Android Handler机制系列文章整体内容如下:
- Android Handler机制1之Thread
- Android Handler机制2之ThreadLocal
- Android Handler机制3之SystemClock类
- Android Handler机制4之Looper与Handler简介
- Android Handler机制5之Message简介与消息对象对象池
- Android Handler机制6之MessageQueue简介
- Android Handler机制7之消息发送
- Android Handler机制8之消息的取出与消息的其他操作
- Android Handler机制9之Handler的Native实现前奏之Linux IO多路复用
- Android Handler机制10之Handdler的Native实现Native的实现
- Android Handler机制11之Handler机制总结
- Android Handler机制12之Callable、Future和FutureTask
- Android Handler机制13之AsyncTask源码解析
一、简述
前面的文章讲解了Java层的消息处理机制,其中MessageQueue类里面涉及到的多个Native方法,除了MessageQueue的native方法,native本身也有一套完整的消息机制,处理native消息。在整个消息机制中,MessageQueue是连接Java层和Native层的纽带,换而言之,Java层可以向MessageQueue消息队列中添加消息,Native层也可以向MessageQueue消息队列中添加消息。
Native的层关系图:
Native关系图.png二、MessageQueue
在MessageQueue的native方法如下:
private native static long nativeInit();
private native static void nativeDestroy(long ptr);
private native void nativePollOnce(long ptr, int timeoutMillis); /*non-static for callbacks*/
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);
在Android Handler机制6之MessageQueue简介中的五、native层代码的初始化中 说了MessaegQueue构造函数调用了nativeInit(),为了更好的理解,我们便从MessageQueue构造函数开始说起
(一)、 nativeInit() 函数
nativeInit() 的主要作用是初始化,是在MessageQueue的构造函数中调用
代码在MessageQueue.java 68行
MessageQueue(boolean quitAllowed) {
mQuitAllowed = quitAllowed;
// 通过JNI调用了Native层的相关函数,导致了NativeMessageQueue的创建
mPtr = nativeInit();
}
MessageQueue只是有一个构造函数,该构造函数是包内可见的,其内部就两行代码,分别是设置了MessageQueue是否可以退出和native层代码的相关初始化
在MessageQueue的构造函数里面调用 nativeInit(),我们来看下
代码在MessageQueue.java 61行
private native static long nativeInit();
根据Android跨进程通信IPC之3——关于"JNI"的那些事中知道,nativeInit这个native方法对应的是android_os_MessageQueue.cpp里面的android_os_MessageQueue_nativeInit(JNIEnv* , jclass )函数
1、jlong android_os_MessageQueue_nativeInit(JNIEnv* env, jclass clazz)方法
代码在android_os_MessageQueue.cpp 172 行
static jlong android_os_MessageQueue_nativeInit(JNIEnv* env, jclass clazz) {
// 在Native层又创建了NativeMessageQueue
NativeMessageQueue* nativeMessageQueue = new NativeMessageQueue();
if (!nativeMessageQueue) {
jniThrowRuntimeException(env, "Unable to allocate native queue");
return 0;
}
nativeMessageQueue->incStrong(env);
// 这里返回值是Java层的mPtr,因此mPtr实际上是Java层MessageQueue与NativeMessesageQueue的桥梁
return reinterpret_cast<jlong>(nativeMessageQueue);
}
此时Java层和Native层的MessageQueue被mPtr连接起来了,NativeMessageQueue只是Java层MessageQueue在Native层的体现,其本身并没有实现Queue的数据结构,而是从其父类MessageQueue中继承mLooper变量。与Java层类型,这个Looper也是线程级别的单列。
代码中是直接new 的NativeMessageQueue无参构造函数,那我们那就来看下
2、NativeMessageQueue无参构造函数
NativeMessageQueue是android_os_MessageQueue.cpp的内部类
代码在android_os_MessageQueue.cpp 78行
NativeMessageQueue::NativeMessageQueue() : mPollEnv(NULL), mPollObj(NULL), mExceptionObj(NULL) {
// 获取TLS中的Looper对象
mLooper = Looper::getForThread();
if (mLooper == NULL) {
// 创建native层的Looper对象
mLooper = new Looper(false);
// 保存native 层的Looper到TLS中(线程级单例)
Looper::setForThread(mLooper);
}
}
- Looper::getForThread():功能类比于Java层的Looper.myLooper();
- Looper::setForThread(mLooper):功能类比于Java层的ThreadLocal.set()
通过上述代码我们知道:
- 1、Java层的Looper的创建导致了MessageQueue的创建,而在Native层则刚刚相反,NativeMessageQueue的创建导致了Looper的创建
- 2、MessageQueue是在Java层与Native层有着紧密的联系,但是此次Native层的Looper与Java层的Looper没有任何关系。
- 3、Native层的Looper创建和Java层的也完全不一样,它利用了Linux的epoll机制检测了Input的fd和唤醒fd。从功能上来讲,这个唤醒fd才是真正处理Java Message和Native Message的钥匙。
PS:5.0以上的版本Loooer定义在System/core下
上面说了半天,那我们就来看下Native的Looper的构造函数
3、 Native层的Looper的构造函数
代码在Looper.cpp 71行
Looper::Looper(bool allowNonCallbacks) :
mAllowNonCallbacks(allowNonCallbacks), mSendingMessage(false),
mPolling(false), mEpollFd(-1), mEpollRebuildRequired(false),
mNextRequestSeq(0), mResponseIndex(0), mNextMessageUptime(LLONG_MAX) {
/** 这才是Linux后来才有的东西,负责线程通信,替换了老版本的pipe */
//构造唤醒时间的fd
mWakeEventFd = eventfd(0, EFD_NONBLOCK);
AutoMutex _l(mLock);
rebuildEpollLocked();
}
这个方法重点就是调用了rebuildEpollLocked(); 函数
PS:这里说一下eventfd,event具体与pipe有点像,用来完成两个线程之间(现在也支持进程级别),能够用来作为线程之间通讯,类似于pthread_cond_t。
4、 Looper::rebuildEpollLocked() 函数
代码在Looper.cpp 140行
void Looper::rebuildEpollLocked() {
// Close old epoll instance if we have one.
if (mEpollFd >= 0) {
#if DEBUG_CALLBACKS
ALOGD("%p ~ rebuildEpollLocked - rebuilding epoll set", this);
#endif
// 关闭老的epoll实例
close(mEpollFd);
}
// Allocate the new epoll instance and register the wake pipe.
