相關源碼java
framework/base/core/java/andorid/os/Handler.java framework/base/core/java/andorid/os/Looper.java framework/base/core/java/andorid/os/Message.java framework/base/core/java/andorid/os/MessageQueue.java libcore/luni/src/main/java/java/lang/ThreadLocal.java
在整個Android的源碼世界裏,有兩大利劍,其一是Binder IPC機制,,另外一個即是消息機制(由Handler/Looper/MessageQueue等構成的)。關於Binder在Binder系列中詳細講解過,有興趣看看。git
Android有大量的消息驅動方式來進行交互,好比Android的四劍客Activity
, Service
, Broadcast
, ContentProvider
的啓動過程的交互,都離不開消息機制,Android某種意義上也能夠說成是一個以消息驅動的系統。消息機制涉及MessageQueue/Message/Looper/Handler這4個類。安全
消息機制主要包含:架構
MessageQueue.enqueueMessage
)和取走消息池的消息(MessageQueue.next
);Handler.sendMessage
)和處理相應消息事件(Handler.handleMessage
);Looper.loop
),按分發機制將消息分發給目標處理者。先展現一個典型的關於Handler/Looper的線程異步
class LooperThread extends Thread { public Handler mHandler; public void run() { Looper.prepare(); //【見 2.1】 mHandler = new Handler() { //【見 3.1】 public void handleMessage(Message msg) { //TODO 定義消息處理邏輯. 【見 3.2】 } }; Looper.loop(); //【見 2.2】 } }
接下來,圍繞着這個實例展開詳細分析。async
對於無參的狀況,默認調用prepare(true)
,表示的是這個Looper運行退出,而對於false的狀況則表示當前Looper不運行退出。ide
private static void prepare(boolean quitAllowed) { //每一個線程只容許執行一次該方法,第二次執行時線程的TLS已有數據,則會拋出異常。 if (sThreadLocal.get() != null) { throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread"); } //建立Looper對象,並保存到當前線程的TLS區域 sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed)); }
這裏的sThreadLocal
是ThreadLocal類型,下面,先說說ThreadLocal。oop
ThreadLocal: 線程本地存儲區(Thread Local Storage,簡稱爲TLS),每一個線程都有本身的私有的本地存儲區域,不一樣線程之間彼此不能訪問對方的TLS區域。TLS經常使用的操做方法:post
ThreadLocal.set(T value)
:將value存儲到當前線程的TLS區域,源碼以下:ui
public void set(T value) { Thread currentThread = Thread.currentThread(); //獲取當前線程 Values values = values(currentThread); //查找當前線程的本地儲存區 if (values == null) { //當線程本地存儲區,還沒有存儲該線程相關信息時,則建立Values對象 values = initializeValues(currentThread); } //保存數據value到當前線程this values.put(this, value); }
ThreadLocal.get()
:獲取當前線程TLS區域的數據,源碼以下:
public T get() { Thread currentThread = Thread.currentThread(); //獲取當前線程 Values values = values(currentThread); //查找當前線程的本地儲存區 if (values != null) { Object[] table = values.table; int index = hash & values.mask; if (this.reference == table[index]) { return (T) table[index + 1]; //返回當前線程儲存區中的數據 } } else { //建立Values對象 values = initializeValues(currentThread); } return (T) values.getAfterMiss(this); //從目標線程存儲區沒有查詢是則返回null }
ThreadLocal的get()和set()方法操做的類型都是泛型,接着回到前面提到的sThreadLocal
變量,其定義以下:
static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>()
可見sThreadLocal
的get()和set()操做的類型都是Looper
類型。
Looper.prepare()
Looper.prepare()在每一個線程只容許執行一次,該方法會建立Looper對象,Looper的構造方法中會建立一個MessageQueue對象,再將Looper對象保存到當前線程TLS。
對於Looper類型的構造方法以下:
private Looper(boolean quitAllowed) { mQueue = new MessageQueue(quitAllowed); //建立MessageQueue對象. 【見4.1】 mThread = Thread.currentThread(); //記錄當前線程. }
另外,與prepare()相近功能的,還有一個prepareMainLooper()
方法,該方法主要在ActivityThread類中使用。
