理解Handler Looper MessageQueue

概述

Handler是Android常用的线程间消息工具,下文对Handler,Looper,MessageQueue 涉及的代码做一个分析,以此加深Handler的消息模型的认识。

Looper

Looper主要是prepare()和loop()方法。

prepare()为当前线程创建新的Looper对象,存储在ThreadLocal变量里。

Looper会创建Java对象MessageQueue,MessageQueue又会调用native方法nativeInit创建NativeMessageQueue对象,mPtr存储是NativeMessageQueue的地址,nativeInit代码在frameworks/base/core/jni/android_os_MessageQueue.cpp 

NativeMessageQueue构造函数中回调用Native的Looper::getForThread();获取当前线程的native Looper对象,没有就创建新的,Looper代码在/system/core/libutils/Looper.cpp中。

关键的代码都在Looper的构造函数中:

1.mWakeEventFd=eventfd(0,EFD_NONBLOCK),创建文件描述符。( Linux下的eventfd)

2.调用rebuildEpollLocked(),使用epoll监听mWakeEventFd的可读事件。(Epoll)

调用loop()方法,线程会进入死循环,循环中调用Looper.mQueue的next()方法,也就是MessageQueue的next()方法,获取最新的msg,在调用msg.target.dispatchMessage(msg)方法来处理msg,msg的target就是发送msg的Handler对象。

MessageQueue.next()方法也是个死循环,先调用native方法 nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis),再调用NativeMessageQueue的pollOnce方法,方法中调用native Looper对象的pollOnce方法,方法中调用Looper.pollInner方法,其中的关键方法代码是:

epoll_wait的作用如下:

int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);

epfd为用epoll_create创建之后的句柄,events是一个epoll_event*的指针,当epoll_wait这个函数操作成功之后,epoll_events里面将储存所有的读写事件。max_events是当前需要监听的所有fd。最后一个timeout是 epoll_wait的超时,为0的时候表示马上返回,为-1的时候表示一直等下去,直到有事件范围,为任意正整数的时候表示等这么长的时间,如果一直没有事件,则范围。一般如果网络主循环是单独的线程的话,可以用-1来等,这样可以保证一些效率,如果是和主逻辑在同一个线程的话,则可以用0来保证主循环的效率。

如果epoll_wait返回,就开始处理可读事件:

如果有可读事件的fd是nativeInit中创建的mWakeEventFd,就调用awoken()方法,如果是其他fd,就调用pushResponse()方法,awoken()就只是从mWakeEventFd读8个字节数据。

awoken()之后,执行pushResponse()中获取到的Event,调用response.request.callback->handleEvent(fd,events,data),执行完所有其他fd的可读事件后,java代码已经执行完nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis),方法开始往下执行。

java对mMessages开始处理,mMessages本质上是一个链表中的head对象,当前mMessages对象是否是同步屏障,只有同步屏障的消息才能 target==null(Message需要调用setAsynchronous(boolean async)才能设置消息为异步消息,默认的都是同步消息),如果队首是同步屏障,就找后面的异步消息,如果队首不是同步屏障,直接使用当前消息,然后是否到了消息的执行时间,如果没到,就需要继续等待一段时间,如果到了执行时间,就返回消息。最后要把要找到的消息从队列里剔除。

何时执行IdleHandler

IdleHandler只有在当前找不到可以立即执行的消息时才会执行,而且在找到下一个消息之前只会执行一次。

Handler

1.创建Handler

Handler需要一个Looper来创建,如果不传递传递Looper会调用Looper.myLooper(),如果当前线程没有Looper就会报错,所以必须在new Handler()之前调用Looper.prepare()。

2.Handler发送消息

Handler发送消息调用 sendMessageAtTime()->enqueueMessage()->MessageQueue.enqueueMessage()

根据msg.when,就是msg应该的发生时间,把msg插入到mMessages的链表对用的位置中,然后调用nativeWake方法。

boolean enqueueMessage(Message msg, long when) 

nativeWake()调用NativeMessageQueue.wake方法,调用Looper->wake()方法,向mWakeEventFd写入8字节数据,此时epoll_wait会收到可读事件,从阻塞中返回,Java层代码会从nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis)返回,开始处理最早应该发生的msg。

3.

到此代码分析就结束了。

总结

Handler Java层面的消息模型类似于使用BlockingQueue实现的生产消费模型,msg数据也只在Java层传递,而Handler是使用epoll实现,Handler 在native层面也只使用了epoll的线程阻塞和唤起机制,但是epoll几个api都是系统调用,看上去性能还不如直接使用Java的BlockingQueue。Android的主线程为啥还使用Handler来进行线程间通信呢?这可能跟Android主线程的场景有关,Android 主线程除了处理Java 层消息还需要处理Input和Vsync事件的响应,这些消息都是直接发送到主线程的native的Looper中,并在response.request.callback->handleEvent(fd,events,data)的代码中得到处理。Handler这样的实现就很符合主线程的场景。简单从Java层的线程间消息通知机制来说,Handler并不比BlockingQueue这样的实现性能会更高。

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