// 创建一个epoll实例,并注册wake管道。
mEpollFd = epoll_create(EPOLL_SIZE_HINT);
LOG_ALWAYS_FATAL_IF(mEpollFd < 0, "Could not create epoll instance. errno=%d", errno);
struct epoll_event eventItem;
// 清空,把未使用的数据区域进行置0操作
memset(& eventItem, 0, sizeof(epoll_event)); // zero out unused members of data field union
//关注EPOLLIN事件,也就是可读
eventItem.events = EPOLLIN;
//设置Fd
eventItem.data.fd = mWakeEventFd;
//将唤醒事件(mWakeEventFd)添加到epoll实例(mEpollFd),其实只是为epoll放置一个唤醒机制
int result = epoll_ctl(mEpollFd, EPOLL_CTL_ADD, mWakeEventFd, & eventItem);
LOG_ALWAYS_FATAL_IF(result != 0, "Could not add wake event fd to epoll instance. errno=%d",
errno);
// 这里主要添加的是Input事件,如键盘、传感器输入,这里基本上是由系统负责。
for (size_t i = 0; i < mRequests.size(); i++) {
const Request& request = mRequests.valueAt(i);
struct epoll_event eventItem;
request.initEventItem(&eventItem);
// 将request的队列事件,分别添加到epoll实例
int epollResult = epoll_ctl(mEpollFd, EPOLL_CTL_ADD, request.fd, & eventItem);
if (epollResult < 0) {
ALOGE("Error adding epoll events for fd %d while rebuilding epoll set, errno=%d",
request.fd, errno);
}
}
这里一定要明白的是,添加这些fd除了mWakeEventFd负责解除阻塞让程序继续运行,从而处理Native Message和Java Message外,其他fd与Message的处理其实毫无关系。此时Java层与Native联系如下:
Java与Native.png这时候大家可能有点蒙,所以我下面补充1个知识点,希望能帮助大家
8、 小结
所有整个流程整理如下图:
流程.png
(二) nativeDestroy()
nativeDestroy是在MessageQueue的dispose()方法中调用,主要用于清空回收
代码在MessageQueue.java 84行
// Disposes of the underlying message queue.
// Must only be called on the looper thread or the finalizer.
private void dispose() {
if (mPtr != 0) {
// native方法
nativeDestroy(mPtr);
mPtr = 0;
}
}
根据Android跨进程通信IPC之3——关于"JNI"的那些事中知道,nativeDestroy()这个native方法对应的是android_os_MessageQueue.cpp里面的android_os_MessageQueue_nativeDestroy()函数
1、android_os_MessageQueue_nativeDestroy()函数
代码在MessageQueue.java 183行
static void android_os_MessageQueue_nativeDestroy(JNIEnv* env, jclass clazz, jlong ptr) {
// 强制类型转换为nativeMessageQueue
NativeMessageQueue* nativeMessageQueue = reinterpret_cast<NativeMessageQueue*>(ptr);
//调用nativeMessageQueue的decStrong()函数
nativeMessageQueue->decStrong(env);
}
我们看到上面代码是
- 首先,将Java层传递下来的mPtr转换为nativeMessageQueue
- 其次,nativeMessageQueue调用decStrong(env)
nativeMessageQueue继承自RefBase类,所以decStrong最终调用的是RefBase.decStrong()。
Android跨进程通信IPC之4——AndroidIPC基础2的第五部分五、智能指针,中对智能指针有详细描述,这里就不过多介绍了
2、总体流程图
nativeDestroy()流程.png(三) nativePollOnce()
nativePollOnce()是在MessageQueue的next()方法中调用,用于提取消息的调用链
代码在MessageQueue.java 323行
Message next() {
final long ptr = mPtr;
if (ptr == 0) {
return null;
}
for (;;) {
...
//阻塞操作
nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);
...
}
根据Android跨进程通信IPC之3——关于"JNI"的那些事中知道,nativeDestroy()这个native方法对应的是android_os_MessageQueue.cpp里面的android_os_MessageQueue_nativePollOnce()函数
1、nativePollOnce()
代码在MessageQueue.java 188行
static void android_os_MessageQueue_nativePollOnce(JNIEnv* env, jobject obj, jlong ptr, jint timeoutMillis) {
//将Java层传递下来的mPtr转换为nativeMessageQueue
NativeMessageQueue* nativeMessageQueue = reinterpret_cast<NativeMessageQueue*>(ptr);
nativeMessageQueue->pollOnce(env, obj, timeoutMillis);
}
我们看到上面代码是
- 首先,将Java层传递下来的mPtr转换为nativeMessageQueue
- 其次,nativeMessageQueue调用pollOnce(env, obj, timeoutMillis)
那我们就来看下pollOnce(env, obj, timeoutMillis)方法
2、 NativeMessageQueue::pollOnce(JNIEnv*, jobject, int)函数
void NativeMessageQueue::pollOnce(JNIEnv* env, jobject pollObj, int timeoutMillis) {
mPollEnv = env;
mPollObj = pollObj;
// 重点函数
mLooper->pollOnce(timeoutMillis);
mPollObj = NULL;
mPollEnv = NULL;
if (mExceptionObj) {
env->Throw(mExceptionObj);
env->DeleteLocalRef(mExceptionObj);
mExceptionObj = NULL;
}
}
这个函数内容很简答, 主要就是进行赋值,并调用pollOnce(timeoutMillis)
那我们再来看一下pollOnce(timeoutMillis)函数
3、Looper::pollOnce()函数
代码在Looper.h 264 行
inline int pollOnce(int timeoutMillis) {
return pollOnce(timeoutMillis, NULL, NULL, NULL);
}
这个函数里面主要是调用的是ollOnce(timeoutMillis, NULL, NULL, NULL);
4、Looper::pollOnce(int, int, int, void**)函数
代码在Looper.cpp 264 行
int Looper::pollOnce(int timeoutMillis, int* outFd, int* outEvents, void** outData) {
int result = 0;
// 对fd对应的Responses进行处理,后面发现Response里都是活动fd
for (;;) {
