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    Android应用程序消息处理机制

    2015-07-14 00:00:00 出处:IT_xiao小巫
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    Android的消息处理机制主要分为四个部分:

    创建消息队列 消息循环 消息发送 消息处理

    主要涉及三个类:

    MessageQueue Looper Handler

    Android应用程序每启动一个线程,都为其创建一个消息队列,然后进入到一个无限循环之中。然后不断检查队列中是否有新消息需要处理。假如没有,线程就会进入睡眠状态,反之会对消息进行分发处理。

    下面根据上面所说的进行详述。

    创建消息队列

    整个创建过程涉及到两个类:MessageQueue 和 Looper。它们在C++层有两个对应的类:NativeMessageQueue和Looper。其关系如下图所示:

              +------+    +------------+  +------------------+  +--------------+                    
              |Looper|    |MessageQueue|  |NativeMessageQueue|  |Looper(Native)|                    
              +--+---+    +------+-----+  +---------+--------+  +-------+------+                    
                 |               |                  |                   |                           
                 |               |                  |                   |                           
    +-------------------------------------------------------------------------------+               
    |[msg loop]  |   next()      |                  |                   |           |               
    |            +------------>  |                  |                   |           |               
    |            |               |                  |                   |           |               
    |            |               |                  |                   |           |               
    |            |               | nativePollOnce() |                   |           |               
    |            |               |    pollOnce()    |                   |           |               
    |            |               +----------------> |                   |           |               
    |            |               |                  |                   |           |              
    |            |               |                  |                   |           |               
    |            |               |                  |                   |           |               
    |            |               |                  |                   |           |               
    |            |               |                  |     pollOnce()    |           |               
    |            |               |                  +-----------------> |           |               
    |            |               |                  |                   |           |               
    |            |               |                  |                   | epoll_wait()              
    |            |               |                  |                   +--------+  |               
    |            |               |                  |                   |        |  |               
    |            |               |                  |                   |        |  |               
    |            |               |                  |                   | <------+  |               
    |            |               |                  |                   | awoken()  |               
    |            +               +                  +                   +           |               
    |                                                                               |               
    |                                                                               |               
    +-------------------------------------------------------------------------------+

    创建过程如下所示:

    Looper的prepare或者prepareMainLooper静态方法被调用,将一个Looper对象保存在ThreadLocal里面。 Looper对象的初始化方法里,首先会新建一个MessageQueue对象。 MessageQueue对象的初始化方法通过JNI初始化C++层的NativeMessageQueue对象。 NativeMessageQueue对象在创建过程中,会初始化一个C++层的Looper对象。 C++层的Looper对象在创建的过程中,会在内部创建一个管道(pipe),并将这个管道的读写fd都保存在mWakeReadPipeFd和mWakeWritePipeFd中。
    然后新建一个epoll实例,并将两个fd注册进去。 利用epoll的机制,可以做到当管道没有消息时,线程睡眠在读端的fd上,当其他线程往管道写数据时,本线程便会被唤醒以进行消息处理。

    消息循环

             +-------+     +------------+   +------------------+   +--------------+                        
              |Handler|     |MessageQueue|   |NativeMessageQueue|   |Looper(Native)|                        
              +--+----+     +-----+------+   +---------+--------+   +-------+------+                        
                 |                |                    |                    |                               
                 |                |                    |                    |                               
    sendMessage()|                |                    |                    |                               
    +----------> |                |                    |                    |                               
                 |                |                    |                    |                               
                 |enqueueMessage()|                    |                    |                               
                 +--------------> |                    |                    |                               
                 |                |                    |                    |                               
                 |                |                    |                    |                               
                 |                |                    |                    |                               
                 |                |  nativeWake()      |                    |                               
                 |                |    wake()          |                    |                               
                 |                +------------------> |                    |                               
                 |                |                    |                    |                               
                 |                |                    |    wake()          |                               
                 |                |                    +------------------> |                               
                 |                |                    |                    |                               
                 |                |                    |                    |                               
                 |                |                    |                    |write(mWakeWritePipeFd, "W", 1)
                 |                |                    |                    |                               
                 |                |                    |                    |                               
                 |                |                    |                    |                               
                 |                |                    |                    |                               
                 |                |                    |                    |                               
                 +                +                    +                    +

    首先通过调用Looper的loop方法开始消息监听。loop方法里会调用MessageQueue的next方法。next方法会堵塞线程直到有消息到来为止。

    next方法通过调用nativePollOnce方法来监听事件。next方法内部逻辑如下所示(简化):

    a. 进入死循环,以参数timout=0调用nativePollOnce方法。 b. 假如消息队列中有消息,nativePollOnce方法会将消息保存在mMessage成员中。nativePollOnce方法返回后立刻检查mMessage成员是否为空。 c. 假如mMessage不为空,那么检查它指定的运行时间。假如比当前时间要前,那么马上返回这个mMessage,否则设置timeout为两者之差,进入下一次循环。 d. 假如mMessage为空,那么设置timeout为-1,即下次循环nativePollOnce永久堵塞。

    nativePollOnce方法内部利用epoll机制在之前建立的管道上等待数据写入。接收到数据后马上读取并返回结果。

    消息发送

                +------+       +-------+                                                                   
                 |Looper|       |Handler|                                                                   
                 +--+---+       +---+---+                                                                   
                    |               |                                                                       
                    |               |                                                                       
        loop()      |               |                                                                       
        [after next()]              |                                                                       
        +---------> |               |                                                                       
                    |               |                                                                       
                    |dispatchMessage()                                                                      
                    +-------------> |                                                                       
                    |               |                                                                       
                    |               |                                                                       
                    |               | handleMessage()                                                       
                    |               +-------+                                                               
                    |               |       |                                                               
                    |               |       |                                                               
                    |               | <-----+                                                               
                    |               |   (callback or subclass)                                              
                    |               |                                                                       
                    +               +

    消息发送过程主要由Handler对象来驱动。

    Handler对象在创建时会保存当前线程的looper和MessageQueue,假如传入Callback的话也会保存起来。 用户调用handler对象的sendMessage方法,传入msg对象。handler通过调用MessageQueue的enqueueMessage方法将消息压入MessageQueue。 enqueueMessage方法会将传入的消息对象根据触发时间(when)插入到message queue中。然后判断是否要唤醒等待中的队列。
    a. 假如插在队列中间。说明该消息不需要马上处理,不需要由这个消息来唤醒队列。
    b. 假如插在队列头部(或者when=0),则表明要马上处理这个消息。假如当前队列正在堵塞,则需要唤醒它进行处理。 假如需要唤醒队列,则通过nativeWake方法,往前面提到的管道中写入一个”W”字符,令nativePollOnce方法返回。

    消息处理

    +------+ +-------+  |Looper|       |Handler| +--+---+ +---+---+  | | | | loop() | | [after next()] | +---------> | |  | | |dispatchMessage() +-------------> |  | | | | | | handleMessage() | +-------+  | | | | | | | | <-----+  | | (callback or subclass) | | + + 

    Looper对象的loop方法里面的queue.next方法假如返回了message,那么handler的dispatchMessage会被调用。

    a. 假如新建Handler的时候传入了callback实例,那么callback的handleMessage方法会被调用。
    b. 假如是通过post方法向handler传入runnable对象的,那么runnable对象的run方法会被调用。
    c. 其他情况下,handler方法的handleMessage会被调用。

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