public static void prepareMainLooper() { prepare(false); //設置不容許退出的Looper synchronized (Looper.class) { //將當前的Looper保存爲主Looper,每一個線程只容許執行一次。 if (sMainLooper != null) { throw new IllegalStateException("The main Looper has already been prepared."); } sMainLooper = myLooper(); } }
public static void loop() { final Looper me = myLooper(); //獲取TLS存儲的Looper對象 【見2.4】 if (me == null) { throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread."); } final MessageQueue queue = me.mQueue; //獲取Looper對象中的消息隊列 Binder.clearCallingIdentity(); //確保在權限檢查時基於本地進程,而不是基於最初調用進程。 final long ident = Binder.clearCallingIdentity(); for (;;) { //進入loop的主循環方法 Message msg = queue.next(); //可能會阻塞 【見4.2】 if (msg == null) { //沒有消息,則退出循環 return; } Printer logging = me.mLogging; //默認爲null,可經過setMessageLogging()方法來指定輸出,用於debug功能 if (logging != null) { logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " + msg.callback + ": " + msg.what); } msg.target.dispatchMessage(msg); //用於分發Message 【見3.2】 if (logging != null) { logging.println("<<<<< Finished to " + msg.target + " " + msg.callback); } final long newIdent = Binder.clearCallingIdentity(); //確保分發過程當中identity不會損壞 if (ident != newIdent) { //打印identity改變的log,在分發消息過程當中是不但願身份被改變的。 } msg.recycleUnchecked(); //將Message放入消息池 【見5.2】 } }
loop()進入循環模式,不斷重複下面的操做,直到沒有消息時退出循環
這是這個消息處理的核心部分。另外,上面代碼中能夠看到有logging方法,這是用於debug的,默認狀況下logging == null
,經過設置setMessageLogging()用來開啓debug工做。
public void quit() { mQueue.quit(false); //消息移除 } public void quitSafely() { mQueue.quit(true); //安全地消息移除 }
Looper.quit()方法的實現最終調用的是MessageQueue.quit()方法
MessageQueue.quit()
void quit(boolean safe) { // 當mQuitAllowed爲false,表示不運行退出,強行調用quit()會拋出異常 if (!mQuitAllowed) { throw new IllegalStateException("Main thread not allowed to quit."); } synchronized (this) { if (mQuitting) { //防止屢次執行退出操做 return; } mQuitting = true; if (safe) { removeAllFutureMessagesLocked(); //移除還沒有觸發的全部消息 } else { removeAllMessagesLocked(); //移除全部的消息 } //mQuitting=false,那麼認定爲 mPtr != 0 nativeWake(mPtr); } }
消息退出的方式:
myLooper()
用於獲取TLS存儲的Looper對象
public static @Nullable Looper myLooper() { return sThreadLocal.get(); }
post()
發送消息,並設置消息的callback,用於處理消息。
public final boolean post(Runnable r) { return sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0); } private static Message getPostMessage(Runnable r) { Message m = Message.obtain(); m.callback = r; return m; }
(1)無參構造方法
public Handler() { this(null, false); } public Handler(Callback callback, boolean async) { //匿名類、內部類或本地類都必須申明爲static,不然會警告可能出現內存泄露 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()); } } //必須先執行Looper.prepare(),才能獲取Looper對象,不然爲null. mLooper = Looper.myLooper(); //從當前線程的TLS中獲取Looper對象【見2.1】 if (mLooper == null) { throw new RuntimeException(""); } mQueue = mLooper.mQueue; //消息隊列,來自Looper對象 mCallback = callback; //回調方法 mAsynchronous = async; //設置消息是否爲異步處理方式 }
對於Handler的無參構造方法,默認採用當前線程TLS中的Looper對象,而且callback回調方法爲null,且消息爲同步處理方式。只要執行的Looper.prepare()方法,那麼即可以獲取有效的Looper對象。
(2) 帶參數Looper的構造方法
public Handler(Looper looper) { this(looper, null, false); } public Handler(Looper looper, Callback callback, boolean async) { mLooper = looper; mQueue = looper.mQueue; mCallback = callback; mAsynchronous = async; }
