10.3 Android消息机制

1. 消息队列的工作原理

消息队列在Android中指的是MessageQueueMessageQueue主要包含两个操作:插入和读取。读取操作本身会伴随着删除操作,插入读取对应的方法分别为enqueueMessagenext,其中enqueueMessage的作用是往消息队列中插入一条消息,而next的作用是从消息队列中取出一条消息并将其从消息队列中移除。尽管MessageQueue叫消息队列,但是它的内部实现并不是用的队列,实际上它是通过一个单链表的数据结构来维护消息列表,单列表在插入和删除上比较有优势。

MessageQueue的结构是一个单向链表,插入和删除比较有优势。

  • enqueueMessage的源码如下所示:
boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
    if (msg.target == null) {  // 此处的target就是Handler
        throw new IllegalArgumentException("Message must have a target.");
    }

    if (msg.isInUse()) {
        throw new IllegalStateException(msg + " This message is already in use.");
    }

    synchronized (this) {
        if (mQuitting) {
            IllegalStateException e = new IllegalStateException(
                    msg.target + " sending message to a Handler on a dead thread");
            Log.w(TAG, e.getMessage(), e);
            msg.recycle();
            return false;
        }

        msg.markInUse();
        msg.when = when;
        Message p = mMessages;
        boolean needWake;
        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;
        }

        // We can assume mPtr != 0 because mQuitting is false.
        if (needWake) {
            nativeWake(mPtr);
        }
    }
    return true;
}

enqueueMessage的实现来看,它的主要操作其实就是单链表的插入操作。

  • next的主要逻辑如下所示:
Message next() {
    // Return here if the message loop has already quit and been disposed.
    // This can happen if the application tries to restart a looper after quit
    // which is not supported.
    final long ptr = mPtr;
    if (ptr == 0) {
        return null;
    }

    int pendingIdleHandlerCount = -1; // -1 only during first iteration
    int nextPollTimeoutMillis = 0;
    for (;;) {
        if (nextPollTimeoutMillis != 0) {
            Binder.flushPendingCommands();
        }

        nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);

        synchronized (this) {
            // 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 (DEBUG) Log.v(TAG, "Returning message: " + msg);
                    msg.markInUse();
                    return msg;
                }
            } else {
                // No more messages.
                nextPollTimeoutMillis = -1;
            }

            // Process the quit message now that all pending messages have been handled.
            if (mQuitting) {
                dispose();
                return null;
            }

            // 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(TAG, "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;
    }
}

可以发现next方法是一个无限循环的方法,如果消息队列中没有消息,那么next方法会一直阻塞在这里。当有新消息到来时,next方法会返回这条消息并将其从单链表中移除。

2. Looper的工作原理

LooperAndroid的消息机制中扮演着消息循环的角色,具体来说,就是它会不停地从MessageQueue中查看是否有新消息,如果有新消息就会立即处理,否则就一直阻塞在那里。首先看一下它的构造方法,在构造方法中它会创建一个MessageQueue,即消息队列,然后将当前线程的对象保存起来。

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

Handler的工作需要Looper,没有Looper的线程就会报错,那么如何为一个线程创建Looper呢?其实很简单,通过Looper.prepare()即可为当前线程创建一个Looper,接着通过Looper.loop()来开启消息循环。

new Thread("Thread#2") {
    @Override
    public void run() {
        Looper.prepare();
        Handler handler = new Handler();
        Looper.loop();
    }
}.start();

Looper除了prepare()方法外,还提供了prepareMainLooper()方法,这个方法主要是给主线程也就是ActivityThread创建Looper使用的,其本质也是通过prepare()方法来实现的。由于主线程的Looper比较特殊,所以Looper提供了一个getMainLooper()方法,通过它可以在任何地方获取到主线程的Looper

Looper也是可以退出的,Looper提供了quitquitSafely来退出一个Looper,两者的区别是:quit会直接退出Looper,而quitSafely只是设定一个退出标记,然后把消息队列中的已有消息处理完毕后才安全地退出。Looper退出后,通过Handler发送的消息会失败,这个时候Handlersend方法会返回false。在子线程中,如果手动为其创建了Looper,那么在所有的事情完成以后应该调用quit方法来终止消息循环,否则这个子线程就会一直处于等待的状态,而如果退出Looper以后,这个线程就会立刻终止,因此建议不需要的时候终止Looper。

Looper最重要的一个方法是loop方法,只有调用了loop后,消息循环系统才会真正地起作用。

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
        final Printer logging = me.mLogging;
        if (logging != null) {
            logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " +
                    msg.callback + ": " + msg.what);
        }

        final long slowDispatchThresholdMs = me.mSlowDispatchThresholdMs;

        final long traceTag = me.mTraceTag;
        if (traceTag != 0 && Trace.isTagEnabled(traceTag)) {
            Trace.traceBegin(traceTag, msg.target.getTraceName(msg));
        }
        final long start = (slowDispatchThresholdMs == 0) ? 0 : SystemClock.uptimeMillis();
        final long end;
        try {
            msg.target.dispatchMessage(msg);
            end = (slowDispatchThresholdMs == 0) ? 0 : SystemClock.uptimeMillis();
        } finally {
            if (traceTag != 0) {
                Trace.traceEnd(traceTag);
            }
        }
        if (slowDispatchThresholdMs > 0) {
            final long time = end - start;
            if (time > slowDispatchThresholdMs) {
                Slog.w(TAG, "Dispatch took " + time + "ms on "
                        + Thread.currentThread().getName() + ", h=" +
                        msg.target + " cb=" + msg.callback + " msg=" + msg.what);
            }
        }

        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.recycleUnchecked();
    }
}

Looperloop方法的工作过程也比较好理解,loop方法是一个死循环,唯一跳出循环的方式是MessageQueuenext方法返回了null。当Looperquit方法被调用时,Looper将会调用MessageQueuequit或者quitSafely方法来通知消息队列退出,当消息队列被标记为退出状态时,它的next方法就会返回null。也就是说,Looper必须退出,否则loop方法就会无限循环下去。loop方法会调用MessageQueuenext方法next方法来获取新消息,而next是一个阻塞操作,当没有消息时,next方法会一直阻塞在那里,这也导致loop方法一直阻塞在那里。如果MessageQueuenext方法返回了新消息,Looper就会处理这条消息:msg.target.dispatchMessage(msg),这里的msg.target是发送这条消息的Handler对象,这样Handler发送的消息最终又交给它的dispatchMessage方法来处理了。但是这里不同的是HandlerdispatchMessage方法是在创建Handler时所使用的Looper中执行的,这样就成功地将代码逻辑切换到指定的线程中去执行了。

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