// 先处理没有Callback的Response事件
while (mResponseIndex < mResponses.size()) {
const Response& response = mResponses.itemAt(mResponseIndex++);
int ident = response.request.ident;
if (ident >= 0) {
// ident>=0则表示没有callback,因为POLL_CALLBACK=-2
int fd = response.request.fd;
int events = response.events;
void* data = response.request.data;
#if DEBUG_POLL_AND_WAKE
ALOGD("%p ~ pollOnce - returning signalled identifier %d: "
"fd=%d, events=0x%x, data=%p",
this, ident, fd, events, data);
#endif
if (outFd != NULL) *outFd = fd;
if (outEvents != NULL) *outEvents = events;
if (outData != NULL) *outData = data;
return ident;
}
}
// 注意这里处于循环内部,改变result的值在后面的pollInner
if (result != 0) {
#if DEBUG_POLL_AND_WAKE
ALOGD("%p ~ pollOnce - returning result %d", this, result);
#endif
if (outFd != NULL) *outFd = 0;
if (outEvents != NULL) *outEvents = 0;
if (outData != NULL) *outData = NULL;
return result;
}
// 再处理内部轮训
result = pollInner(timeoutMillis);
}
}
参数说明:
- timeoutMillis:超时时长
- outFd:发生事件的文件描述符
- outEvents:当前outFd上发生的事件,包含以下4类事件
- EVENT_INPUT:可读
- EVENT_OUTPUT:可写
- EVENT_ERROR:错误
- EVENT_HANGUP:中断
- outData:上下文数据
这个函数内部最后调用了pollInner(int),让我们来看一下
5、Looper::pollInner()函数
代码在Looper.cpp 220 行
int Looper::pollInner(int timeoutMillis) {
#if DEBUG_POLL_AND_WAKE
ALOGD("%p ~ pollOnce - waiting: timeoutMillis=%d", this, timeoutMillis);
#endif
// Adjust the timeout based on when the next message is due.
if (timeoutMillis != 0 && mNextMessageUptime != LLONG_MAX) {
nsecs_t now = systemTime(SYSTEM_TIME_MONOTONIC);
int messageTimeoutMillis = toMillisecondTimeoutDelay(now, mNextMessageUptime);
if (messageTimeoutMillis >= 0
&& (timeoutMillis < 0 || messageTimeoutMillis < timeoutMillis)) {
timeoutMillis = messageTimeoutMillis;
}
#if DEBUG_POLL_AND_WAKE
ALOGD("%p ~ pollOnce - next message in %" PRId64 "ns, adjusted timeout: timeoutMillis=%d",
this, mNextMessageUptime - now, timeoutMillis);
#endif
}
// Poll.
int result = POLL_WAKE;
mResponses.clear();
mResponseIndex = 0;
// We are about to idle.
// 即将处于idle状态
mPolling = true;
// fd最大的个数是16
struct epoll_event eventItems[EPOLL_MAX_EVENTS];
// 等待时间发生或者超时,在nativeWake()方法,向管道写端写入字符,则方法会返回。
int eventCount = epoll_wait(mEpollFd, eventItems, EPOLL_MAX_EVENTS, timeoutMillis);
// No longer idling.
// 不再处于idle状态
mPolling = false;
// 请求锁 ,因为在Native Message的处理和添加逻辑上需要同步
// Acquire lock.
mLock.lock();
// Rebuild epoll set if needed.
// 如果需要,重建epoll
if (mEpollRebuildRequired) {
mEpollRebuildRequired = false;
// epoll重建,直接跳转到Done
rebuildEpollLocked();
goto Done;
}
// Check for poll error.
if (eventCount < 0) {
if (errno == EINTR) {
goto Done;
}
ALOGW("Poll failed with an unexpected error, errno=%d", errno);
// epoll事件个数小于0,发生错误,直接跳转Done
result = POLL_ERROR;
goto Done;
}
// Check for poll timeout.
//如果需要,重建epoll
if (eventCount == 0) {
//epoll事件个数等于0,发生超时,直接跳转Done
#if DEBUG_POLL_AND_WAKE
ALOGD("%p ~ pollOnce - timeout", this);
#endif
result = POLL_TIMEOUT;
goto Done;
}
// Handle all events.
#if DEBUG_POLL_AND_WAKE
ALOGD("%p ~ pollOnce - handling events from %d fds", this, eventCount);
#endif
// 循环处理所有的事件
for (int i = 0; i < eventCount; i++) {
int fd = eventItems[i].data.fd;
uint32_t epollEvents = eventItems[i].events;
//首先处理mWakeEventFd
if (fd == mWakeEventFd) {
//如果是唤醒mWakeEventFd有反应
if (epollEvents & EPOLLIN) {
/**重点代码*/
// 已经唤醒了,则读取并清空管道数据
awoken(); // 该函数内部就是read,从而使FD可读状态被清除
} else {
ALOGW("Ignoring unexpected epoll events 0x%x on wake event fd.", epollEvents);
}
} else {
// 其他input fd处理,其实就是将活动放入response队列,等待处理
ssize_t requestIndex = mRequests.indexOfKey(fd);
if (requestIndex >= 0) {
int events = 0;
if (epollEvents & EPOLLIN) events |= EVENT_INPUT;
if (epollEvents & EPOLLOUT) events |= EVENT_OUTPUT;
if (epollEvents & EPOLLERR) events |= EVENT_ERROR;
if (epollEvents & EPOLLHUP) events |= EVENT_HANGUP;
// 处理request,生成对应的response对象,push到响应数组
pushResponse(events, mRequests.valueAt(requestIndex));
} else {
ALOGW("Ignoring unexpected epoll events 0x%x on fd %d that is "
"no longer registered.", epollEvents, fd);
}
}
}
Done: ;
// Invoke pending message callbacks.