Handler類在構造方法中,可指定Looper,Callback回調方法以及消息的處理方式(同步或異步),對於無參的handler,默認是當前線程的Looper。
在Looper.loop()中,當發現有消息時,調用消息的目標handler,執行dispatchMessage()方法來分發消息。
public void dispatchMessage(Message msg) { if (msg.callback != null) { //當Message存在回調方法,回調msg.callback.run()方法; handleCallback(msg); } else { if (mCallback != null) { //當Handler存在Callback成員變量時,回調方法handleMessage(); if (mCallback.handleMessage(msg)) { return; } } //Handler自身的回調方法handleMessage() handleMessage(msg); } }
分發消息流程:
Message
的回調方法不爲空時,則回調方法msg.callback.run()
,其中callBack數據類型爲Runnable,不然進入步驟2;Handler
存在mCallback
成員變量不爲空時,則回調方法mCallback.handleMessage(msg)
,不然進入步驟3;Handler
自身的回調方法handleMessage()
,該方法默認爲空,Handler子類經過覆寫該方法來完成具體的邏輯。對於不少狀況下,消息分發後的處理方法是第3種狀況,即Handler.handleMessage(),通常地每每經過覆寫該方法從而實現本身的業務邏輯。
發送消息調用鏈:
從上圖,能夠發現全部的發消息方式,最終都是調用MessageQueue.enqueueMessage()
;
(1) sendEmptyMessage
public final boolean sendEmptyMessage(int what) { return sendEmptyMessageDelayed(what, 0); }
(2) sendEmptyMessageDelayed
public final boolean sendEmptyMessageDelayed(int what, long delayMillis) { Message msg = Message.obtain(); msg.what = what; return sendMessageDelayed(msg, delayMillis); }
(3) sendMessageDelayed
public final boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis) { if (delayMillis < 0) { delayMillis = 0; } return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis); }
(4) sendMessageAtTime
public boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis) { MessageQueue queue = mQueue; if (queue == null) { return false; } return enqueueMessage(queue, msg, uptimeMillis); }
(5) sendMessageAtFrontOfQueue
public final boolean sendMessageAtFrontOfQueue(Message msg) { MessageQueue queue = mQueue; if (queue == null) { return false; } return enqueueMessage(queue, msg, 0); }
該方法經過設置消息的觸發時間爲0,從而使Message加入到消息隊列的隊頭。
(6) enqueueMessage
private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) { msg.target = this; if (mAsynchronous) { msg.setAsynchronous(true); } return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis); 【見4.3】 }
Handler.sendEmptyMessage()
方法,最終調用MessageQueue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis)
,其中uptimeMillis爲系統當前的運行時間,不包括休眠時間。
post
發送消息
public final boolean post(Runnable r) { return sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0); } private static Message getPostMessage(Runnable r) { Message m = Message.obtain(); m.callback = r; return m; }
obtainMessage
獲取消息
public final Message obtainMessage() { return Message.obtain(this); 【見5.2】 }
Handler.obtainMessage()
方法,最終調用Message.obtainMessage(this)
,其中this爲當前的Handler對象。
removeMessages
public final void removeMessages(int what) { mQueue.removeMessages(this, what, null); 【見 4.5】 }
Handler相似於輔助類,更多的實現都是MessageQueue, Message中的方法。Handler的目的是爲了更加方便的使用消息機制。
MessageQueue是消息機制的Java層和C++層的鏈接紐帶,大部分核心方法都交給native層來處理,其中MessageQueue類中涉及的native方法以下:
