回转寿司你一定吃过！——Android消息机制（分发）
2019-02-02 本文已影响6人
唐子玄
这是“Android消息机制”系列的第二篇文章，系列文章目录如下：
消息机制的故事
寿司陈放在寿司碟上，寿司碟按先后顺序被排成队列送上传送带。传送带被启动后，寿司挨个呈现到你面前，你可以选择吃或者不吃。
将Android概念带入后，就变成了Android消息机制的故事：
寿司碟 ---> 消息（Message）
队列 ---> 消息队列（MessageQueue）
传送带 ---> 消息泵 （Looper）
寿司 ---> 你关心的数据
暂未找到 Handler 在此场景中对应的实体。它是一个更抽象的概念，它即可以生产寿司，又把寿司送上传送带，还定义了怎么享用寿司。暂且称它为消息处理器吧。
如果打算自己开一家回转寿司店，下面的问题很关键：
- 如何生产寿司（如何构造消息）
- 如何分发寿司（如何分发消息）
关于如何构造消息可以移步上一篇博客回转寿司你一定吃过！——Android消息机制（构造）。这一篇从源码角度分析下“如何分发消息”。
分发要解决的问题是如何将寿司从厨师运送到消费者。回转寿司系统是这样做的：将寿司挨个排好放在传送带上，然后让传送带滚动起来。对应的，在Android消息系统中也有类似的两个步骤：1. 消息入队 2. 消息泵
(ps: 下文中的 粗斜体字 表示引导源码阅读的内心戏)
1. 消息入队
关于入队需要提两个基本问题：（1）什么时候入队（2）怎么入队。第二个问题其实是在问“消息队列的数据结构是什么？”。特定数据结构对应特定插入方法。
对于消息队列一无所知的我完全没有了头绪，这源码该从哪里开始读起？没有思路的时候我们还可以YY（YY是人类特有的强大技能）。凭借着对数据结构残存的记忆，我隐约觉得“入队”应该是队列提供的基本操作，那就先从MessageQueue开始读吧~
/**
* Low-level class holding the list of messages to be dispatched by a
* {@link Looper}. “Messages are not added directly to a MessageQueue,
* but rather through {@link Handler} objects associated with the Looper.”
* <p>
* <p>You can retrieve the MessageQueue for the current thread with
* {@link Looper#myQueue() Looper.myQueue()}.
*/
public final class MessageQueue
{
...
}
还好注释中的每个单词都看得懂，其中带双引号的那句话非常关键，它说“消息不是直接加到消息队列中的，而是通过Handler对象”。不急着去看Handler，先找一下MessageQueue是否有“入队操作”。
//省略了一些非关键代码
boolean enqueueMessage(Message msg,
long when)
{
...
synchronized (this)
{
...
msg.markInUse();
msg.when = when;
//p指向消息队列头结点
Message p = mMessages;
boolean needWake;
//将消息插队到队头
if (p == null || when == 0 || when < p.when)
{
// New head, wake up the event queue if blocked.
msg.next = p;
mMessages = msg;
needWake = mBlocked;
}
//将消息插到队中
else
{
...
//从消息队列队头开始寻找合适的位置将消息插入
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;
}
}
...
return true;
}
- 不出所料，果然有一个入队函数，消息队列的数据结构和消息池一模一样(消息池的介绍可以点击这里)，都是链表。
- 看到这里第二个问题基本解决了：消息是通过链表的插入操作进入消息队列的。让我们思考的再深入一点：新消息插入到链表的什么位置？ 可以看到源码中有一个大大的if-else，判断条件是传入的参数when，沿着调用链往上搜索，在Handler中会发现如下函数：
/**
* “Enqueue a message into the message queue after all pending messages
* before the absolute time (in milliseconds) <var>uptimeMillis</var>.”
* <b>The time-base is {@link android.os.SystemClock#uptimeMillis}.</b>
* Time spent in deep sleep will add an additional delay to execution.
* You will receive it in {@link #handleMessage}, in the thread attached
* to this handler.
*
* @param uptimeMillis “The absolute time at which the message should be
* delivered, using the
* {@link android.os.SystemClock#uptimeMillis} time-base.”
* ...
*/
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);
}
- 注释中带引号的那句话很关键：“将消息插入到消息队列中，并且排在所有
uptimeMillis之前产生的消息后面”。uptimeMillis表示消息被发送的时间。这么看来，消息是按时间先后顺序排列的，最旧的消息在队头，最新的消息在队尾。那消息入队就分两种情况：1. 尾插入 2.中间插入。其中尾插入表示最新的消息插入队尾。回头再看一遍MessageQueue.enqueueMessage()，那个大大的if-else就实现了这两种情况。 - 从
Handler.sendMessageAtTime()沿着调用链继续往上搜索，就会找到下面这个熟悉的方法：
public final boolean sendMessage(Message msg)
{
return sendMessageDelayed(msg, 0);
}
- 这不就是我们用来发消息的
Handler.sendMessage()吗！至此，让我们总结一下“消息入队”：Handler发送消息就是将消息按时间顺序插入到消息队列，消息队列是链表结构，链头是最旧的消息，链尾是最新的消息
2. 消息泵
寿司已经按时间顺序排列好了，是时候按下按钮启动传送带让寿司循环起来了。对于Android消息机制来说，让消息循环起来就表现为不断从消息队列中拿消息。MessageQueue中有入队操作，必然有出队操作：
//省略大量非关键代码
Message next() {
...
for (;;) {
...
synchronized (this) {
// Try to retrieve the next message. Return if found.
final long now = SystemClock.uptimeMillis();
Message prevMsg = null;
//msg指向消息队列队头
Message msg = mMessages;
//找到第一个同步消息（消息还有同步异步之分，让我们先忽略这个细节）
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());
}
if (msg != null) {
//消息队列中最旧消息的分发时间是在未来，还没有到分发它的时候，再等等
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;
//第一个同步消息是在消息队列中间
if (prevMsg != null) {
prevMsg.next = msg.next;
//第一个同步消息是在消息队列队头，将队头指向其下一个消息（通常都会走这里）
} else {
mMessages = msg.next;
}
//将找到的同步消息从消息队列中断链
msg.next = null;
if (DEBUG) Log.v(TAG, "Returning message: " + msg);
msg.markInUse();
//返回消息
return msg;
}
} else {
// No more messages.
nextPollTimeoutMillis = -1;
}
...
