Android MessageQueue源码分析
2016-10-17 00:27
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Android应用开发中离不开Handler,而Handler实际上最终是将Message交给MessageQueue。MessageQueue是Android消息机制的核心,熟悉MessageQueue能够帮助我们更清楚详细地理解Android的消息机制。这篇文章会介绍MessageQueue消息的插入(enqueueMessage)和读取(next),native层的消息机制,以及IdleHandler和SyncBarrier的逻辑原理。源码是基于6.0。
最后会调用Handler的mQueue的enqueueMessage方法,而Handler的mQueue是从哪里来的呢?在Handler的构造函数中设置的,看默认的情况:
无参Handler构造函数对应的是当前调用无参Handler构造函数线程的Looper,Looper是一个ThreadLocal变量,也就是说但是每个线程独有的,每个线程调用了Looper.prepare方法后,就会给当前线程设置一个Looper:
Looper里面包含了一个MessageQueue, 在Handler的构造函数中,会将当前关联的Looper的MessageQueue赋值给Handler的成员变量mQueue,enqueueMessage的时候就是调用该mQueue的enqueueMessage。关于Handler与Looper可以理解为每个Handler会关联一个Looper,每个线程最多只有一个Looper。Looper创建的时候会创建一个MessageQueue,而发送消息的时候,Handler就会通过调用mQueue.enqueueMessage方法将Message放入它关联的Looper的MessageQueue里面。介绍了Handler与Looper,然后继续看看MessageQueue的enqueueMessage方法:
整个enqueueMessage方法的过程就是先持有MessageQueue.this锁,然后将Message放入队列中,放入队列的过程是:
如果队列为空,或者当前处理的时间点为0(when的数值,when表示Message将要执行的时间点),或者当前Message需要处理的时间点先于队列中的首节点,那么就将Message放入队列首部,否则进行第2步。
遍历队列中Message,找到when比当前Message的when大的Message,将Message插入到该Message之前,如果没找到则将Message插入到队列最后。
判断是否需要唤醒,一般是当前队列为空的情况下,next那边会进入睡眠,需要enqueue这边唤醒next函数。后面会详细介绍
执行完后,会释放持有的MessageQueue.this的锁。这样整个enqueueMessage方法算是完了,然后看看读取Message的MessageQueue的next方法。
prepare方法我们前面已经看过了,就是初始化ThreadLocal变量Looper。loop()方法就是循环读取MessageQueue中Message,然后处理每一个Message。我们看看Looper.loop方法源码:
整个loop函数大概的过程就是先调用MessageQueue.next方法获取一个Message,然后调用Message的target的dispatchMessage方法来处理Message,Message的target就是发送这个Message的Handler。处理的过程是先看Message的callback有没有实现,如果有,则使用调用callback的run方法,如果没有则看Handler的callback是否为空,如果非空,则使用handler的callback的handleMessage方法来处理Message,如果为空,则调用Handler的handleMessage方法处理。
我们主要看next,从注释来看,next方法可能会阻塞,先看next方法的源码:
整个next函数的主要是执行步骤是:
step1: 初始化操作,如果mPtr为null,则直接返回null,设置nextPollTimeoutMillis为0,进入下一步。
step2: 调用nativePollOnce, nativePollOnce有两个参数,第一个为mPtr表示native层MessageQueue的指针,nextPollTimeoutMillis表示超时返回时间,调用这个nativePollOnce会等待wake,如果超过nextPollTimeoutMillis时间,则不管有没有被唤醒都会返回。-1表示一直等待,0表示立刻返回。下一小节单独介绍这个函数。
step3: 获取队列的头Message(msg),如果头Message的target为null,则查找一个异步Message来进行下一步处理。当队列中添加了同步Barrier的时候target会为null。
step4: 判断上一步获取的msg是否为null,为null说明当前队列中没有msg,设置等待时间nextPollTimeoutMillis为-1。实际上是等待enqueueMessage的nativeWake来唤醒,执行step4。如果非null,则下一步
step5: 判断msg的执行时间(when)是否比当前时间(now)的大,如果小,则将msg从队列中移除,并且返回msg,结束。如果大则设置等待时间nextPollTimeoutMillis为(int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE),执行时间与当前时间的差与MAX_VALUE的较小值。执行下一步
step6: 判断是否MessageQueue是否已经取消,如果取消的话则返回null,否则下一步
step7: 运行idle Handle,idle表示当前有空闲时间的时候执行,而运行到这一步的时候,表示消息队列处理已经是出于空闲时间了(队列中没有Message,或者头部Message的执行时间(when)在当前时间之后)。如果没有idle,则继续step2,如果有则执行idleHandler的queueIdle方法,我们可以自己添加IdleHandler到MessageQueue里面(addIdleHandler方法),执行完后,回到step2。
需要说的时候,我们平常只是使用Message,但是实际上IdleHandler如果使用的好,应该会达到意想不到的效果,它表示MessageQueue有空闲时间的时候执行一下。然后介绍一下nativePollOnce与nativeWake方法
对应的java层方法是nativeInit,在MessageQueue构造函数的时候调用:
而NativeMessageQueue的构造函数是:
