[Android] Handler源码解析 (Native层)
2015-10-26 11:10
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接前文[Android] Handler源码解析 (Java层),接下来对Handler机制在Native层上作解析。
Java层的MessageQueue中有4个native方法:
下面分别进行介绍。
nativeInit()的实现在/frameworks/base/core/jni/android_os_MessageQueue.cpp中:
该JNI方法新建了一个NativeMessageQueue对象,然后将其指针用reinterpret_cast为long并返回给java层。同样地:
nativeDestory()方法中,将long型的ptr转换为NativeMessageQueue指针,然后再销毁对象。
NativeMessageQueue对象初始化的代码如下所示:
可以看到初始化方法中对mLooper进行了赋值。留意到
Looper类的声明在/system/core/include/utils/中,实现在/system/core/libutils/中,先来看一下Looper类的初始化方法:
从上面可以看出,Looper对象中维护着两个描述符,分别用于读和写。其中读描述符注册到epoll中。合理猜想looper的夸进程的睡眠和唤醒机制是通过epoll实现的。目标线程在读描述符mWakeReadPipeFd上等待,其他线程往mWakeWritePipeFd写入数据时,即可通过epoll机制将目标线程唤醒。
可见这两个方法只是对Looper类的pollOnce和wake方法的简单封装。先看一下Looper对象的pollOnce方法实现如下所示:
先不管什么mResponses、outFd、outEvents和outData,我们先来看一下pollInner的实现。pollInner实现比较复杂,这里只看对本文有用的部分:
awoken()的实现代码如下所示:
awoken()只是简单地读出wake()在mWakeWritePipeFd上写入的数据。Looper对象的wake方法实现如下所示:
正如前面所述,往mWakeWritePipeFd写数据即可唤醒在mWakeReadPipeFd上等待的线程。
native层Looper对象初始化时,新建了一个匿名管道,并将读管道(mWakeReadPipeFd)注册到epoll上。
pollOnce方法调用pollInner方法,其中epoll_wait方法在mWakeReadPipeFd上等待读取。(wait)
wake方法被调用,往写管道(mWakeWritePipeFd)上写入字符“W”。
pollInner方法继续执行,调用awoken从mWakeReadPipeFd读出数据。(wake)
可画出框架图如下所示:
查看原文:http://legendmohe.net/2015/10/26/android-handler%e6%ba%90%e7%a0%81%e8%a7%a3%e6%9e%90-native%e5%b1%82/
Java层的MessageQueue中有4个native方法:
// 初始化和销毁 private native static long nativeInit(); private native static void nativeDestroy(long ptr); // 等待和唤醒 private native static void nativePollOnce(long ptr, int timeoutMillis); private native static void nativeWake(long ptr); // 判断native层的状态 private native static boolean nativeIsIdling(long ptr);
下面分别进行介绍。
nativeInit()和nativeDestroy(long ptr)
nativeInit()在MessageQueue初始化时被调用,返回一个long值,保存在mPtr中。MessageQueue(boolean quitAllowed) { mQuitAllowed = quitAllowed; mPtr = nativeInit(); }
nativeInit()的实现在/frameworks/base/core/jni/android_os_MessageQueue.cpp中:
static jlong android_os_MessageQueue_nativeInit(JNIEnv* env, jclass clazz) { NativeMessageQueue* nativeMessageQueue = new NativeMessageQueue(); if (!nativeMessageQueue) { jniThrowRuntimeException(env, "Unable to allocate native queue"); return 0; } nativeMessageQueue->incStrong(env); return reinterpret_cast<jlong>(nativeMessageQueue); }
该JNI方法新建了一个NativeMessageQueue对象,然后将其指针用reinterpret_cast为long并返回给java层。同样地:
static void android_os_MessageQueue_nativeDestroy(JNIEnv* env, jclass clazz, jlong ptr) { NativeMessageQueue* nativeMessageQueue = reinterpret_cast<NativeMessageQueue*>(ptr); nativeMessageQueue->decStrong(env); }
nativeDestory()方法中,将long型的ptr转换为NativeMessageQueue指针,然后再销毁对象。
NativeMessageQueue对象初始化的代码如下所示:
NativeMessageQueue::NativeMessageQueue() : mInCallback(false), mExceptionObj(NULL) { mLooper = Looper::getForThread(); if (mLooper == NULL) { mLooper = new Looper(false); Looper::setForThread(mLooper); } }
可以看到初始化方法中对mLooper进行了赋值。留意到
Looper::getForThread();一句,结合其下的代码,猜想这是类似ThreadLocal模式的应用。接下来看看Looper类。
Looper类的声明在/system/core/include/utils/中,实现在/system/core/libutils/中,先来看一下Looper类的初始化方法:
Looper::Looper(bool allowNonCallbacks) : mAllowNonCallbacks(allowNonCallbacks), mSendingMessage(false), mResponseIndex(0), mNextMessageUptime(LLONG_MAX) { int wakeFds[2]; // 1. 创建一个匿名管道, // wakeFds[0]代表管道的输出,应用程序读它。 // wakeFds[1]代表管道的输入,应用程序写它。 int result = pipe(wakeFds); LOG_ALWAYS_FATAL_IF(result != 0, "Could not create wake pipe. errno=%d", errno); mWakeReadPipeFd = wakeFds[0]; mWakeWritePipeFd = wakeFds[1]; // 2. 设置读写管道为non-blocking 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); mIdling = false; // 3. 新建epoll实体,并将读管道注册到epoll 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 // 表示对应的文件描述符可以读时触发event 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); }