private native static long nativeInit(); private native static void nativeDestroy(long ptr); private native void nativePollOnce(long ptr, int timeoutMillis); private native static void nativeWake(long ptr); private native static boolean nativeIsPolling(long ptr); private native static void nativeSetFileDescriptorEvents(long ptr, int fd, int events);
關於這些native方法的介紹,見Android消息機制2-Handler(native篇)。
MessageQueue(boolean quitAllowed) { mQuitAllowed = quitAllowed; //經過native方法初始化消息隊列,其中mPtr是供native代碼使用 mPtr = nativeInit(); }
提取下一條message
Message next() { final long ptr = mPtr; if (ptr == 0) { //當消息循環已經退出,則直接返回 return null; } int pendingIdleHandlerCount = -1; // 循環迭代的首次爲-1 int nextPollTimeoutMillis = 0; for (;;) { if (nextPollTimeoutMillis != 0) { Binder.flushPendingCommands(); } //阻塞操做,當等待nextPollTimeoutMillis時長,或者消息隊列被喚醒,都會返回 nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis); synchronized (this) { final long now = SystemClock.uptimeMillis(); Message prevMsg = null; Message msg = mMessages; if (msg != null && msg.target == null) { //當消息Handler爲空時,查詢MessageQueue中的下一條異步消息msg,則退出循環。 do { prevMsg = msg; msg = msg.next; } while (msg != null && !msg.isAsynchronous()); } if (msg != null) { if (now < msg.when) { //當異步消息觸發時間大於當前時間,則設置下一次輪詢的超時時長 nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE); } else { // 獲取一條消息,並返回 mBlocked = false; if (prevMsg != null) { prevMsg.next = msg.next; } else { mMessages = msg.next; } msg.next = null; //設置消息的使用狀態,即flags |= FLAG_IN_USE msg.markInUse(); return msg; //成功地獲取MessageQueue中的下一條即將要執行的消息 } } else { //沒有消息 nextPollTimeoutMillis = -1; } //消息正在退出,返回null if (mQuitting) { dispose(); return null; } //當消息隊列爲空,或者是消息隊列的第一個消息時 if (pendingIdleHandlerCount < 0 && (mMessages == null || now < mMessages.when)) { pendingIdleHandlerCount = mIdleHandlers.size(); } if (pendingIdleHandlerCount <= 0) { //沒有idle handlers 須要運行,則循環並等待。 mBlocked = true; continue; } if (mPendingIdleHandlers == null) { mPendingIdleHandlers = new IdleHandler[Math.max(pendingIdleHandlerCount, 4)]; } mPendingIdleHandlers = mIdleHandlers.toArray(mPendingIdleHandlers); } //只有第一次循環時,會運行idle handlers,執行完成後,重置pendingIdleHandlerCount爲0. for (int i = 0; i < pendingIdleHandlerCount; i++) { final IdleHandler idler = mPendingIdleHandlers[i]; mPendingIdleHandlers[i] = null; //去掉handler的引用 boolean keep = false; try { keep = idler.queueIdle(); //idle時執行的方法 } catch (Throwable t) { Log.wtf(TAG, "IdleHandler threw exception", t); } if (!keep) { synchronized (this) { mIdleHandlers.remove(idler); } } } //重置idle handler個數爲0,以保證不會再次重複運行 pendingIdleHandlerCount = 0; //當調用一個空閒handler時,一個新message可以被分發,所以無需等待能夠直接查詢pending message. nextPollTimeoutMillis = 0; } }
nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis)是一個native方法,而且是阻塞操做。其中nextPollTimeoutMillis表明下一個消息到來前,還須要等待的時長;當nextPollTimeoutMillis = -1時,表示消息隊列中無消息,會一直等待下去。空閒後,每每會執行IdleHandler中的方法。當nativePollOnce()返回後,next()從mMessages
中提取一個消息。nativePollOnce()
在native作了大量的工做,想進一步瞭解可查看 Android消息機制2-Handler(native篇)。
添加一條消息到消息隊列