创建了一个native层的Looper。Looper的源码在system/core/libutils/Looper.cpp。Looper通过epoll_create创建了一个mEpollFd作为epoll的fd,并且创建了一个mWakeEventFd,用来监听java层的wake,同时可以通过Looper的addFd方法来添加新的fd监听。
这个方法的native层方法最终会调用Looper的pollOnce:
这个方法超长,但实际上Looper的pollOnce方法主要有5步:
调用epoll_wait方法等待所监听的fd的写入,其方法原型如下:
调用的方法参数为:
eventItems里面就包含了mWakeEvent和通过addFd添加fd时加入的Event。该方法会阻塞,当timeoutMillis(对应java层的nextPollTimeoutMillis)到了时间,该方法会返回,或者eventItems有事件来了,该方法会返回。返回之后就是干下一件事
判断有没有event,因为可能是timeoutMillis到了返回的,如果没有直接进行4.
读取eventItems的内容,如果eventItem的fd是mWakeEventFd,则调用awoken方法,读取Looper.wake写入的内容,如果是其他的fd,则使用pushResponse来读取,并且将内容放入Response当中。
处理NativeMessageQueue的消息,这些消息是native层的消息
处理pushResponse写入的内容。
里面主要是干了三件事处理wakeEventFd的输入内容,其他fd的输入内容,以及NativeMessageQueue里面的Message。
这样native层的消息队列就算是完了。
什么时候msg.target会为null呢?有sync barrier消息的时候,实际上msg.target为null表示sync barrier(同步消息屏障)。MessageQueue有一个postSyncBarrier方法:
对应有removeSyncBarrier方法:
看next方法的源码,每次消息队列中有barrier的时候,next会寻找队列中的异步消息来处理。如果没有异步消息,设置nextPollTimeoutMillis = -1,进入阻塞等待新消息的到来。异步消息主要是系统发送的,而系统中的异步消息主要有触摸事件,按键事件的消息。系统中调用postSyncBarrier和removeSyncBarrier主要实在ViewRootImpl的scheduleTraversals和unscheduleTraversals,以及doTraversals方法中。从源码可以猜到每次调用postSyncBarrier后都会调用removeSyncBarrier,不然同步消息就没法执行了(看next源码理解这一点)。可以看一下scheduleTraversal方法:
实际上MessageQueue的源码一直在变化的,2.3才加入了native层的Message,在4.0.1还没有SyncBarrier,4.1才开始加入SyncBarrier的,而且MessageQueue没有postSyncBarrier方法,只有enqueueSyncBarrier方法,Looper里面有个postSyncBarrier方法。
注意它这里就是使用的异步Message,使用了
MessageQueue的next与enqueueMessage方法
MessageQueue enqueueMessage
每次使用Handler发送一个Message的时候,最终会先调用MessageQueue的enqueueMessage方法将Message方法放入到MessageQueue里面。先看Handler的sendMessage方法,其他发送Message的内容也是一样的:public final boolean sendMessage(Message msg) { return sendMessageDelayed(msg, 0); // 调用下面这个方法 } public final boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis) { if (delayMillis < 0) { delayMillis = 0; } return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis); // 调用下面方法 } public boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis) { MessageQueue queue = mQueue; //Handler中的mQueue if (queue == null) { RuntimeException e = new RuntimeException( this + " sendMessageAtTime() called with no mQueue"); Log.w("Looper", e.getMessage(), e); return false; } return enqueueMessage(queue, msg, uptimeMillis); // 下面方法 } private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) { msg.target = this; if (mAsynchronous) { msg.setAsynchronous(true); } return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis); //调用MessageQueue的enqueueMessage }
最后会调用Handler的mQueue的enqueueMessage方法,而Handler的mQueue是从哪里来的呢?在Handler的构造函数中设置的,看默认的情况:
public Handler() { this(null, false); } public Handler(Callback callback, boolean async) { 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()); } } mLooper = Looper.myLooper(); if (mLooper == null) { throw new RuntimeException( "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()"); } mQueue = mLooper.mQueue; mCallback = callback; mAsynchronous = async; }