}
}
}
- 这个函数很长，省略了一些和主题不相关的细节，比如：队列空闲等待，异步消息。去掉了这些特殊情况后，出队操作就是取消息队列的头（队列头是最旧的消息，队列尾是最新的消息），这符合队列先进先出的特性，越早的消息越先被分发。
-
必然有一个循环会不停的调用
MessageQueue.next()，从消息队列中不断的取消息进行分发，经过一顿搜索，果然在Looper中找到了：
public static void loop()
{
//获得当前线程的消息泵
final Looper me = myLooper();
if (me == null)
{
throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
}
//获得当前线程的消息队列
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.
//nandian
Binder.clearCallingIdentity();
final long ident = Binder.clearCallingIdentity();
//取消息的无限循环
for (; ; )
{
//从队头取出消息
Message msg = queue.next(); // might block
//没有消息则退出循环
if (msg == null)
{
// No message indicates that the message queue is quitting.
return;
}
// This must be in a local variable, in case a UI event sets the logger
Printer logging = me.mLogging;
if (logging != null)
{
logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " +
msg.callback + ": " + msg.what);
}
//分发消息
msg.target.dispatchMessage(msg);
if (logging != null)
{
logging.println("<<<<< Finished to " + msg.target + " " + msg.callback);
}
// Make sure that during the course of dispatching the
// identity of the thread wasn't corrupted.
//nandian
final long newIdent = Binder.clearCallingIdentity();
if (ident != newIdent)
{
Log.wtf(TAG, "Thread identity changed from 0x" + Long.toHexString(ident) + " to 0x" + Long.toHexString(newIdent) + " while dispatching to " + msg.target.getClass()
.getName() + " " + msg.callback + " what=" + msg.what);
}
//回收消息
msg.recycleUnchecked();
}
- 这个函数是Android消息机制中构造并分发消息的终点，处理消息的起点。Looper通过无限循环从消息队列中取出最旧的消息，并分发给消息对应的消息处理器，最后回收消息。至此，上一篇文章回转寿司你一定吃过！——Android消息机制（构造）中留下的疑问就解决了：消息是在被分发后立马回收的。
-
Looper.loop()什么时候会被调用？我们都知道主线程自带Looper，虽然这是一个很好的切入点，但其中牵涉到太多和主题无关的内容。所以换一个更纯粹的切入点，那就是
HandlerThread：
/**
* Handy class for starting a new thread that has a looper. The looper can then be
* used to create handler classes. Note that start() must still be called.
*/
public class HandlerThread extends Thread {
int mPriority;
int mTid = -1;
Looper mLooper;
private @Nullable Handler mHandler;
@Override
public void run() {
mTid = Process.myTid();
//1.准备Looper
Looper.prepare();
synchronized (this) {
mLooper = Looper.myLooper();
notifyAll();
}
Process.setThreadPriority(mPriority);
onLooperPrepared();
//2. Looper开始循环
Looper.loop();
mTid = -1;
}
}
- 注释又一次给了我们很多提示：“该类用于创建带有
Looper的线程”。难道并不是所有的线程都带有Looper？（想想也是：线程是一个Java概念，Looper是一个Android概念）。所以我们需要在线程启动的时候特意做些什么才能得到带有Looper的线程。在Thread.run()中看到了两个关键方法，其中Looper.loop()已经分析过了，在它之前还有一个Looper.prepare()，点进去看看：
/**
* “Class used to run a message loop for a thread. Threads by default do
* not have a message loop associated with them; to create one, call
* {@link #prepare} in the thread that is to run the loop, and then
* {@link #loop} to have it process messages until the loop is stopped.”
*/
public final class Looper {
static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();
final MessageQueue mQueue;
/** Initialize the current thread as a looper.
* This gives you a chance to create handlers that then reference
* this looper, before actually starting the loop. Be sure to call
* {@link #loop()} after calling this method, and end it by calling
* {@link #quit()}.
*/
public static void prepare() {
prepare(true);
}
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));
}
}
- 一脸茫然的时候就看注释，带引号的注释揭露了关键真相：Looper用于为线程创建消息循环系统，默认情况下线程没有和它相关联的消息循环系统。可以通过在线程中调用Looper.prepare()来启动一个消息循环系统，接着调用
Looper.prepare()来循环处理消息。 - 在
prepare()中，新建了Looper实例，并且设置给ThreadLocal对象，这个类用于保证线程对象和自定义类型对象一对一的关系。这个一个很大的主题，就不展开了。当下只要知道Looper通过它将自己的实例和某一个线程绑定，即一个线程只有一个Looper对象。所以Android消息系统的层级结构是这样的：1个Thread对应 1个Looper，1个Looper有1个MessageQueue，1个MessageQueue有若干Message。
总结
Android消息机制中的“分发消息”部分讲完了，总结一下：发送消息时，消息按时间先后顺序插入到消息队列中，Looper遍历消息队列取出消息分发给对应的Handler处理
故事还没有结束，下一篇会继续讲解“处理消息”。