// 再处理Native的Message,调用相应回调方法
mNextMessageUptime = LLONG_MAX;
while (mMessageEnvelopes.size() != 0) {
nsecs_t now = systemTime(SYSTEM_TIME_MONOTONIC);
const MessageEnvelope& messageEnvelope = mMessageEnvelopes.itemAt(0);
if (messageEnvelope.uptime <= now) {
// Remove the envelope from the list.
// We keep a strong reference to the handler until the call to handleMessage
// finishes. Then we drop it so that the handler can be deleted *before*
// we reacquire our lock.
{ // obtain handler
sp<MessageHandler> handler = messageEnvelope.handler;
Message message = messageEnvelope.message;
mMessageEnvelopes.removeAt(0);
mSendingMessage = true;
// 释放锁
mLock.unlock();
#if DEBUG_POLL_AND_WAKE || DEBUG_CALLBACKS
ALOGD("%p ~ pollOnce - sending message: handler=%p, what=%d",
this, handler.get(), message.what);
#endif
// 处理消息事件
handler->handleMessage(message);
} // release handler
// 请求锁
mLock.lock();
mSendingMessage = false;
// 发生回调
result = POLL_CALLBACK;
} else {
// The last message left at the head of the queue determines the next wakeup time.
mNextMessageUptime = messageEnvelope.uptime;
break;
}
}
// Release lock.
// 释放锁
mLock.unlock();
// Invoke all response callbacks.
// 处理带有Callback()方法的response事件,执行Response相应的回调方法
for (size_t i = 0; i < mResponses.size(); i++) {
Response& response = mResponses.editItemAt(i);
if (response.request.ident == POLL_CALLBACK) {
int fd = response.request.fd;
int events = response.events;
void* data = response.request.data;
#if DEBUG_POLL_AND_WAKE || DEBUG_CALLBACKS
ALOGD("%p ~ pollOnce - invoking fd event callback %p: fd=%d, events=0x%x, data=%p",
this, response.request.callback.get(), fd, events, data);
#endif
// Invoke the callback. Note that the file descriptor may be closed by
// the callback (and potentially even reused) before the function returns so
// we need to be a little careful when removing the file descriptor afterwards.
// 处理请求的回调方法
int callbackResult = response.request.callback->handleEvent(fd, events, data);
if (callbackResult == 0) {
// 移除fd
removeFd(fd, response.request.seq);
}
// Clear the callback reference in the response structure promptly because we
// will not clear the response vector itself until the next poll.
// 清除response引用的回调方法
response.request.callback.clear();
// 发生回调
result = POLL_CALLBACK;
}
}
return result;
}
pollOnce返回值说明:
- POLL_WAKE: 表示由wake()出发,即pipe写端的write事件触发
- POLL_CALLBACK:表示某个被监听fd被触发
- POLL_TIMEOUT:表示等待超时
- POLL_ERROR:表示等待期间发生错误
pollInner()方法的处理流程:
- 1、先调用epoll_wait(),这是阻塞方法,用于等待事件发生或者超时。
- 2、对于epoll_wait()返回,当且仅当以下3种情况出现
- POLL_ERROR:发生错误,直接跳转Done
- POLL_TIMEOUT:发生超时,直接跳转到Done
- 检测到管道有事情发生,则再根据情况做相应处理:
- 如果检测到管道产生事件,则直接读取管道的数据
- 如果是其他事件,则处理request,生成对应的response对象,push到response数组
- 3、进入Done标记位的代码:
- 先处理Native的Message,调用Native的Handler来处理该Message
- 再处理Resposne数组,POLL_CALLBACK类型的事件
从上面的流程,可以发现对于Request先收集,一并放入response数组,而不是马上执行。真正在Done开始执行的时候,先处理Native Message,再处理Request,说明Native Message优先级高于Request请求的优先级。
PS:在polOnce()方法中,先处理Response数组不带Callback的事件,再调用了再调用了pollInner()函数。
6、Looper::awoken()函数
代码在Looper.cpp 418行
void Looper::awoken() {
#if DEBUG_POLL_AND_WAKE
ALOGD("%p ~ awoken", this);
#endif
uint64_t counter;
// 不断的读取管道数据,目的就是为了清空管道内容
TEMP_FAILURE_RETRY(read(mWakeEventFd, &counter, sizeof(uint64_t)));
}
7、小结
整体的流程图如下:
流程图.png
(四)、nativeDestroy()
nativeWake用于唤醒功能,在添加消息到消息队列enqueueMessage(),或者把消息从消息队列中全部移除quit(),再有需要时会调用nativeWake方法。包含唤醒过程的添加消息的调用链
下面来进一步来看看调用链的过程:
1、enqueueMessage(Message, long)
代码在MessageQueue.java 533行
boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
....
//将Message按按时间插入MessageQueue
if (needWake) {
nativeWake(mPtr);
}
....
