從源碼角度分析Android的消息機制
前言
說到Android的消息機制,那么主要的就是指的Handler的運行機制。其中包括MessageQueue以及Looper的工作過程。
在開始正文之前,先拋出兩個問題:
- 為什么更新UI的操作要在主線程中進(jìn)行?
- Android中為什么主線程不會因為Looper.loop()里的死循環(huán)卡死?
UI線程的判斷是在ViewRootImpl中的checkThread方法中完成的。
對于第一個問題,這里給一個簡單的回答:
如果可以在子線程中修改UI,多線程的并發(fā)訪問可能會導(dǎo)致UI控件的不可預(yù)期性,采用加鎖的方式,就會降低UI的訪問效率以及會阻塞其他線程的執(zhí)行,所以最簡單有效的方法就是采用單線程模型來處理UI操作。
Handler的運行離不來底層的MessageQueue和Looper的支撐。MessageQueue翻譯過來是一個消息隊列,里面存儲了Handler需要的Message,MessageQueue并不是一個隊列,其實上是用單鏈表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來存儲Message。
那么Handler如何拿到Message呢?這時候就需要Looper了,Looper通過Looper.loop()來開啟一個死循環(huán),不斷從MessageQueue中取消息然后傳遞給Handler。
這里還有另一個知識點就是Looper的獲取,這里就要提高一個存儲類:ThreadLocal
ThreadLocal的工作原理
ThreadLocal是線程內(nèi)部的一個數(shù)據(jù)存儲類,可以存儲某個線程中的數(shù)據(jù),對于其他線程無法獲取該線程的數(shù)據(jù)。我們通過原理來看一下,這個觀點是否正確。
public void set(T value) {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
map.set(this, value);
else
createMap(t, value);
}
public T get() {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null) {
ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
if (e != null) {
@SuppressWarnings("unchecked")
T result = (T)e.value;
return result;
}
}
return setInitialValue();
}
可以看出它的set和get方法就是在當(dāng)前線程中所做的操作,ThreadLocalMap內(nèi)部是一個數(shù)組table。 這樣就保證了在不同線程中的數(shù)據(jù)互不干擾。
ThreadLocal除了使用在Handler中獲取Looper,還用于一些復(fù)雜的場景,比如:監(jiān)聽器的傳遞。
我們簡單了解了ThreadLocal,那么我們從New Handler()來一步步梳理下消息機制。
Looper的工作原理
// Handler.java
public Handler() {
this(null, false);
}
// callback 消息回調(diào);async 是否同步
public Handler(Callback callback, boolean async) {
...
// 1. 首先獲取looper
mLooper = Looper.myLooper();
if (mLooper == null) {
throw new RuntimeException(
"Can't create handler inside thread " + Thread.currentThread()
+ " that has not called Looper.prepare()");
}
// 2. 獲取MessggeQueue
mQueue = mLooper.mQueue;
mCallback = callback;
mAsynchronous = async;
}
我們平常用的是無參數(shù)的方法,它傳入的是空的回調(diào)以及false。
public static @Nullable Looper myLooper() {
return sThreadLocal.get();
}
這里就出現(xiàn)了我們之前說的ThreadLoacal類,那么looper值是什么時候設(shè)置進(jìn)去的呢?
它的設(shè)置方法其實是在prepare方法以及prepareMainLooper方法中,我們來分別來看下:
public static void prepare() {
prepare(true);
}
private static void prepare(boolean quitAllowed) {
// 在創(chuàng)建looper之前,判斷l(xiāng)ooper是否與threadloacal綁定過,這也是prepare只能設(shè)置一遍的原因。
if (sThreadLocal.get() != null) {
throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
}
sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));
}
public static void prepareMainLooper() {
// 這里其實還是調(diào)用的prepare方法
prepare(false);
synchronized (Looper.class) {
if (sMainLooper != null) {
throw new IllegalStateException("The main Looper has already been prepared.");
}
sMainLooper = myLooper();
}
}
通過上面可以prepare方法只能設(shè)置一遍,那么我們在主線程中為什么能直接使用呢? app程序的入口是在ActivityThread中的main方法中:
public static void main(String[] args) {
...