无参Handler构造函数对应的是当前调用无参Handler构造函数线程的Looper,Looper是一个ThreadLocal变量,也就是说但是每个线程独有的,每个线程调用了Looper.prepare方法后,就会给当前线程设置一个Looper:
public static void prepare() { prepare(true); } private static void prepare(boolean quitAllowed) { if (sThreadLocal.get() != null) { throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread"); } sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed)); }
Looper里面包含了一个MessageQueue, 在Handler的构造函数中,会将当前关联的Looper的MessageQueue赋值给Handler的成员变量mQueue,enqueueMessage的时候就是调用该mQueue的enqueueMessage。关于Handler与Looper可以理解为每个Handler会关联一个Looper,每个线程最多只有一个Looper。Looper创建的时候会创建一个MessageQueue,而发送消息的时候,Handler就会通过调用mQueue.enqueueMessage方法将Message放入它关联的Looper的MessageQueue里面。介绍了Handler与Looper,然后继续看看MessageQueue的enqueueMessage方法:
boolean enqueueMessage(Message msg, long when) { if (msg.target == null) { 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; }
整个enqueueMessage方法的过程就是先持有MessageQueue.this锁,然后将Message放入队列中,放入队列的过程是:
如果队列为空,或者当前处理的时间点为0(when的数值,when表示Message将要执行的时间点),或者当前Message需要处理的时间点先于队列中的首节点,那么就将Message放入队列首部,否则进行第2步。
遍历队列中Message,找到when比当前Message的when大的Message,将Message插入到该Message之前,如果没找到则将Message插入到队列最后。
判断是否需要唤醒,一般是当前队列为空的情况下,next那边会进入睡眠,需要enqueue这边唤醒next函数。后面会详细介绍
执行完后,会释放持有的MessageQueue.this的锁。这样整个enqueueMessage方法算是完了,然后看看读取Message的MessageQueue的next方法。
MessageQueue的next方法
MessageQueue的next方法是从哪里调用的呢?先看一个线程对Looper的标准用法是:class LoopThread extends Thread{ public Handler mHandler; public void run(){ Looper.prepare(); mHandler = new Handler() { public void handleMessage(Message msg) { // process incoming messages here } }; Looper.loop(); } }
prepare方法我们前面已经看过了,就是初始化ThreadLocal变量Looper。loop()方法就是循环读取MessageQueue中Message,然后处理每一个Message。我们看看Looper.loop方法源码:
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 此处就是next方法调用的地方 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 Printer logging = me.mLogging; if (logging != null) { logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " + msg.callback + ": " + msg.what); } msg.target.dispatchMessage(msg); 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(); } }
整个loop函数大概的过程就是先调用MessageQueue.next方法获取一个Message,然后调用Message的target的dispatchMessage方法来处理Message,Message的target就是发送这个Message的Handler。处理的过程是先看Message的callback有没有实现,如果有,则使用调用callback的run方法,如果没有则看Handler的callback是否为空,如果非空,则使用handler的callback的handleMessage方法来处理Message,如果为空,则调用Handler的handleMessage方法处理。
我们主要看next,从注释来看,next方法可能会阻塞,先看next方法的源码:
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; //mPrt是native层的MessageQueue的指针 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); // jni函数 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) { //target 正常情况下都不会为null,在postBarrier会出现target为null的Message // 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; // 等待时间无限长 } // 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++) { //运行idle 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; } }
整个next函数的主要是执行步骤是:
step1: 初始化操作,如果mPtr为null,则直接返回null,设置nextPollTimeoutMillis为0,进入下一步。
