Android MessageQueue源码分析

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。

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:
?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：
1. 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。
2. 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。
3. 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:
?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

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：
?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。

nativePollOnce

nativePollOnce是每次调用next方法获取消息的时候调用的:
?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
2. 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.
3. 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。
4. 处理NativeMessageQueue的消息，这些消息是native层的消息
5. 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:
?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
?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。

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：
?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。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。