//1. 初始化Looper對象
Looper.prepareMainLooper();
// 2. 開啟無限循環(huán)
Looper.loop();
throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
}
看到了吧,初始化在這里,那么我們再來看下looper的初始化方法:
private Looper(boolean quitAllowed) {
mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
mThread = Thread.currentThread();
}
Looper的初始化做了兩件事:創(chuàng)建消息隊列MessageQueue以及獲取當(dāng)前的線程。 到這里,我們可以得到一個結(jié)論:
- prepare方法在一個線程中只能調(diào)用一次。
- Looper的初始化在一個線程中只能調(diào)用一次。
- 最后可以得知:一個線程對應(yīng)一個Looper,一個Looper對應(yīng)一個MessageQueue。
Looper可以理解為一個工廠線,不斷從MessageQueue中取Message,工廠線開啟的方式就是Looper.loop()
public static void loop() {
final Looper me = myLooper();
// 1. 判斷l(xiāng)ooper是否存在
if (me == null) {
throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
}
final MessageQueue queue = me.mQueue;
...
//2. 開啟一個死循環(huán)
for (;;) {
Message msg = queue.next(); // might block
if (msg == null) {
// No message indicates that the message queue is quitting.
return;
}
...
try {
msg.target.dispatchMessage(msg);
dispatchEnd = needEndTime ? SystemClock.uptimeMillis() : 0;
} finally {
if (traceTag != 0) {
Trace.traceEnd(traceTag);
}
}
...
}
}
looper方法通過開啟一個死循環(huán),不斷從MessageQueue中取Message消息,當(dāng)message為空時,退出該循環(huán),否則調(diào)用msg.target.dispatchMessage(msg)方法,target就是msg綁定的Handler對象。
Handler的工作原理
好了到這里又回到了Handler類中。
public void dispatchMessage(Message msg) {
if (msg.callback != null) {
handleCallback(msg);
} else {
if (mCallback != null) {
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
}
}
handleMessage(msg);
}
}
這個handleMessage就是我們需要實現(xiàn)的方法。 那么Handler是如何設(shè)置到Message中的呢?我們來看下我們熟知的sendMessage方法:
public final boolean sendMessage(Message msg)
{
return sendMessageDelayed(msg, 0);
}
public final boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis)
{
if (delayMillis < 0) {
delayMillis = 0;
}
return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis);
}
public boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis) {
MessageQueue queue = mQueue;
...
return enqueueMessage(queue, msg, uptimeMillis);
}
private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
// 關(guān)鍵代碼來了!
msg.target = this;
if (mAsynchronous) {
msg.setAsynchronous(true);
}
return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}
可以看到,通過一系列的方法,在enqueueMessage中將handler賦值到msg的target中。最后調(diào)用的是MessageQueue的enqueueMessage方法中:
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 {
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;
}
enqueueMessage方法主要做了兩件事:
首先判斷handler是否存在以及是否在使用中。然后根據(jù)時間順序插入MessageQueue中。
到這里基本的流程已經(jīng)梳理完了,回到起初我們的問題:Looper.loop()是一個死循環(huán),為什么不會堵塞主線程呢?
我們來看下MessageQueue的next方法:
Message next() {
final long ptr = mPtr;
if (ptr == 0) {
return null;
}
int pendingIdleHandlerCount = -1; // -1 only during first iteration
int nextPollTimeoutMillis = 0;
for (;;) {
nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);
...
}
}
nativePollOnce方法是一個 native 方法,當(dāng)調(diào)用此 native 方法時,主線程會釋放 CPU 資源進(jìn)入休眠狀態(tài),直到下條消息到達(dá)或者有事務(wù)發(fā)生,通過往 pipe 管道寫端寫入數(shù)據(jù)來喚醒主線程工作,這里采用的 epoll 機制。關(guān)于 nativePollOnce 的詳細(xì)分析可以參考:nativePollOnce函數(shù)分析
總結(jié)
- app程序啟動從ActivityThread中的main方法中開始,通過Looper.prepare()進(jìn)行Looper以及MessageQueue的創(chuàng)建以及ThreadLocal與線程之間的綁定。
- 我們在創(chuàng)建Handler時,通過ThreadLocal來獲取該線程中的Looper以及在Looper上綁定的MessageQueue。
- 通過Handler.sendMessage()方法來將msg與Handler之間進(jìn)行綁定,然后將msg通過時間順序插入MessageQueue中。
- 主線程創(chuàng)建后,Looper.loop()來啟動一個(不占用資源)死循環(huán),從Looper已經(jīng)存在的MessageQueue中不斷取出Message,然后調(diào)用不為空的Message綁定的Handler的dispatchMessage(msg)方法,最后會調(diào)用我們復(fù)寫的handlerMessage方法中。
參考資料
以上就是從源碼角度分析Android的消息機制的詳細(xì)內(nèi)容,更多關(guān)于Android 消息機制的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章!
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