从上面可以看出,Looper对象中维护着两个描述符,分别用于读和写。其中读描述符注册到epoll中。合理猜想looper的夸进程的睡眠和唤醒机制是通过epoll实现的。目标线程在读描述符mWakeReadPipeFd上等待,其他线程往mWakeWritePipeFd写入数据时,即可通过epoll机制将目标线程唤醒。
nativePollOnce(long ptr, int timeoutMillis)和nativeWake(long ptr)
nativePollOnce和nativeWake方法的实现如下所示:void NativeMessageQueue::pollOnce(JNIEnv* env, int timeoutMillis) { mInCallback = true; mLooper->pollOnce(timeoutMillis); mInCallback = false; if (mExceptionObj) { env->Throw(mExceptionObj); env->DeleteLocalRef(mExceptionObj); mExceptionObj = NULL; } } void NativeMessageQueue::wake() { mLooper->wake(); }
可见这两个方法只是对Looper类的pollOnce和wake方法的简单封装。先看一下Looper对象的pollOnce方法实现如下所示:
inline int pollOnce(int timeoutMillis) { return pollOnce(timeoutMillis, NULL, NULL, NULL); } ... 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 (outFd != NULL) *outFd = fd; if (outEvents != NULL) *outEvents = events; if (outData != NULL) *outData = data; return ident; } } if (result != 0) { if (outFd != NULL) *outFd = 0; if (outEvents != NULL) *outEvents = 0; if (outData != NULL) *outData = NULL; return result; } result = pollInner(timeoutMillis); } }
先不管什么mResponses、outFd、outEvents和outData,我们先来看一下pollInner的实现。pollInner实现比较复杂,这里只看对本文有用的部分:
int Looper::pollInner(int timeoutMillis) { ... // 1. 设置默认result int result = POLL_WAKE; ... // 2. 开始在mWakeReadPipeFd上等待 mIdling = true; struct epoll_event eventItems[EPOLL_MAX_EVENTS]; int eventCount = epoll_wait(mEpollFd, eventItems, EPOLL_MAX_EVENTS, timeoutMillis); // 3. 等待结束 mIdling = false; ... // 4. 根据epoll_wait返回的结果设置result if (eventCount < 0) { if (errno == EINTR) { goto Done; } ALOGW("Poll failed with an unexpected error, errno=%d", errno); result = POLL_ERROR; goto Done; } // Check for poll timeout. if (eventCount == 0) { result = POLL_TIMEOUT; goto Done; } // 5. 通过awoken()从mWakeReadPipeFd读出标记字符“W” 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 { ... } } Done: ; ... return result; }
awoken()的实现代码如下所示:
void Looper::awoken() { char buffer[16]; ssize_t nRead; do { nRead = read(mWakeReadPipeFd, buffer, sizeof(buffer)); } while ((nRead == -1 && errno == EINTR) || nRead == sizeof(buffer)); }
awoken()只是简单地读出wake()在mWakeWritePipeFd上写入的数据。Looper对象的wake方法实现如下所示:
void Looper::wake() { 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); } } }
正如前面所述,往mWakeWritePipeFd写数据即可唤醒在mWakeReadPipeFd上等待的线程。
总结
综上,在native层,一次wait/wake过程简述如下:native层Looper对象初始化时,新建了一个匿名管道,并将读管道(mWakeReadPipeFd)注册到epoll上。
pollOnce方法调用pollInner方法,其中epoll_wait方法在mWakeReadPipeFd上等待读取。(wait)
wake方法被调用,往写管道(mWakeWritePipeFd)上写入字符“W”。
pollInner方法继续执行,调用awoken从mWakeReadPipeFd读出数据。(wake)
可画出框架图如下所示:
+------------------+ | Handler | +----^--------+----+ | | dispatch | | send | | | v +----+ <---+ | | | Looper | | | | | +---> +----+ ^ | next | | enqueue | | +--------+------v----------+ | MessageQueue | +--------+------+----------+ | | nativePollOnce | | nativeWake | | +----------------------------------------------+ Native Layer | | pollOnce | | wake | | +--------v------v--------+ | NativeMessageQueue | +--------+------+--------+ | | pollOnce | | wake pollInner| | awoken | | +---v------v---+ | Looper | +-+-- ad0d --------+-+ | | epoll_wait | | wake +-------------v-+ +-v--------------+ |mWakeReadPipeFd| |mWakeWritePipeFd| +-------------^-+ +-+--------------+ | | read | | write | | +-+----------v-+ | Pipe | +--------------+
查看原文:http://legendmohe.net/2015/10/26/android-handler%e6%ba%90%e7%a0%81%e8%a7%a3%e6%9e%90-native%e5%b1%82/
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