nextPollTimeoutMillis,进入下次循环的时候会调用nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);阻塞;

否则把消息返回给调用者,并且设置mBlocked = false代表目前没有阻塞。

如果阻塞了有两种方式唤醒,一种是超时了,一种是被主动唤醒了。根据生产消费模式,生产者有产品的时候一般情况下会唤醒消费者。那么MessageQueue入队列的时候应该会去唤醒,下面看一下MessageQueue入队列的方法,截取了主要逻辑:

image

上面的代码主要就是加入链表的时候按时间顺序从小到大排序,然后判断是否需要唤醒,如果需要唤醒则调用nativeWake(mPtr);来唤醒之前等待的线程。

再总结一下MessageQueue获取消息和加入消息的逻辑:

获取消息:

1.首次进入循环nextPollTimeoutMillis=0,阻塞方法nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis)会立即返回

2.读取列表中的消息,如果发现消息屏障,则跳过后面的同步消息,总之会通过当前时间,是否遇到屏障来返回符合条件的待处理消息

3.如果没有符合条件的消息,会处理一些不紧急的任务(IdleHandler),再次进入第一步

加入消息:

1.加入消息比较简单,按时间顺序插入到消息链表中,如果是第一个那么根据mBlocked判断是否需要唤醒线程,如果不是第一个一般情况下不需要唤醒(如果加入的消息是异步的需要另外判断)

到这里其实关于MessageQueue已经分析的差不多了,其中有两个native方法没有涉及到分别是nativePollOnce,nativeWake,其实之前结论已经给出了,两个方法都会传入mPtr,在native层对应的是NativeMessageQueue的引用地址。

感兴趣的可以继续往下看,先看一下nativePollOnce的实现:

[android_os_MessageQueue.cpp]

image

通过传进来的ptr获取NativeMessageQueue对象的指针,然后调用NativeMessageQueue对象的pollOnce方法:

[android_os_MessageQueue.cpp]

image

调用的是Looper的pollOnce方法,这个Native层的Looper是在初始化NativeMessageQueue的时候创建的。

[Looper.cpp]

image

先是处理native层的Response,这个直接跳过,最终调用pollInner

image
image

这个方法有点长,首先会根据Native Message的信息计算此次需要等待的时间,再调用

image

来等待事件发生,其中是epoll是Linux下多路复用IO接口select/poll的增强版本,具体可以自行查阅相关文章,查考:Linux IO模式及 select、poll、epoll详解

如果epoll_wait返回了,那么可能是出错返回,可能是超时返回,可能是有事件返回,如果是前两种情况跳转到Done处。

如果有事件发生,会判断事件是否是mWakeEventFd(唤醒的时候写入的文件)做不同处理。在Done处会处理Native事件,还有Response。

总结一下就是,Java层的阻塞是通过native层的epoll监听文件描述符的写入事件来实现的。

最后看一下nativeWake:

image

和之前一样,也是通过long类型的ptr获取NativeMessageQueue对象的指针,再调用wake方法:

image

调用的也是Looper的方法:

image

重点是write(mWakeEventFd, &inc, sizeof(uint64_t)),写入了一个1,这个时候epoll就能监听到事件,也就被唤醒了。

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