Android 的消息机制
本文将对Android消息机制的实现原理做一个分析,由于Android的消息机制实际上就是Handler的运行机制,分别是Handler,MessageQueue和Looper。同时也说一下主线程的消息循环。
1,主线程的消息循环:
android的主线程就是ActivityThread,主线程的入口方法为main,在main方法中通过Looper.prepareMainLooper()来创建主线程的Looper以及MessageQueue。并通过loop()方法来开启主线程的消息循环。
public static void main(String[] args) {
......
Process.setArgV0("<pre-initialized>");
//创建主线程的Looper和MessageQueue.
Looper.prepareMainLooper();
// Find the value for {@link #PROC_START_SEQ_IDENT} if provided on the command line.
// It will be in the format "seq=114"
long startSeq = 0;
if (args != null) {
for (int i = args.length - 1; i >= 0; --i) {
if (args[i] != null && args[i].startsWith(PROC_START_SEQ_IDENT)) {
startSeq = Long.parseLong(
args[i].substring(PROC_START_SEQ_IDENT.length()));
}
}
}
ActivityThread thread = new ActivityThread();
thread.attach(false, startSeq);
if (sMainThreadHandler == null) {
sMainThreadHandler = thread.getHandler();
}
if (false) {
Looper.myLooper().setMessageLogging(new
LogPrinter(Log.DEBUG, "ActivityThread"));
}
// End of event ActivityThreadMain.
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
//开启消息循环
Looper.loop();
throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
}
Looper类中的相关方法:
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));
}
//创建主线程的Looper
public static void prepareMainLooper() {
prepare(false);
synchronized (Looper.class) {
if (sMainLooper != null) {
throw new IllegalStateException("The main Looper has already been prepared.");
}
sMainLooper = myLooper();
}
}
//Looper类的构造方法
private Looper(boolean quitAllowed) {
mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
mThread = Thread.currentThread();
}
//返回Looper的对象
public static @Nullable Looper myLooper() {
return sThreadLocal.get();
}
public static void loop() {
//贴出相关源码....
//获取looper对象,myLooper的作用:返回sThreadLocal存储的Looper实例;若me为null 则抛出异常
final Looper me = myLooper();
if (me == null) {
throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
}
//通过Looper实例中MessageQueue的对象
final MessageQueue queue = me.mQueue;
// Make sure the identity of this thread is that of the local process,
// and keep track of what that identity token actually is.
Binder.clearCallingIdentity();
final long ident = Binder.clearCallingIdentity();
boolean slowDeliveryDetected = false;
for (;;) {
//从消息队列中取出消息
Message msg = queue.next(); // might block
if (msg == null) {
// No message indicates that the message queue is quitting.
return;
}
try {
//msg.target 是handler对象,调用自己的dispathMessage()方法处理消息。
msg.target.dispatchMessage(msg);
dispatchEnd = needEndTime ? SystemClock.uptimeMillis() : 0;
} finally {
if (traceTag != 0) {
Trace.traceEnd(traceTag);
}
}
......
msg.recycleUnchecked();
}
}
下面我们 分析一下这段代码
-
在main方法中通过调用Looper.prepareMianLooper()来创建Looper对象和MessageQueue对象,观察源码可知在 prepareMainLooper()方法的第一行调用了prepare()方法,在这个方法中,首先会判断Lopper的对象是否为空。这里涉及到一个知识点 ThreadLocal 。这是一个线程内部的数据存储类。不太懂了小伙伴可以看下这篇博客。如果Looper的对象为null,他就会创建一个对象 然后通过ThreadLocal将Lopper的对象保存起来(这里保存的是主线程创建的Lopper对象)接下来查看Loopper的构造方法可知,在创建Lopper对象的时候 已经创建好了MessageQueue 对象,也拿到了当前线程的实例。由此也可以看清 在一个线程中 只能有一个Looper对象,否则会抛异常
-
返回到用Looper.prepareMianLooper()方法中.直接看最后一行,通过myLopper()方法直接获取到Looper的对象然后给sMainLooper。
-