}
在向消息队列添加Message时,需要根据mBlocked情况来就决定是否需要调用nativeWake。
根据Android跨进程通信IPC之3——关于"JNI"的那些事中知道,nativeDestroy()这个native方法对应的是android_os_MessageQueue.cpp里面的android_os_MessageQueue_nativeWake(JNIEnv*, jclass, jlong ) 函数
2、android_os_MessageQueue_nativeWake()
代码在android_os_MessageQueue.cpp 194行
static void android_os_MessageQueue_nativeWake(JNIEnv* env, jclass clazz, jlong ptr) {
// 将Java层传递下来的mPtr转换为nativeMessageQueue
NativeMessageQueue* nativeMessageQueue = reinterpret_cast<NativeMessageQueue*>(ptr);
//调用wake函数
nativeMessageQueue->wake();
}
我们看到上面代码是
- 首先,将Java层传递下来的mPtr转换为nativeMessageQueue
- 其次,nativeMessageQueue调用wake()函数
3、NativeMessageQueue::wake()函数
代码在android_os_MessageQueue.cpp 121行
void NativeMessageQueue::wake() {
mLooper->wake();
}
这个方法很简单,就是直接调用Looper的wake()函数,
4、Looper::wake()函数
代码在Looper.cpp 404行
void Looper::wake() {
#if DEBUG_POLL_AND_WAKE
ALOGD("%p ~ wake", this);
#endif
uint64_t inc = 1;
// 向管道mWakeEventFd写入字符1
ssize_t nWrite = TEMP_FAILURE_RETRY(write(mWakeEventFd, &inc, sizeof(uint64_t)));
if (nWrite != sizeof(uint64_t)) {
if (errno != EAGAIN) {
ALOGW("Could not write wake signal, errno=%d", errno);
}
}
}
Looper类的 wake()函数只是往mWakeEventfd中写了一些内容,这个fd只是通知而已,类似于pipi,最后会把epoll_wai唤醒,线程就不阻塞了继续发送
Native层的消息,然后处理之前的addFd事件,然后处理Java层的消息。
PS:其中TEMP_FAILURE_RETRY 是一个宏定义,当执行write失败后,会不断重复执行,直到执行成功为止。
5、小结
总结一下流程图如下:
流程图.png(五)、sendMessage()
前面几篇文章讲述了Java层如何向MessageQueue类添加消息,那么接下来讲讲Native层如何向MessageQueue发送消息。
1、Looper::sendMessage(const sp<MessageHandler>& handler, const Message& message) 函数
代码在Looper.cpp 583行
void Looper::sendMessage(const sp<MessageHandler>& handler, const Message& message) {
nsecs_t now = systemTime(SYSTEM_TIME_MONOTONIC);
sendMessageAtTime(now, handler, message);
}
我们看到方法里面调用了sendMessageAtTime(now, handler, message) 函数
2、 Looper::sendMessageDelayed(nsecs_t uptimeDelay, const sp<MessageHandler>& handler,
const Message& message)函数
代码在Looper.cpp 588行
void Looper::sendMessageDelayed(nsecs_t uptimeDelay, const sp<MessageHandler>& handler,
const Message& message) {
nsecs_t now = systemTime(SYSTEM_TIME_MONOTONIC);
sendMessageAtTime(now + uptimeDelay, handler, message);
}
我们看到方法里面调用了sendMessageAtTime(now, handler, message) 函数
所以我们说:
sendMessage()和sendMessageDelayed()都是调用sendMessageAtTime()来完成消息插入。
那我们就来看一下sendMessageAtTime()
3、 Looper::sendMessageDelayed(nsecs_t uptimeDelay, const sp<MessageHandler>& handler,
const Message& message)函数
void Looper::sendMessageAtTime(nsecs_t uptime, const sp<MessageHandler>& handler,
const Message& message) {
#if DEBUG_CALLBACKS
ALOGD("%p ~ sendMessageAtTime - uptime=%" PRId64 ", handler=%p, what=%d",
this, uptime, handler.get(), message.what);
#endif
size_t i = 0;
{ // acquire lock
// 请求锁
AutoMutex _l(mLock);
size_t messageCount = mMessageEnvelopes.size();
// 找到message应该插入的位置i
while (i < messageCount && uptime >= mMessageEnvelopes.itemAt(i).uptime) {
i += 1;
}
MessageEnvelope messageEnvelope(uptime, handler, message);
mMessageEnvelopes.insertAt(messageEnvelope, i, 1);
// Optimization: If the Looper is currently sending a message, then we can skip
// the call to wake() because the next thing the Looper will do after processing
// messages is to decide when the next wakeup time should be. In fact, it does
// not even matter whether this code is running on the Looper thread.
// 如果当前正在发送消息,那么不再调用wake(),直接返回
if (mSendingMessage) {
return;
}
} // release lock
// 释放锁
// Wake the poll loop only when we enqueue a new message at the head.
// 当消息加入到消息队列的头部时,需要唤醒poll循环
if (i == 0) {
wake();
}
}
(六)、sendMessage()
本节介绍了MessageQueue的native()方法,经过层层调用:
- nativeInit()方法,最终实现由epoll机制中的epoll_create()/epoll_ctl()完成
- nativeDestory()方法,最终实现由RefBase::decStrong()完成
- nativePollOnce()方法,最终实现由Looper::pollOnce()完成
- nativeWake()方法,最终实现由Looper::wake()调用write方法,向管道写入字符
- nativeIsPolling(),nativeSetFileDescriptorEvents()这两个方法类似,此处就不一一列举了。
三、Native结构体和类
Looper.h/Looper.cpp文件中定义了Message结构体,消息处理类,回调类,Looper类
(一)、Message结构体
代码在(http://androidxref.com/6.0.1_r10/xref/system/core/include/utils/Looper.h) 50行
struct Message {
Message() : what(0) { }
Message(int what) : what(what) { }
/* The message type. (interpretation is left up to the handler) */
// 消息类型
int what;
};
(二)、消息处理类
1、MessageHandler类
代码在Looper.h 67行
/**
* Interface for a Looper message handler.
*
* The Looper holds a strong reference to the message handler whenever it has
* a message to deliver to it. Make sure to call Looper::removeMessages
* to remove any pending messages destined for the handler so that the handler
* can be destroyed.
*/
class MessageHandler : public virtual RefBase {
protected:
virtual ~MessageHandler() { }
public:
/**
* Handles a message.
*/
virtual void handleMessage(const Message& message) = 0;
};
这个类很简单,就不多说了,这里说下注释:
- 处理Looper消息程序的接口。
- 当一个消息要传递给其对应的Handler时候,Looper持有一个消息Handler的强引用。在这个Handler销毁之前,请确保调用Looper :: removeMessages来删除待处理的消息。
2、WeakMessageHandler类
代码在Looper.h 82行
/**
* A simple proxy that holds a weak reference to a message handler.
*/
class WeakMessageHandler : public MessageHandler {
protected:
virtual ~WeakMessageHandler();
public:
WeakMessageHandler(const wp<MessageHandler>& handler);
virtual void handleMessage(const Message& message);
private:
wp<MessageHandler> mHandler;
};
这里并没有handleMessage的代码,我们是不是忽略了什么?再找一下,果然这块的代码在
Looper.cpp 38行
void WeakMessageHandler::handleMessage(const Message& message) {
sp<MessageHandler> handler = mHandler.promote();
if (handler != NULL) {
调用Mes
handler->handleMessage(message);
}
}
(三)、回调类
1、LooperCallback类
代码在Looper.h 98行
/**
* A looper callback.
