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Android消息机制原理解析

  • 时间:2018-02-05
  • 发布:成都达内
  • 来源:成都达内

消息机制流程简介

在应用启动的时候,会执行程序的入口函数main(),main()里面会创建一个Looper对象,然后通过这个Looper对象开启一个死循环,这个循环的工作是,不断的从消息队列MessageQueue里面取出消息即Message对象,并处理。然后看下面两个问题:

循环拿到一个消息之后,如何处理?

是通过在Looper的循环里调用Handler的dispatchMessage()方法去处理的,而dispatchMessage()方法里面会调用handleMessage()方法,handleMessage()就是平时使用Handler时重写的方法,所以最终如何处理消息由使用Handler的开发者决定。

MessageQueue里的消息从哪来?

使用Handler的开发者通过调用sendMessage()方法将消息加入到MessageQueue里面。

上面就是Android中消息机制的一个整体流程,也是 “Android中Handler,Looper,MessageQueue,Message有什么关系?” 的答案。通过上面的流程可以发现Handler在消息机制中的地位,是作为辅助类或者工具类存在的,用来供开发者使用。

对于这个流程有两个疑问:

Looper中是如何能调用到Handler的方法的?

Handler是如何能往MessageQueue中插入消息的?

这两个问题会在后面给出答案,下面先来通过源码,分析一下这个过程的具体细节:

消息机制的源码分析

首先main()方法位于ActivityThread.java类里面,这是一个隐藏类,源码位置:frameworks/base/core/java/android/app/ActivityThread.java

public static void main(String[] args) {

......

Looper.prepareMainLooper();

ActivityThread thread = new ActivityThread();

thread.attach(false);

if (sMainThreadHandler == null) {

sMainThreadHandler = thread.getHandler();

}

Looper.loop();

throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");

}

Looper的创建可以通过Looper.prepare()来完成,上面的代码中prepareMainLooper()是给主线程创建Looper使用的,本质也是调用的prepare()方法。创建Looper以后就可以调用Looper.loop()开启循环了。main方法很简单,不多说了,下面看看Looper被创建的时候做了什么,下面是Looper的prepare()方法和变量sThreadLocal:

static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>(); 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));

}

很简单,new了一个Looper,并把new出来的Looper保存到ThreadLocal里面。ThreadLocal是什么?它是一个用来存储数据的类,类似HashMap、ArrayList等集合类。它的特点是可以在指定的线程中存储数据,然后取数据只能取到当前线程的数据,比如下面的代码:

ThreadLocal<Integer> mThreadLocal = new ThreadLocal<>(); private void testMethod() {

mThreadLocal.set(0);

Log.d(TAG, "main mThreadLocal=" + mThreadLocal.get());

new Thread("Thread1") {

@Override public void run() {

mThreadLocal.set(1);

Log.d(TAG, "Thread1 mThreadLocal=" + mThreadLocal.get());

}

}.start();

new Thread("Thread2") {

@Override public void run() {

mThreadLocal.set(2);

Log.d(TAG, "Thread1 mThreadLocal=" + mThreadLocal.get());

}

}.start();

Log.d(TAG, "main mThreadLocal=" + mThreadLocal.get());

}

输出的log是

main mThreadLocal=0 Thread1 mThreadLocal=1 Thread2 mThreadLocal=2 main mThreadLocal=0

通过上面的例子可以清晰的看到ThreadLocal存取数据的特点,只能取到当前所在线程存的数据,如果所在线程没存数据,取出来的就是null。其实这个效果可以通过HashMap<Thread, Object>来实现,考虑线程安全的话使用ConcurrentMap<Thread, Object>,不过使用Map会有一些麻烦的事要处理,比如当一个线程结束的时候我们如何删除这个线程的对象副本呢?如果使用ThreadLocal就不用有这个担心了,ThreadLocal保证每个线程都保持对其线程局部变量副本的隐式引用,只要线程是活动的并且 ThreadLocal 实例是可访问的;在线程消失之后,其线程局部实例的所有副本都会被垃圾回收(除非存在对这些副本的其他引用)。更多ThreadLocal的讲解参考:Android线程管理之ThreadLocal理解及应用场景,地址如下:

https://www.cnblogs.com/whoislcj/p/5811989.html

好了回到正题,prepare()创建Looper的时候同时把创建的Looper存储到了ThreadLocal中,通过对ThreadLocal的介绍,获取Looper对象就很简单了,sThreadLocal.get()即可,源码提供了一个public的静态方法可以在主线程的任何地方获取这个主线程的Looper(注意一下方法名myLooper(),多个地方会用到):

public static @Nullable Looper myLooper() {

return sThreadLocal.get();

}

Looper创建完了,接下来开启循环,loop方法的关键代码如下:

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;

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);

} finally {

if (traceTag != 0) {

Trace.traceEnd(traceTag);

}

}

msg.recycleUnchecked();

}

}

上面的代码,首先获取主线程的Looper对象,然后取得Looper中的消息队列final MessageQueue queue = me.mQueue;,然后下面是一个死循环,不断的从消息队列里取消息Message msg = queue.next();,可以看到取出的消息是一个Message对象,如果消息队列里没有消息,就会阻塞在这行代码,等到有消息来的时候会被唤醒。取到消息以后,通过msg.target.dispatchMessage(msg);来处理消息,msg.target 是一个Handler对象,所以这个时候就调用到我们重写的Hander的handleMessage()方法了。

msg.target 是在什么时候被赋值的呢?要找到这个答案很容易,msg.target是被封装在消息里面的,肯定要从发送消息那里开始找,看看Message是如何封装的。那么就从Handler的sendMessage(msg)方法开始,过程如下:

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;

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);