最后 在 看一下main方法中的looper.loop()方法,loop方法是一个死循环,唯一跳出循环的方式是MessageQueue的next方法返回了null。在loop方法的第一句 先得到 当前线程的looper对象。如果为空直接抛出异常。往下看 是一个死循环,循环的第一句调用next()从消息队列中取出一条消息,这个方法是阻塞的。没有消息时next方法会一直阻塞在哪里。这也导致loop方法一直阻塞在哪里。当next方法返回了新的消息,Looper就会处理这条消息: msg.target.dispatchMessage(msg) msg.target是发送这条消息的Handler对象,这样handler发送的消息最终又交给它的dispatchMessage方法来处理了。
Looper类 有两个方法来通知消息队列的退出,quit或者quitSafely方法来通知消息队列的退出,当消息队列被标记为退出状态时 ,它的next方法就会返回null。
2,Handler的工作原理
handler的主要作用就是用来发送和接收消息,发送可以通过send和post等方法来实现。post的一系列方法最后还是通过send来实现的。下面我们来读一下源码
首先看一下他的构造方法
public Handler() {
this(null, false);
}
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());
}
}
//获取当前线程的Looper对象
mLooper = Looper.myLooper();
if (mLooper == null) {
throw new RuntimeException(
"Can't create handler inside thread " + Thread.currentThread()
+ " that has not called Looper.prepare()");
}
//获取Looper对象中保存的 消息队列对象
mQueue = mLooper.mQueue;
mCallback = callback;
mAsynchronous = async;
}
从上面 可以看出 要想创建handler对象,就必须先有Looper对象,否则直接抛出异常,所以在子线程中创建handler对象的时候必须先创建Looper对象。也可以通过Looper.getMainLooper() 获取主线程的Looper对象。(主线程会默认创建Looper对象)
然后就是发送消息和处理消息
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);
}
可以看到当调用sendMessage发送消息时,到最后只是将这条消息放在了消息队列中。在将消息放在队列之前将handle的对象传给了msg.target,这也就是为什么在Looper的loop方法中可以使用msg.target的原因。看了上面主线程的消息循环可知,在Looper的loop方法中 会不断从消息队列中读取消息,当读取到消息的后 Looper会将读取到的消息交给handle的dispatchMessage方法来处理。这时handler就进入到了处理消息的阶段
public void dispatchMessage(Message msg) {
if (msg.callback != null) {
handleCallback(msg);
} else {
if (mCallback != null) {
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
}
}
handleMessage(msg);
}
}
handler通过dispatchMessage方法来处理消息,首先判断callback是否为空,不为空则是post发送的消息,这里在handleCallback方法里面直接回调 执行post发送时实现的run方法。
private static void handleCallback(Message message) {
message.callback.run();
}
如果为空则 说明是send发送的消息 然后判断mCallback是否为空。mCallback是一个接口,先来看一下他的定义:
/**
* Callback interface you can use when instantiating a Handler to avoid
* having to implement your own subclass of Handler.
*/
public interface Callback {
/**
* @param msg A {@link android.os.Message Message} object
* @return True if no further handling is desired
*/
public boolean handleMessage(Message msg);
}
当mCallback 不为空 就说明handler没有子类,不需要实现handleMessage方法,如下所示
Handler handler = new Handler(new Handler.Callback() {
@Override
public boolean handleMessage(Message msg) {
return false;
}
});
在创建 handler对象的时候 实现接口,就可以拿到从子线程发送的消息。为什么要使用这个呢,源码里面是这样说的:在实例化处理程序时可以使用回调接口来避免
必须实现自己的处理程序子类。 在日常使用handler的时候,一般都是派生一个handler的子类 重写他的handleMessage方法。但是Callback给我们提供了另一种使用方式,当我们不想派生子类的时候就可以使用这种方式。
3,消息队列的工作原理
消息队列指的是 MessageQueue ,MessageQueue主要包含两个操作,插入和读取,对应的方法分别是 enqueueMessage 和 next 。enqueueMessage是插入一条消息,next 从消息队列中读取一条消息并将其移除。虽然 MessageQueue 叫消息队列,但是 它里面实现的是单链表。下面主要看一下他的插入和读取的方法。
boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
......
synchronized (this) {
......
msg.markInUse();
msg.when = when;
Message p = mMessages;
boolean needWake;
//判断 链表中有没有消息和when 是否满足条件,
//if成立,新消息则作为头结点,
//if不成立,新消息插入到 链表中合适的位置
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 {
// Inserted within the middle of the queue. Usually we don't have to wake
// up the event queue unless there is a barrier at the head of the queue
// and the message is the earliest asynchronous message in the queue.
