Android Handler之同步屏障机制(sync barrier)

Handler Message种类

Handler的Messgae种类分为三种:

  • 普通消息
  • 异步消息
  • 屏障消息
    其中普通消息又称为同步消息,我们平时发的消息基本都是同步消息,在这里不做讨论。

异步消息

通常我们使用Handler想消息队列中添加的Message都是同步的,如果我们想要添加一个异步的Message,有以下两种方式:

  • 1、Handler的构造方法有个async参数,默认的构造方法此参数是false,只要我们在构造handler对象的时候,把该参数设置为true就可以了。
 public Handler(Callback callback, boolean async) {
       ......省略代码
        mQueue = mLooper.mQueue;
        mCallback = callback;
        mAsynchronous = async;
    }

可以看到,async设置为true后,对全局的mAsynchronous设置为true。然后在enqueueMessage()方法里,调用msg.setAsynchronous(true),将message设置为异步的。

private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
        msg.target = this;
        if (mAsynchronous) {
            msg.setAsynchronous(true);
        }
        return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
    }
  • 2、在创建Message对象时,直接调用Message的setAsynchronous()方法。
    在一般情况下,异步消息和同步消息没有什么区别,但是一旦开启了同步屏障以后就有区别了。

同步屏障

一般来说,MessageQueue里面的所有Message是按照时间从前往后有序排列的。

同步屏障消息就是在消息队列中插入一个屏障,在屏障之后的所有普通消息都会被挡着,不能被处理。不过异步消息却例外,屏障不会挡住异步消息,因此可以认为,屏障消息就是为了确保异步消息的优先级,设置了屏障后,只能处理其后的异步消息,同步消息会被挡住,除非撤销屏障。

同步屏障是通过MessageQueue的postSyncBarrier方法开启的。

private int postSyncBarrier(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) {
            // 1
        final int token = mNextBarrierToken++;
        // 2
        final Message msg = Message.obtain();
        msg.markInUse();
        msg.when = when;
        msg.arg1 = token;
                // 3
                // 指向前一个Message
        Message prev = null;
        // 消息队列中的第一个Message赋值给p
        Message p = mMessages;
        if (when != 0) {
        // 4 通过p的时间和屏障的时间,确定屏障消息插入的位置
            while (p != null && p.when <= when) {
                prev = p;
                p = p.next;
            }
        }
        // 5 说明屏障消息不是插入消息队列的头部
        if (prev != null) { // invariant: p == prev.next
            msg.next = p;
            prev.next = msg;
        } else {
        // 6 屏障消息在消息队列的头部
            msg.next = p;
            mMessages = msg;
        }
        return token;
    }
}
  • 第一步,获取屏障的的唯一标示,标示从0开始,自加1。
  • 第二步,从Message消息对象池中获取一个msg,设置msg为正在使用状态,并且重置msg的when和arg1,arg1的值设置为token值。但是这里并没有给tareget赋值。所以msag的target是否为空是判断这个msg是否是屏障消息的标志。
  • 第三步,创建变量pre和p,为下一步做准备。其中p被赋值为mMessages,mMessages指向消息队列中的第一个元素,所以此时p指向消息队列中的第一个元素。
  • 第四步,通过对队列中的第一个Message的when和屏障的when进行比较,决定屏障消息在整个消息队列中的位置,因为消息队列中的消息都是按时间排序的。
  • 第五步,prev != null,代表不是消息的头部,把msg插入到消息队列中。
  • 第六步,prev == null,代表是消息队列的头部,把msg插入消息的头部。

我们通常通过Handler发送消息handler.sendMessage(),最终都会调用Handler.java中的enqueueMessage()方法。

private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
    msg.target = this;
    if (mAsynchronous) {
        msg.setAsynchronous(true);
    }
    return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}

可以看到,enqueueMessage()方法里为msg设置了target字段。
而上面的postSyncBarrier(),也是从Message消息对象池中获取一个msg,插入到消息队列中,唯一的不同是没有设置target字段。所以从代码层面上讲,屏障消息就是一个target为空的Message。

屏障消息的工作原理

通过postSyncBarrier方法屏障就被插入到消息队列中了,那么屏障是如何挡住普通消息只允许异步消息通过的呢?

我们知道Handler的消息处理是在Looper.loop()从消息队列中获取消息,并交给Handler处理的,其中是通过MessageQueue是通过next方法来获取消息的。查看一下next()的源码,

Message next() {
   // .....省略代码
    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();
            // 指向前一个message
            Message prevMsg = null;
            // 初始时指向第一个message
            Message msg = mMessages;
            // 1 msg.target == null说明遇到消息屏障
            if (msg != null && msg.target == null) {
                    // 能进入这个if,说明此时的msg是屏障消息
                    // 循环遍历,退出循环的条件是,message到末尾了,或者
                    // msg是异步消息
                do {
                    prevMsg = msg;
                    msg = msg.next;
                } while (msg != null && !msg.isAsynchronous());
            }
   
}

if (msg != null) {
    if (now < msg.when) {
        nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE);
        } else {
          // Got a message.
          mBlocked = false;
          if (prevMsg != null) {
          // 将msg从消息链表中移除
                 prevMsg.next = msg.next;
              } else {
                mMessages = msg.next;
              }
            msg.next = null;
           if (DEBUG) Log.v(TAG, "Returning message: " + msg);
            msg.markInUse();
            // 返回msg
            return msg;
         }

从上面的代码可以看出,msg.target == null时说明此时的msg是屏障消息,此时会进入到循环,遍历移动msg的位置,知道移动到的msg是异步message则退出循环,也就是说,循环的代码会过滤掉所有的同步消息,直到取出异步消息为止。

当设置了同步屏障之后,next函数将会忽略所有的同步消息,返回异步消息。换句话说就是,设置了同步屏障之后,Handler只会处理异步消息。再换句话说,同步屏障为Handler消息机制增加了一种简单的优先级机制,异步消息的优先级要高于同步消息。

移除同步屏障

同步屏障的移除是在MessageQueue.java的removeSyncBarrier()方法。

public 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.
    synchronized (this) {
        Message prev = null;
        Message p = mMessages;
        // 循环遍历,直到遇到屏障消息时推退出循环
        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.");
        }
        final boolean needWake;
        if (prev != null) {
        // 删除屏障消息p
            prev.next = p.next;
            needWake = false;
        } else {
            mMessages = p.next;
            needWake = mMessages == null || mMessages.target != null;
        }
        p.recycleUnchecked();

        // If the loop is quitting then it is already awake.
        // We can assume mPtr != 0 when mQuitting is false.
        if (needWake && !mQuitting) {
            nativeWake(mPtr);
        }
    }
}

删除屏障消息的方法很简单,就是不断遍历消息队列,知道找到屏障消息,退出循环的条件有两个,一是p.target == null,说明是屏障消息,二是p.arg1 == token,也说明p是屏障消息,因为在屏障消息入队的时候,设置过 msg.arg1 = token。找到屏障消息后,把它从消息队列中删除并回收。

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