boolean enqueueMessage(Message msg, long when) { // 每個Message必須有一個target 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) { //正在退出時,回收msg,加入到消息池 msg.recycle(); return false; } msg.markInUse(); msg.when = when; Message p = mMessages; boolean needWake; if (p == null || when == 0 || when < p.when) { //p爲null(表明MessageQueue沒有消息) 或者msg的觸發時間是隊列中最先的, 則進入該該分支 msg.next = p; mMessages = msg; needWake = mBlocked; //當阻塞時須要喚醒 } else { //將消息按時間順序插入到MessageQueue。通常地,不須要喚醒事件隊列,除非 //消息隊頭存在barrier,而且同時Message是隊列中最先的異步消息。 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; prev.next = msg; } //消息沒有退出,咱們認爲此時mPtr != 0 if (needWake) { nativeWake(mPtr); } } return true; }
MessageQueue
是按照Message觸發時間的前後順序排列的,隊頭的消息是將要最先觸發的消息。當有消息須要加入消息隊列時,會從隊列頭開始遍歷,直到找到消息應該插入的合適位置,以保證全部消息的時間順序。
void removeMessages(Handler h, int what, Object object) { if (h == null) { return; } synchronized (this) { Message p = mMessages; //從消息隊列的頭部開始,移除全部符合條件的消息 while (p != null && p.target == h && p.what == what && (object == null || p.obj == object)) { Message n = p.next; mMessages = n; p.recycleUnchecked(); p = n; } //移除剩餘的符合要求的消息 while (p != null) { Message n = p.next; if (n != null) { if (n.target == h && n.what == what && (object == null || n.obj == object)) { Message nn = n.next; n.recycleUnchecked(); p.next = nn; continue; } } p = n; } } }
這個移除消息的方法,採用了兩個while循環,第一個循環是從隊頭開始,移除符合條件的消息,第二個循環是從頭部移除完連續的知足條件的消息以後,再從隊列後面繼續查詢是否有知足條件的消息須要被移除。
每一個消息用Message
表示,Message
主要包含如下內容:
數據類型 | 成員變量 | 解釋 |
---|---|---|
int | what | 消息類別 |
long | when | 消息觸發時間 |
int | arg1 | 參數1 |
int | arg2 | 參數2 |
Object | obj | 消息內容 |
Handler | target | 消息響應方 |
Runnable | callback | 回調方法 |
建立消息的過程,就是填充消息的上述內容的一項或多項。
在代碼中,可能常常看到recycle()方法,咋一看,多是在作虛擬機的gc()相關的工做,其實否則,這是用於把消息加入到消息池的做用。這樣的好處是,當消息池不爲空時,能夠直接從消息池中獲取Message對象,而不是直接建立,提升效率。
靜態變量sPool
的數據類型爲Message,經過next成員變量,維護一個消息池;靜態變量MAX_POOL_SIZE
表明消息池的可用大小;消息池的默認大小爲50。
消息池經常使用的操做方法是obtain()和recycle()。
obtain()
從消息池中獲取消息
public static Message obtain() { synchronized (sPoolSync) { if (sPool != null) { Message m = sPool; sPool = m.next; m.next = null; //從sPool中取出一個Message對象,並消息鏈表斷開 m.flags = 0; // 清除in-use flag sPoolSize--; //消息池的可用大小進行減1操做 return m; } } return new Message(); // 當消息池爲空時,直接建立Message對象 }
obtain(),從消息池取Message,都是把消息池表頭的Message取走,再把表頭指向next;
recycle()
把再也不使用的消息加入消息池
public void recycle() { if (isInUse()) { //判斷消息是否正在使用 if (gCheckRecycle) { //Android 5.0之後的版本默認爲true,以前的版本默認爲false. throw new IllegalStateException("This message cannot be recycled because it is still in use."); } return; } recycleUnchecked(); } //對於再也不使用的消息,加入到消息池 void recycleUnchecked() { //將消息標示位置爲IN_USE,並清空消息全部的參數。 flags = FLAG_IN_USE; what = 0; arg1 = 0; arg2 = 0; obj = null; replyTo = null; sendingUid = -1; when = 0; target = null; callback = null; data = null; synchronized (sPoolSync) { if (sPoolSize < MAX_POOL_SIZE) { //當消息池沒有滿時,將Message對象加入消息池 next = sPool; sPool = this; sPoolSize++; //消息池的可用大小進行加1操做 } } }
recycle(),將Message加入到消息池的過程,都是把Message加到鏈表的表頭;
最後用一張圖,來表示整個消息機制
圖解:
消息分發的優先級:
message.callback.run()
,優先級最高;Handler.mCallback.handleMessage(msg)
,優先級僅次於1;Handler.handleMessage(msg)
,優先級最低。