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;
}
由上可知,这里的主要操作就是单链表,满足条件插入到最前面,否则插入到合适的位置。
Message next() {
//贴出关键代码......
int pendingIdleHandlerCount = -1; // -1 only during first iteration
int nextPollTimeoutMillis = 0;
for (;;) {
if (nextPollTimeoutMillis != 0) {
Binder.flushPendingCommands();
}
nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);
synchronized (this) {
// Try to retrieve the next message. Return if found.
final long now = SystemClock.uptimeMillis();
Message prevMsg = null;
Message msg = mMessages;
if (msg != null && msg.target == null) {
// Stalled by a barrier. Find the next asynchronous message in the queue.
do {
prevMsg = msg ;
msg = msg.next;
} while (msg != null && !msg.isAsynchronous());
}
//出队消息,把消息从链表中取出,按时间顺序
if (msg != null) {
if (now < msg.when) {
// Next message is not ready. Set a timeout to wake up when it is ready.
nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE);
} else {
// Got a message.
mBlocked = false;
if (prevMsg != null) {
prevMsg.next = msg.next;
} else {
mMessages = msg.next;
}
msg.next = null;
if (DEBUG) Log.v(TAG, "Returning message: " + msg);
msg.markInUse();
return msg;
}
} else {
// No more messages.
// 若 消息队列中已无消息,则将nextPollTimeoutMillis参数设为-1
// 下次循环时,消息队列则处于等待状态
nextPollTimeoutMillis = -1;
}
.....
}
......
}
}
可以发现 next 是一个无限循环的方法,如果没有消息next就会一直阻塞到这里,有消息时 next方法会将这条消息返回并移除此消息。
4,Looper的工作原理
looper具体的作用就是不断的从消息队列中取出消息,有消息就进行处理,没有消息就一直阻塞。观察源码可知(源码在 上面讲主线程消息循环的时候已经贴出来 并且说了一下运行过程)这里简单的说一下就好
- 构造方法,Looper的构造方法里面会创建一个MessageQueue的对象,并且将当前线程保存起来。
- 创建Looper,如果Handler 使用的时候 是在子线程创建的,那么就需要手动的开启一个Loopoer。当然主线程的Looper在源码中已经创建好了,所以在主线程中不需要自己开启Looper。通过调用Looper.prepare()方法即可为当前线程创建一个Looper,接着通过loop方法来开启消息循环,这样loop就会不断的从消息队列中获取消息。
- prepareMainLooper() 这个方法是给主线程创建Looper使用的,本质也是通过prepare来实现的,Looper还提供了一个getMainLooper()可以拿到当前looper的对象。
- Looper的退出,Looper提供了quit和quitSafely来退出Looper,两者的区别是quit会直接退出Looper,而quitSafely只是设定一个标记,当队列中消息处理完后 才会退出Looper。Looper退出后 handler发送的消息会失败,send方法就会返回false。在子线程种如果创建了Looper,那么在使用完成后一定要quit终止消息,否则这个线程 就会一直处于阻塞状态。
- loop()方法,这个方法在讲主线程消息循环的时候 已经说过了,不太懂的可以在看一下。
5,Message:
Message是在多个线程之间传递的消息,其内部可以携带少量的信息,用于在不同的线程中进行交互。
基本的已经说完了,下面看一下使用的过程。
- 当程序开始运行的时候,在ActivityThread的main方法中(也就是主线程中),创建了Looper对象,Looper的构造器中也创建了消息队列的对象,通过ThreadLocal将Looper进行保存,最后调用loop方法开启消息循环。
- 创建handler的对象,在handler的构造器中通过myLooper拿到了主线程的Looper,然后通过looper拿到了消息队列的对象。
- 在子线程中使用handler.sendMessage()发送消息,最后会调用enqueueMessage()将消息添加到消息队列中。注意在发送消息的时候 最后会将当前handler的实例传入到消息中。
- Looper的loop方法检测到消息队列中有消息,然后获取一个可以处理的消息。从获取的消息中拿到handler的实例然后调用dispatchMessage()方法。然后消息又回到了handler中。
- 最后在handler的dispatchMessage()方法中对消息进行处理。然后根据不同的情况分别进行处理。这样就是Handler机制的整个流程。
如有错误,还请指出,谢谢。