Android消息处理机制:Looper,MessageQueue,Handler

    xiaoxiao2021-03-26  15

    C++ Looper

    Looper

    Looper类[system/core/libutils/Looper.cpp]提供了pollOnce(),wake()函数来完成睡眠等待,唤醒。 可以搜一下的pollOnce()函数,有很多地方在用。

    InputDispatcher::dispatchOnce()[InputDispatcher.cpp]函数, MessageQueue::waitMessage()[frameworks/native/services/surfaceflinger/MessageQueue.cpp] SensorService::SensorEventAckReceiver::threadLoop() [frameworks/native/services/sensorservice/SensorService.cpp]

    可以看到InputDispatcher用到了Looper的pollOnce()和wakeup(),这也很好理解。因为在没有按键输入或者触摸屏等输入时间的时候,最好进入睡眠以减少开销。但有输入的时候,这个线程需要被唤醒把按键消息传给WMS。

    InputDispatcher::dispatchOnce()->mLooper->pollOnce(timeoutMillis)进入睡眠等待。 InputDispatcher::notifyKey()->mLooper->wake()中被唤醒。 InputDispatcher:notifyKey()的调用路径: InputReader::loopOnce()->InputReader::processEventsLocked()-> InputReader::processEventsForDeviceLocked()-> KeyboardInputMapper::process()[key的话]-> KeyboardInputMapper::processKey()->getListener()->notifyKey()

    看了下InputDispatcher()是怎么使用Looper来实现睡眠,唤醒的,那下面来Looper是怎么实现睡眠唤醒功能的。 Looper是利用操作系统(Linux内核)的epoll机制来完成的。当被监控的文件(通过epoll_ctl的EPOLL_CTL_ADD添加进去)可I/O时,epoll_wait调用会从睡眠中醒来,这时,可以检查是哪个(或哪些)文件描述符对应的文件可以进行I/O读写了,从而做出进一步处理。使用者利用它们就可以拥有睡眠等待和唤醒机制。(Input framework中EventHub也是使用epoll机制来检查/dev/input下的输入输出设备的,这个在Input Framework内容中再详细说~)

    下面的代码中可以看到,在Looper的构造函数中可以看到其创建pipe,初始化epoll fd。然后在pollOnce()->pollInner()中,用epoll_wait()函数在等待唤醒。然后也可以看到wakt()函数往一个pipe FD里边写值来唤醒epoll_wait()。

    Looper::Looper(bool allowNonCallbacks) : mAllowNonCallbacks(allowNonCallbacks), mSendingMessage(false), mResponseIndex(0), mNextMessageUptime(LLONG_MAX) { int wakeFds[2]; int result = pipe(wakeFds);//创建pipe mWakeReadPipeFd = wakeFds[0];//管道读端的文件描述符 mWakeWritePipeFd = wakeFds[1];//管道写端的文件描述符 result = fcntl(mWakeReadPipeFd, F_SETFL, O_NONBLOCK);//?? result = fcntl(mWakeWritePipeFd, F_SETFL, O_NONBLOCK); mIdling = false; mEpollFd = epoll_create(EPOLL_SIZE_HINT);//创建epoll fd!! //static const int EPOLL_SIZE_HINT = 8; struct epoll_event eventItem;//初始化一个epoll_event,清零 memset(& eventItem, 0, sizeof(epoll_event)); eventItem.events = EPOLLIN;//读事件监听 eventItem.data.fd = mWakeReadPipeFd;//指定监听的fd //把epoll fd添加进去 result = epoll_ctl(mEpollFd, EPOLL_CTL_ADD, mWakeReadPipeFd, & eventItem); } int Looper::pollInner(int timeoutMillis) { int result = POLL_WAKE; mResponses.clear(); mResponseIndex = 0; // We are about to idle. mIdling = true; struct epoll_event eventItems[EPOLL_MAX_EVENTS]; //阻塞?? 等待时间,, int eventCount = epoll_wait(mEpollFd, eventItems, EPOLL_MAX_EVENTS, timeoutMillis); //eventCount大于0,监控的fd有事件发生, 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) {//发生的时间是读事件 awoken();//去管道把数据读完!! } else { ... } } else { ... } ... return result; }

    Looper的wake函数用于向管道中写入字符,以唤醒pollOnce。

    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); } } }

    Java MessageQueue

    MessageQueue

    Java层android.os.MessageQueue的next函数中取出下一个消息时,调用到native层实现的函数nativePollOnce时,实际就调用到上面说的C++实现的Looper的pollOnce(),进入睡眠等待。

    static void android_os_MessageQueue_nativePollOnce(JNIEnv* env, jclass clazz, jlong ptr, jint timeoutMillis) { NativeMessageQueue* nativeMessageQueue = reinterpret_cast<NativeMessageQueue*>(ptr); nativeMessageQueue->pollOnce(env, timeoutMillis); } void NativeMessageQueue::pollOnce(JNIEnv* env, int timeoutMillis) { mInCallback = true; mLooper->pollOnce(timeoutMillis); //这个就是Looper.cpp中的pollOnce()函数 mInCallback = false; if (mExceptionObj) { env->Throw(mExceptionObj); env->DeleteLocalRef(mExceptionObj); mExceptionObj = NULL; } }

    同样,enqueueMessage函数也是写完了消息之后,就会通过JNI调用Looper的wake函数唤醒。

    下面来看一下Java层的Looper和MessageQueue,Handler等怎么配合使用的~ 以下是转载的并加上勘误~

    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:

    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:

    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 mHandler = new Handler() { public void handleMessage(Message msg) { //process incoming messages here } }; // 开始循环处理消息队列 Looper.loop(); } }

    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()

    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。

    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 }

    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() 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:

    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(); } } }

    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:

    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:

    public Thread getThread() { return mThread; }

    quit()方法结束looper循环:

    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); }

    到此为止,你应该对Looper有了基本的了解,总结几点:

    1.每个线程有且最多只能有一个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?下面看一下Handler!

    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:

    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 }

    下面我们就可以为之前的LooperThread类加入Handler:

    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(); } }

    加入handler后的效果如下图: 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)和 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对象最后都被封装成message对象了,见源码:

    // 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; }

    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); 1 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(Message msg)与钩子方法handleMessage(Message msg)完成的,见源码

    // 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) { }

    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。

    2.handler是在它关联的looper线程中处理消息的。

    这就解决了android最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)

    例子:

    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。请参考此文《Android Guts: Intro to Loopers and Handlers》

    下面给出sample代码,仅供参考

    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); } } } 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; } }

    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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