} private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {

msg.target = this;

if (mAsynchronous) {

msg.setAsynchronous(true);

}

return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);

}

可以看到最后的enqueueMessage()方法中msg.target = this;,这里就把发送消息的handler封装到了消息中。同时可以看到,发送消息其实就是往MessageQueue里面插入了一条消息,然后Looper里面的循环就可以处理消息了。Handler里面的消息队列是怎么来的呢?从上面的代码可以看到enqueueMessage()里面的queue是从sendMessageAtTime传来的,也就是mQueue。然后看mQueue是在哪初始化的,看Handler的构造方法如下:

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;

}

mQueue的初始化很简单,首先取得Handler所在线程的Looper,然后取出Looper中的mQueue。这也是Handler为什么必须在有Looper的线程中才能使用的原因,拿到mQueue就可以很容易的往Looper的消息队列里插入消息了(配合Looper的循环+阻塞就实现了发送接收消息的效果)。

以上就是主线程中消息机制的原理。

那么,在任何线程下使用handler的如下做法的原因、原理、内部流程等就非常清晰了:

new Thread() {

@Override public void run() {

Looper.prepare();

Looper.loop();

Handler handler = new Handler();

}

}.start();

首先Looper.prepare()创建Looper并初始化Looper持有的消息队列MessageQueue,创建好后将Looper保存到ThreadLocal中方便Handler直接获取。

然后Looper.loop()开启循环,从MessageQueue里面取消息并调用handler的 dispatchMessage(msg) 方法处理消息。如果MessageQueue里没有消息,循环就会阻塞进入休眠状态,等有消息的时候被唤醒处理消息。

再然后我们new Handler()的时候,Handler构造方法中获取Looper并且拿到Looper的MessageQueue对象。然后Handler内部就可以直接往MessageQueue里面插入消息了,插入消息即发送消息,这时候有消息了就会唤醒Looper循环去处理消息。处理消息就是调用dispatchMessage(msg) 方法,最终调用到我们重写的Handler的handleMessage()方法。

通过一些问题的研究加强对消息机制的理解

源码分析完了,下面看一下文章开头的两个问题:

Looper中是如何能调用到Handler的方法的?

Handler是如何能往MessageQueue中插入消息的?

这两个问题源码分析中已经给出答案,这里做一下总结,首先搞清楚以下对象在消息机制中的关系:

Looper,MessageQueue,Message,ThreadLocal,Handler

Looper对象有一个成员MessageQueue,MessageQueue是一个消息队列,用来存储消息Message

Message消息中带有一个handler对象,所以Looper取出消息后,可以很方便的调用到Handler的方法(问题1解决)

Message是如何带有handler对象的?是handler在发送消息的时候把自己封装到消息里的。

Handler是如何发送消息的?是通过获取Looper对象从而取得Looper里面的MessageQueue,然后Handler就可以直接往MessageQueue里面插入消息了。(问题2解决)

Handler是如何获取Looper对象的?Looper在创建的时候同时把自己保存到ThreadLocal中,并提供一个public的静态方法可以从ThreadLocal中取出Looper,所以Handler的构造方法里可以直接调用静态方法取得Looper对象。

带着上面的一系列问题看源码就很清晰了,下面是知乎上的一个问答

Android中为什么主线程不会因为Looper.loop()里的死循环卡死?

原因很简单,循环里有阻塞,所以死循环并不会一直执行,相反的,大部分时间是没有消息的,所以主线程大多数时候都是处于休眠状态,也就不会消耗太多的CPU资源导致卡死。

阻塞的原理是使用Linux的管道机制实现的

主线程没有消息处理时阻塞在管道的读端

binder线程会往主线程消息队列里添加消息,然后往管道写端写一个字节,这样就能唤醒主线程从管道读端返回,也就是说looper循环里queue.next()会调用返回...

这里说到binder线程,具体的实现细节不必深究,考虑下面的问题:

主线程的死循环如何处理其它事务?

首先需要看懂这个问题,主线程进入Looper死循环后,如何处理其他事务,比如activity的各个生命周期的回调函数是如何被执行到的(注意这里是在同一个线程下,代码是按顺序执行的,如果在死循环这阻塞了,那么进入死循环后循环以外的代码是如何执行的)。

首先再看main函数的源码

Looper.prepareMainLooper();

ActivityThread thread = new ActivityThread();

thread.attach(false); if (sMainThreadHandler == null) {

sMainThreadHandler = thread.getHandler();

}

Looper.loop();

在Looper.prepare和Looper.loop之间new了一个ActivityThread并调用了它的attach方法,这个方法就是开启binder线程的,另外new ActivityThread()的时候同时会初始化它的一个H类型的成员,H是一个继承了Handler的类。此时的结果就是:在主线程开启loop死循环之前,已经启动binder线程,并且准备好了一个名为H的Handler,那么接下来在主线程死循环之外做一些事务处理就很简单了,只需要通过binder线程向H发送消息即可,比如发送 H.LAUNCH_ACTIVITY 消息就是通知主线程调用Activity.onCreate() ,当然不是直接调用,H收到消息后会进行一系列复杂的函数调用最终调用到Activity.onCreate()。

至于谁来控制binder线程来向H发消息就不深入研究了,下面是《Android开发艺术探索》里面的一段话:

ActivityThread 通过 ApplicationThread 和 AMS 进行进程间通讯,AMS 以进程间通信的方式完成 ActivityThread 的请求后会回调 ApplicationThread 中的 Binder 方法,然后 ApplicationThread 会向 H 发送消息,H 收到消息后会将 ApplicationThread 中的逻辑切换到 ActivityThread 中去执行,即切换到主线程中去执行,这个过程就是主线程的消息循环模型

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