step2: 调用nativePollOnce, nativePollOnce有两个参数,第一个为mPtr表示native层MessageQueue的指针,nextPollTimeoutMillis表示超时返回时间,调用这个nativePollOnce会等待wake,如果超过nextPollTimeoutMillis时间,则不管有没有被唤醒都会返回。-1表示一直等待,0表示立刻返回。下一小节单独介绍这个函数。
step3: 获取队列的头Message(msg),如果头Message的target为null,则查找一个异步Message来进行下一步处理。当队列中添加了同步Barrier的时候target会为null。
step4: 判断上一步获取的msg是否为null,为null说明当前队列中没有msg,设置等待时间nextPollTimeoutMillis为-1。实际上是等待enqueueMessage的nativeWake来唤醒,执行step4。如果非null,则下一步
step5: 判断msg的执行时间(when)是否比当前时间(now)的大,如果小,则将msg从队列中移除,并且返回msg,结束。如果大则设置等待时间nextPollTimeoutMillis为(int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE),执行时间与当前时间的差与MAX_VALUE的较小值。执行下一步
step6: 判断是否MessageQueue是否已经取消,如果取消的话则返回null,否则下一步
step7: 运行idle Handle,idle表示当前有空闲时间的时候执行,而运行到这一步的时候,表示消息队列处理已经是出于空闲时间了(队列中没有Message,或者头部Message的执行时间(when)在当前时间之后)。如果没有idle,则继续step2,如果有则执行idleHandler的queueIdle方法,我们可以自己添加IdleHandler到MessageQueue里面(addIdleHandler方法),执行完后,回到step2。
需要说的时候,我们平常只是使用Message,但是实际上IdleHandler如果使用的好,应该会达到意想不到的效果,它表示MessageQueue有空闲时间的时候执行一下。然后介绍一下nativePollOnce与nativeWake方法
native层机制
nativePollOnce与nativeWake是两个jni方法,这两个方法jni实现方法在frameworks/base/core/jni/android_os_MessageQueue.cpp。这个是MessageQueue的native层内容。native层的NativeMessageQueue初始化是在nativeInit方法: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); }
对应的java层方法是nativeInit,在MessageQueue构造函数的时候调用:
MessageQueue(boolean quitAllowed) { mQuitAllowed = quitAllowed; mPtr = nativeInit(); }
而NativeMessageQueue的构造函数是:
NativeMessageQueue::NativeMessageQueue() : mPollEnv(NULL), mPollObj(NULL), mExceptionObj(NULL) { mLooper = Looper::getForThread(); if (mLooper == NULL) { mLooper = new Looper(false); Looper::setForThread(mLooper); } }
创建了一个native层的Looper。Looper的源码在system/core/libutils/Looper.cpp。Looper通过epoll_create创建了一个mEpollFd作为epoll的fd,并且创建了一个mWakeEventFd,用来监听java层的wake,同时可以通过Looper的addFd方法来添加新的fd监听。
nativePollOnce
nativePollOnce是每次调用next方法获取消息的时候调用的:static void android_os_MessageQueue_nativePollOnce(JNIEnv* env, jobject obj, jlong ptr, jint timeoutMillis) { NativeMessageQueue* nativeMessageQueue = reinterpret_cast<NativeMessageQueue*>(ptr); nativeMessageQueue->pollOnce(env, obj, timeoutMillis); } void NativeMessageQueue::pollOnce(JNIEnv* env, jobject pollObj, int timeoutMillis) { mPollEnv = env; mPollObj = pollObj; mLooper->pollOnce(timeoutMillis); mPollObj = NULL; mPollEnv = NULL; if (mExceptionObj) { env->Throw(mExceptionObj); env->DeleteLocalRef(mExceptionObj); mExceptionObj = NULL; } }
这个方法的native层方法最终会调用Looper的pollOnce:
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 DEBUG_POLL_AND_WAKE ALOGD("%p ~ pollOnce - returning signalled identifier %d: " "fd=%d, events=0x%x, data=%p", this, ident, fd, events, data); #endif if (outFd != NULL) *outFd = fd; if (outEvents != NULL) *outEvents = events; if (outData != NULL) *outData = data; return ident; } } if (result != 0) { #if DEBUG_POLL_AND_WAKE ALOGD("%p ~ pollOnce - returning result %d", this, result); #endif if (outFd != NULL) *outFd = 0; if (outEvents != NULL) *outEvents = 0; if (outData != NULL) *outData = NULL; return result; } result = pollInner(timeoutMillis); } } int Looper::pollInner(int timeoutMillis) { #if DEBUG_POLL_AND_WAKE ALOGD("%p ~ pollOnce - waiting: timeoutMillis=%d", this, timeoutMillis); #endif // Adjust the timeout based on when the next message is due. if (timeoutMillis != 0 && mNextMessageUptime != LLONG_MAX) { nsecs_t now = systemTime(SYSTEM_TIME_MONOTONIC); int messageTimeoutMillis = toMillisecondTimeoutDelay(now, mNextMessageUptime); if (messageTimeoutMillis >= 0 && (timeoutMillis < 0 || messageTimeoutMillis < timeoutMillis)) { timeoutMillis = messageTimeoutMillis; } #if DEBUG_POLL_AND_WAKE ALOGD("%p ~ pollOnce - next message in %" PRId64 "ns, adjusted timeout: timeoutMillis=%d", this, mNextMessageUptime - now, timeoutMillis); #endif } // Poll. int result = POLL_WAKE; mResponses.clear(); mResponseIndex = 0; // We are about to idle. mPolling = true; struct epoll_event eventItems[EPOLL_MAX_EVENTS]; int eventCount = epoll_wait(mEpollFd, eventItems, EPOLL_MAX_EVENTS, timeoutMillis); // No longer idling. mPolling = false; // Acquire lock. mLock.lock(); // Rebuild epoll set if needed. if (mEpollRebuildRequired) { mEpollRebuildRequired = false; rebuildEpollLocked(); goto Done; } // Check for poll error. 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) { #if DEBUG_POLL_AND_WAKE ALOGD("%p ~ pollOnce - timeout", this); #endif result = POLL_TIMEOUT; goto Done; } // Handle all events. #if DEBUG_POLL_AND_WAKE ALOGD("%p ~ pollOnce - handling events from %d fds", this, eventCount); #endif for (int i = 0; i < eventCount; i++) { int fd = eventItems[i].data.fd; uint32_t epollEvents = eventItems[i].events; if (fd == mWakeEventFd) { if (epollEvents & EPOLLIN) { awoken(); } else { ALOGW("Ignoring unexpected epoll events 0x%x on wake event fd.", epollEvents); } } else { ssize_t requestIndex = mRequests.indexOfKey(fd); if (requestIndex >= 0) { int events = 0; if (epollEvents & EPOLLIN) events |= EVENT_INPUT; if (epollEvents & EPOLLOUT) events |= EVENT_OUTPUT; if (epollEvents & EPOLLERR) events |= EVENT_ERROR; if (epollEvents & EPOLLHUP) events |= EVENT_HANGUP; pushResponse(events, mRequests.valueAt(requestIndex)); } else { ALOGW("Ignoring unexpected epoll events 0x%x on fd %d that is " "no longer registered.", epollEvents, fd); } } } Done: ; // Invoke pending message callbacks. mNextMessageUptime = LLONG_MAX; while (mMessageEnvelopes.size() != 0) { nsecs_t now = systemTime(SYSTEM_TIME_MONOTONIC); const MessageEnvelope& messageEnvelope = mMessageEnvelopes.itemAt(0); if (messageEnvelope.uptime <= now) { // Remove the envelope from the list. // We keep a strong reference to the handler until the call to handleMessage // finishes. Then we drop it so that the handler can be deleted *before* // we reacquire our lock. { // obtain handler sp<MessageHandler> handler = messageEnvelope.handler; Message message = messageEnvelope.message; mMessageEnvelopes.removeAt(0); mSendingMessage = true; mLock.unlock(); #if DEBUG_POLL_AND_WAKE || DEBUG_CALLBACKS ALOGD("%p ~ pollOnce - sending message: handler=%p, what=%d", this, handler.get(), message.what); #endif handler->handleMessage(message); } // release handler mLock.lock(); mSendingMessage = false; result = POLL_CALLBACK; } else { // The last message left at the head of the queue determines the next wakeup time. mNextMessageUptime = messageEnvelope.uptime; break; } } // Release lock. mLock.unlock(); // Invoke all response callbacks. for (size_t i = 0; i < mResponses.size(); i++) { Response& response = mResponses.editItemAt(i); if (response.request.ident == POLL_CALLBACK) { int fd = response.request.fd; int events = response.events; void* data = response.request.data; #if DEBUG_POLL_AND_WAKE || DEBUG_CALLBACKS ALOGD("%p ~ pollOnce - invoking fd event callback %p: fd=%d, events=0x%x, data=%p", this, response.request.callback.get(), fd, events, data); #endif // Invoke the callback. Note that the file descriptor may be closed by // the callback (and potentially even reused) before the function returns so // we need to be a little careful when removing the file descriptor afterwards. int callbackResult = response.request.callback->handleEvent(fd, events, data); if (callbackResult == 0) { removeFd(fd, response.request.seq); } // Clear the callback reference in the response structure promptly because we // will not clear the response vector itself until the next poll. response.request.callback.clear(); result = POLL_CALLBACK; } } return result; }
这个方法超长,但实际上Looper的pollOnce方法主要有5步:
调用epoll_wait方法等待所监听的fd的写入,其方法原型如下:
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, intmaxevents, int timeout)
调用的方法参数为:
int eventCount = epoll_wait(mEpollFd, eventItems, EPOLL_MAX_EVENTS, timeoutMillis);
eventItems里面就包含了mWakeEvent和通过addFd添加fd时加入的Event。该方法会阻塞,当timeoutMillis(对应java层的nextPollTimeoutMillis)到了时间,该方法会返回,或者eventItems有事件来了,该方法会返回。返回之后就是干下一件事
判断有没有event,因为可能是timeoutMillis到了返回的,如果没有直接进行4.
读取eventItems的内容,如果eventItem的fd是mWakeEventFd,则调用awoken方法,读取Looper.wake写入的内容,如果是其他的fd,则使用pushResponse来读取,并且将内容放入Response当中。
处理NativeMessageQueue的消息,这些消息是native层的消息
处理pushResponse写入的内容。
里面主要是干了三件事处理wakeEventFd的输入内容,其他fd的输入内容,以及NativeMessageQueue里面的Message。
nativeWake
实际上最后就是调用了Looper的wake方法://android_os_MessageQueue.cpp static void android_os_MessageQueue_nativeWake(JNIEnv* env, jclass clazz, jlong ptr) { NativeMessageQueue* nativeMessageQueue = reinterpret_cast<NativeMessageQueue*>(ptr); nativeMessageQueue->wake(); } void NativeMessageQueue::wake() { mLooper->wake(); } //Looper.cpp void Looper::wake() { #if DEBUG_POLL_AND_WAKE ALOGD("%p ~ wake", this); #endif uint64_t inc = 1; ssize_t nWrite = TEMP_FAILURE_RETRY(write(mWakeEventFd, &inc, sizeof(uint64_t))); if (nWrite != sizeof(uint64_t)) { if (errno != EAGAIN) { ALOGW("Could not write wake signal, errno=%d", errno); } } }
这样native层的消息队列就算是完了。
SyncBarrier