*/
class LooperCallback : public virtual RefBase {
protected:
virtual ~LooperCallback() { }
public:
/**
* Handles a poll event for the given file descriptor.
* It is given the file descriptor it is associated with,
* a bitmask of the poll events that were triggered (typically EVENT_INPUT),
* and the data pointer that was originally supplied.
*
* Implementations should return 1 to continue receiving callbacks, or 0
* to have this file descriptor and callback unregistered from the looper.
*/
// 用于处理指定的文件描述符poll事件
virtual int handleEvent(int fd, int events, void* data) = 0;
};
简单翻译一下handleEvent方法的注释:
- 处理给定文件描述符的轮训事件。
- 用来 将 最初提供的数据指针和轮训事件的掩码(通常为EVENT_INPUT)来关联的文件描述符。
- 实现子类如果想继续接收回调则返回1,如果未注册文件描述符和回调则返回0
2、SimpleLooperCallback类
代码在Looper.cpp 118行
class SimpleLooperCallback : public LooperCallback {
protected:
virtual ~SimpleLooperCallback();
public:
SimpleLooperCallback(Looper_callbackFunc callback);
virtual int handleEvent(int fd, int events, void* data);
private:
Looper_callbackFunc mCallback;
};
它和WeakMessageHandler类一样handleEvent的方法在Looper.cpp 55行
int SimpleLooperCallback::handleEvent(int fd, int events, void* data) {
// 调用回调方法
return mCallback(fd, events, data);
}
(四)、Looper类
1 、 Native层的Looper类简介
2 、 Native层的Looper类常量
// 每个epoll实例默认的文件描述符个数
static const int EPOLL_SIZE_HINT = 8;
// 轮训事件的文件描述符个数上限
static const int EPOLL_MAX_EVENTS = 16;
3、Native Looper类的常用方法:
方法 | 解释 |
---|---|
Looper(bool) | Looper的构造函数 |
static sp<Looper> prepar(int) | 如果该线程没有绑定Looper,才创建Loopr,否则直接返回 |
int pollOnec(int ,int* int,void) | 轮训,等待事件发生 |
void wake() | 唤醒Looper |
void sendMessage(const sp<MessageHandler>&handler,const Message&message) | 发送消息 |
int addFd(int,int,int,Looper_callbackFunc,void*) | 添加要监听的文件描述符fd |
4、Request、Resposne、MessageEvent 三个结构体
Looper类的内部定义了Request、Resposne、MessageEnvelope这三个结构体
关系图如下:
4.1、Request 结构体
代码在Looper.h 420行
// 请求结构体
struct Request {
int fd;
int ident;
int events;
int seq;
sp<LooperCallback> callback;
void* data;
void initEventItem(struct epoll_event* eventItem) const;
};
4.2、Resposne 结构体
代码在Looper.h 431行
// 响应结构体
struct Response {
int events;
Request request;
};
4.3、MessageEnvelope 结构体
代码在Looper.h 436行
// 信封结构体
struct MessageEnvelope {
MessageEnvelope() : uptime(0) { }
MessageEnvelope(nsecs_t uptime, const sp<MessageHandler> handler,
const Message& message) : uptime(uptime), handler(handler), message(message) {
}
nsecs_t uptime;
sp<MessageHandler> handler;
Message message;
};
MessageEnvelope正如其名字,信封。MessageEnvelope里面记录着收信人(handler),发信时间(uptime),信件内容(message)。
5、Native Looper类的类图如下:
类图.png6 Native Looper的监听文件描述符
Native Looper除了提供message机制外,还提供监听文件描述符的方式。通过addFd()接口加入需要被监听的文件描述符。
代码在Looper.cpp 434行
int addFd(int fd, int ident, int events, Looper_callbackFunc callback, void* data);
int addFd(int fd, int ident, int events, const sp<LooperCallback>& callback, void* data);
其中:
- fd:为所需要监听的文件描述符
- ident:表示为当前发生时间的标识符,必须>=0,或者为POLL_CALLBACK(-2)如果指定了callback
- events:表示为要监听的文件类型,默认是EVENT_INPUT。
- callback:当有事件发生时,会回调该callback函数。
- data:两种使用方式:
- 指定callback来处理事件:当该文件描述符上有事件来时,该callback会被执行,然后从fd读取数据。这个时候ident是被忽略的。
- 通过指定的ident来处理事件:当该文件描述符有数据来到时,pollOnce()会返回一个ident,调用者会判断该ident是否等于自己需要处理事件ident,如果是的话,则开始处理事件。
(####) 五、Java层的addFd
我之前一直以为只能在C层的Looper中才能addFd,原来在Java层也通过JNI做了这个功能。我们可以在MessageQueue中的addOnFileDescriptorEventListener来实现这个功能。
代码在MessageQueue.java 186行
/**
* Adds a file descriptor listener to receive notification when file descriptor
* related events occur.
* <p>
* If the file descriptor has already been registered, the specified events
* and listener will replace any that were previously associated with it.
* It is not possible to set more than one listener per file descriptor.
* </p><p>
* It is important to always unregister the listener when the file descriptor
* is no longer of use.
* </p>
*
* @param fd The file descriptor for which a listener will be registered.
* @param events The set of events to receive: a combination of the
* {@link OnFileDescriptorEventListener#EVENT_INPUT},
* {@link OnFileDescriptorEventListener#EVENT_OUTPUT}, and
* {@link OnFileDescriptorEventListener#EVENT_ERROR} event masks. If the requested
* set of events is zero, then the listener is unregistered.
* @param listener The listener to invoke when file descriptor events occur.
*
* @see OnFileDescriptorEventListener
* @see #removeOnFileDescriptorEventListener
*/
public void addOnFileDescriptorEventListener(@NonNull FileDescriptor fd,
@OnFileDescriptorEventListener.Events int events,
@NonNull OnFileDescriptorEventListener listener) {
if (fd == null) {
throw new IllegalArgumentException("fd must not be null");
}
if (listener == null) {
throw new IllegalArgumentException("listener must not be null");
}
synchronized (this) {
updateOnFileDescriptorEventListenerLocked(fd, events, listener);
}
}
通过上面代码分析,我们知道这里面有两个重点
- 1 onFileDescriptorEventListener 这个回调
- 2 updateOnFileDescriptorEventListenerLocked()方法
8.1、OnFileDescriptorEventListener
代码在MessageQueue.java 186行
/**
* A listener which is invoked when file descriptor related events occur.
*/
public interface OnFileDescriptorEventListener {
/**
* File descriptor event: Indicates that the file descriptor is ready for input
* operations, such as reading.
* <p>
* The listener should read all available data from the file descriptor
* then return <code>true</code> to keep the listener active or <code>false</code>
* to remove the listener.
* </p><p>
* In the case of a socket, this event may be generated to indicate
* that there is at least one incoming connection that the listener
* should accept.
* </p><p>
* This event will only be generated if the {@link #EVENT_INPUT} event mask was
* specified when the listener was added.
* </p>
*/
public static final int EVENT_INPUT = 1 << 0;
/**
* File descriptor event: Indicates that the file descriptor is ready for output
* operations, such as writing.
* <p>
* The listener should write as much data as it needs. If it could not
* write everything at once, then it should return <code>true</code> to
* keep the listener active. Otherwise, it should return <code>false</code>
* to remove the listener then re-register it later when it needs to write
* something else.
* </p><p>
* This event will only be generated if the {@link #EVENT_OUTPUT} event mask was
* specified when the listener was added.
* </p>
*/
public static final int EVENT_OUTPUT = 1 << 1;
/**
* File descriptor event: Indicates that the file descriptor encountered a
* fatal error.
* <p>
* File descriptor errors can occur for various reasons. One common error
* is when the remote peer of a socket or pipe closes its end of the connection.
* </p><p>
* This event may be generated at any time regardless of whether the
* {@link #EVENT_ERROR} event mask was specified when the listener was added.
* </p>
*/
public static final int EVENT_ERROR = 1 << 2;
/** @hide */
@Retention(RetentionPolicy.SOURCE)
@IntDef(flag=true, value={EVENT_INPUT, EVENT_OUTPUT, EVENT_ERROR})
public @interface Events {}
/**
* Called when a file descriptor receives events.
*
* @param fd The file descriptor.
* @param events The set of events that occurred: a combination of the
* {@link #EVENT_INPUT}, {@link #EVENT_OUTPUT}, and {@link #EVENT_ERROR} event masks.
* @return The new set of events to watch, or 0 to unregister the listener.
*
* @see #EVENT_INPUT
* @see #EVENT_OUTPUT
* @see #EVENT_ERROR
*/
@Events int onFileDescriptorEvents(@NonNull FileDescriptor fd, @Events int events);
}
private static final class FileDescriptorRecord {
public final FileDescriptor mDescriptor;
public int mEvents;
public OnFileDescriptorEventListener mListener;
public int mSeq;
public FileDescriptorRecord(FileDescriptor descriptor,
int events, OnFileDescriptorEventListener listener) {
mDescriptor = descriptor;
mEvents = events;
mListener = listener;
}
}
8.2、updateOnFileDescriptorEventListenerLocked()方法
代码在MessageQueue.java 222行
private void updateOnFileDescriptorEventListenerLocked(FileDescriptor fd, int events,
OnFileDescriptorEventListener listener) {
final int fdNum = fd.getInt$();
int index = -1;
FileDescriptorRecord record = null;
if (mFileDescriptorRecords != null) {
index = mFileDescriptorRecords.indexOfKey(fdNum);
if (index >= 0) {
record = mFileDescriptorRecords.valueAt(index);
if (record != null && record.mEvents == events) {
return;
}
}
}
if (events != 0) {
events |= OnFileDescriptorEventListener.EVENT_ERROR;
if (record == null) {
if (mFileDescriptorRecords == null) {
mFileDescriptorRecords = new SparseArray<FileDescriptorRecord>();
}
//fd保存在FileDescriptorRecord对象
record = new FileDescriptorRecord(fd, events, listener);
// mFileDescriptorRecords 保存
mFileDescriptorRecords.put(fdNum, record);
} else {
record.mListener = listener;
record.mEvents = events;
record.mSeq += 1;
}
// 调用native函数
nativeSetFileDescriptorEvents(mPtr, fdNum, events);
} else if (record != null) {
record.mEvents = 0;
mFileDescriptorRecords.removeAt(index);
}
}
8.2.1、android_os_MessageQueue_nativeSetFileDescriptorEvents()函数
根据Android跨进程通信IPC之3——关于"JNI"的那些事中知道,nativeInit这个native方法对应的是android_os_MessageQueue.cpp里面的android_os_MessageQueue_nativeSetFileDescriptorEvents(JNIEnv* env, jclass clazz, jlong ptr, jint fd, jint events)函数
代码在android_os_MessageQueue.cpp 204行
static void android_os_MessageQueue_nativeSetFileDescriptorEvents(JNIEnv* env, jclass clazz,
jlong ptr, jint fd, jint events) {
NativeMessageQueue* nativeMessageQueue = reinterpret_cast<NativeMessageQueue*>(ptr);
nativeMessageQueue->setFileDescriptorEvents(fd, events);
}
我们看到这个函数里面调用了nativeMessageQueue的setFileDescriptorEvents(fd, events);函数。
8.2.2、NativeMessageQueue::setFileDescriptorEvents(int fd, int events)函数
代码在android_os_MessageQueue.cpp 125行
void NativeMessageQueue::setFileDescriptorEvents(int fd, int events) {
if (events) {
int looperEvents = 0;
if (events & CALLBACK_EVENT_INPUT) {
looperEvents |= Looper::EVENT_INPUT;
}
if (events & CALLBACK_EVENT_OUTPUT) {
looperEvents |= Looper::EVENT_OUTPUT;
}
// 重点代码
mLooper->addFd(fd, Looper::POLL_CALLBACK, looperEvents, this,
reinterpret_cast<void*>(events));
} else {
mLooper->removeFd(fd);
}
}
我们看到了在这个函数内部调用了mLooper的addFd函数。
大家注意一下Looper的addFd函数,中的倒数二个参数是this,侧面说明了NativeMessageQueue继承了LooperCallback。
代码在android_os_MessageQueue.cpp 41行
class NativeMessageQueue : public MessageQueue, public LooperCallback {
public:
NativeMessageQueue();
virtual ~NativeMessageQueue();
virtual void raiseException(JNIEnv* env, const char* msg, jthrowable exceptionObj);
void pollOnce(JNIEnv* env, jobject obj, int timeoutMillis);
void wake();
void setFileDescriptorEvents(int fd, int events);
virtual int handleEvent(int fd, int events, void* data);
...