我们在next方法里面看到有这么一段代码if (msg != null && msg.target == null) { //target 正常情况下都不会为null,在postBarrier会出现target为null的Message // Stalled by a barrier. Find the next asynchronous message in the queue. do { prevMsg = msg; msg = msg.next; } while (msg != null && !msg.isAsynchronous()); }
什么时候msg.target会为null呢?有sync barrier消息的时候,实际上msg.target为null表示sync barrier(同步消息屏障)。MessageQueue有一个postSyncBarrier方法:
public int postSyncBarrier() { return postSyncBarrier(SystemClock.uptimeMillis()); } 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) { final int token = mNextBarrierToken++; final Message msg = Message.obtain(); msg.markInUse(); msg.when = when; msg.arg1 = token; Message prev = null; Message p = mMessages; if (when != 0) { while (p != null && p.when <= when) { prev = p; p = p.next; } } if (prev != null) { // invariant: p == prev.next msg.next = p; prev.next = msg; } else { msg.next = p; mMessages = msg; } return token; } }
对应有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; 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) { 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); // 需要唤醒,因为队首元素是SyncBarrier,队列中有消息但是没有异步消息的时候,next方法同样会阻塞等待。 } } }
看next方法的源码,每次消息队列中有barrier的时候,next会寻找队列中的异步消息来处理。如果没有异步消息,设置nextPollTimeoutMillis = -1,进入阻塞等待新消息的到来。异步消息主要是系统发送的,而系统中的异步消息主要有触摸事件,按键事件的消息。系统中调用postSyncBarrier和removeSyncBarrier主要实在ViewRootImpl的scheduleTraversals和unscheduleTraversals,以及doTraversals方法中。从源码可以猜到每次调用postSyncBarrier后都会调用removeSyncBarrier,不然同步消息就没法执行了(看next源码理解这一点)。可以看一下scheduleTraversal方法:
//ViewRootImpl.java void scheduleTraversals() { if (!mTraversalScheduled) { mTraversalScheduled = true; mTraversalBarrier = mHandler.getLooper().getQueue().postSyncBarrier(); mChoreographer.postCallback( Choreographer.CALLBACK_TRAVERSAL, mTraversalRunnable, null); if (!mUnbufferedInputDispatch) { scheduleConsumeBatchedInput(); } notifyRendererOfFramePending(); pokeDrawLockIfNeeded(); } }
实际上MessageQueue的源码一直在变化的,2.3才加入了native层的Message,在4.0.1还没有SyncBarrier,4.1才开始加入SyncBarrier的,而且MessageQueue没有postSyncBarrier方法,只有enqueueSyncBarrier方法,Looper里面有个postSyncBarrier方法。
SyncBarrier的意义
前面介绍了一下每个版本的特点,我想介绍一种SyncBarrier的意义,我们介绍了使用SyncBarrier主要是ViewRootImpl中的scheduleTraversal的时候,那是跟UI事件相关的,像派发消息会通过发送Message发到主线程:public void dispatchInputEvent(InputEvent event, InputEventReceiver receiver) { SomeArgs args = SomeArgs.obtain(); args.arg1 = event; args.arg2 = receiver; Message msg = mHandler.obtainMessage(MSG_DISPATCH_INPUT_EVENT, args); msg.setAsynchronous(true); mHandler.sendMessage(msg); }
注意它这里就是使用的异步Message,使用了
msg.setAsyncronous(true)。 而SyncBarrier有什么用处呢?我们刚刚介绍的时候,当消息队列的第一个Message的target的时候,表示它是一个SyncBarrier,它会阻拦同步消息,而选择队列中第一个异步消息处理,如果没有则会阻塞。这表示什么呢?这是表示第一个Message是SyncBarrier的时候,会只处理异步消息。而我们前面介绍了InputEvent的时候,它就是异步消息,在有SyncBarrier的时候就会被优先处理。所以在调用了scheduleTraversal的时候,就会只处理触摸事件这些消息了,保证用户体验。保证了触摸事件及时处理,实际上这也能减少ANR。如果这个时候MessageQueue中有很多Message,也能够及时处理那些触摸事件的Message了。
总结
MessageQueue是Android消息消息机制的内部核心,理解好MessageQueue更能理解好Android应用层的消息逻辑。MessageQueue大部分情况下插入消息是插入队列首部的。另外MessageQueue的代码一直在不断地变化,对照不同版本的代码,真的能领略代码改变时的目的,从演变中学习。相关文章推荐
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