}
所以说,需要实现handleEvent()函数。handleEvent()函数就是在looper中epoll_wait之后,当我们增加的fd有数据就会调用这个函数。
代码在android_os_MessageQueue.cpp 141行
int NativeMessageQueue::handleEvent(int fd, int looperEvents, void* data) {
int events = 0;
if (looperEvents & Looper::EVENT_INPUT) {
events |= CALLBACK_EVENT_INPUT;
}
if (looperEvents & Looper::EVENT_OUTPUT) {
events |= CALLBACK_EVENT_OUTPUT;
}
if (looperEvents & (Looper::EVENT_ERROR | Looper::EVENT_HANGUP | Looper::EVENT_INVALID)) {
events |= CALLBACK_EVENT_ERROR;
}
int oldWatchedEvents = reinterpret_cast<intptr_t>(data);
// 调用回调
int newWatchedEvents = mPollEnv->CallIntMethod(mPollObj,
gMessageQueueClassInfo.dispatchEvents, fd, events); /
if (!newWatchedEvents) {
return 0; // unregister the fd
}
if (newWatchedEvents != oldWatchedEvents) {
setFileDescriptorEvents(fd, newWatchedEvents);
}
return 1;
}
最后在java的MessageQueue中的dispatchEvent就是在jni层反调过来的,然后调用之前注册的回调函数
代码在MessageQueue.java259行
// Called from native code.
private int dispatchEvents(int fd, int events) {
// Get the file descriptor record and any state that might change.
final FileDescriptorRecord record;
final int oldWatchedEvents;
final OnFileDescriptorEventListener listener;
final int seq;
synchronized (this) {
record = mFileDescriptorRecords.get(fd);
if (record == null) {
return 0; // spurious, no listener registered
}
oldWatchedEvents = record.mEvents;
events &= oldWatchedEvents; // filter events based on current watched set
if (events == 0) {
return oldWatchedEvents; // spurious, watched events changed
}
listener = record.mListener;
seq = record.mSeq;
}
// Invoke the listener outside of the lock.
int newWatchedEvents = listener.onFileDescriptorEvents(
record.mDescriptor, events);
if (newWatchedEvents != 0) {
newWatchedEvents |= OnFileDescriptorEventListener.EVENT_ERROR;
}
// Update the file descriptor record if the listener changed the set of
// events to watch and the listener itself hasn't been updated since.
if (newWatchedEvents != oldWatchedEvents) {
synchronized (this) {
int index = mFileDescriptorRecords.indexOfKey(fd);
if (index >= 0 && mFileDescriptorRecords.valueAt(index) == record
&& record.mSeq == seq) {
record.mEvents = newWatchedEvents;
if (newWatchedEvents == 0) {
mFileDescriptorRecords.removeAt(index);
}
}
}
}
// Return the new set of events to watch for native code to take care of.
return newWatchedEvents;
}
四、总结
(一)、Native与Java的对应关系
对应图.pngMessageQueue通过mPtr变量保存了NativeMessageQueue对象,从而使得MessageQueue成为Java层和Native层的枢纽,既能处理上层消息,也能处理Native消息,下图列举了Java层与Native层的对应图
图解:
- 1、红色虚线关系:Java层和Native层的MessageQueue通过JNI建立关联,彼此之间能相互调用,搞明白这个互调关系,也就搞明白Java如何调用C++代码,C++代码如何调用Java代码
- 2、蓝色虚线关系:Handler/Looper/Message这三大类Java层与Native层并没有任何真正的关系,只是分别在Java层和Native层的handler消息模型中具有相似的功能。都是彼此独立的,各自实现相应的逻辑。
- 3、WeakMessageHandler继承与MessageHandler类,NativeMessageQueue继承于MessageQueue类。
另外,消息处理流程是先处理NativeMessage,再处理Native Request,最后处理Java Message。理解了该流程也就明白了有时上层消息很少,但响应时间却比较长的真正原因。
(二)、Native的流程
整体流程如下:
整体流程.png四 总结
Handler机制中Native的实现主要涉及了两个类
- 1、NativeMessageQueue:在MessageQueue.java的构造函数中,调用了nativeInit创建了NativeMessageQueue对象,并且把指针变量返回给Java层的mPtr。而在NativeMessageQueue的构造函数中,会在当前线程中创建C++的Looper对象。
- 2、Looper:控制eventfd的读写,通过epoll监听eventfd的变化,来阻塞调用pollOnce和恢复调用wake当前线程
- 通过 epoll监听其他文件描述符的变化
- 通过 epoll处理C++层的消息机制,当调用Looper::sendMessageAtTime后,调用wake触发epoll
- Looper的构造函数,创建一个eventfd(以前版本是pipe),eventfd它的主要用于进程或者线程间的通信,然后创建epoll来监听该eventfd的变化
- Looper::pollOnce(int timeoutMillis) 内部调用了pollInner,再调用epoll_wait(mEpollFd, ..., timeoutMillis)阻塞timeoutMills时间,并监听文件描述符mEpollFd的变化,当时间到了或者消息到了,即eventfd被写入内容后,从epoll_wait继续往下执行,处理epoll_wait返回的消息,该消息既有可能是eventfd产生的,也可能是其他文件描述符产生的。处理顺序是,先处理普通的C++消息队列mMessageEnvelopes,然后处理之前addFd的事件,最后从pollOnce返回,会继续MessageQueue.java的next()函数,取得Java层的消息来处理;
- Looper类的wake,函数只是往mWakeEventfd中写了一些内容,这个fd只是通知而已,类似pipe,最后会把epoll_wait唤醒,线程就不阻塞了,继续先发送C层消息,然后处理之前addFd事件,然后处理Java层消息
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