Android Looper简介

news2024/11/13 12:50:45

本文基于安卓11。

Looper是一个用具,在安卓程序中,UI线程是由事件驱动的(onCreate, onResume, onDestory),Looper就是处理这些事件的工具,事件被描述为消息(Message),Looper维护一个按时间顺序排列的消息队列(MessageQueue),在要求的时间将消息交给Hanlder处理。

一、消息循环

默认情况下一个线程不存在消息循环,Android线程开启消息循环需要调用Looper.prepare(),Looper.loop()。

二、Looper.prepare()

初始化Looper和MessageQueue对象,存在应用层的Java对象和Native层的cpp对象。

//Looper.java  
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));
    }

    private Looper(boolean quitAllowed) {
        mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
        mThread = Thread.currentThread();
    }

可以看到Looper对象通过ThreadLocal获取,被设计为线程单例。

//MessageQueue.java 
		MessageQueue(boolean quitAllowed) {
        mQuitAllowed = quitAllowed;
        mPtr = nativeInit();
    }

MessageQueue构造方法通过nativeInit()初始化native层的消息循环,创建native层的Looper,NativeMessageQueue对象,mPtr是NativeMessageQueue对象引用,后续MessageQueue(Java)调用nativePollOnce(long ptr, int timeoutMillis), nativeWake(long ptr)等native函数都需要传入这个参数,NativeMessageQueue可使用此参数通过JNIEnv*调用Java方法。

2.1 nativeInit()
//android_os_MessageQueue.cpp
static jlong android_os_MessageQueue_nativeInit(JNIEnv* env, jclass clazz) {
  NativeMessageQueue* nativeMessageQueue = new NativeMessageQueue();
  nativeMessageQueue->incStrong(env);
  return reinterpret_cast<jlong>(NativeMessageQueue);
}
NativeMessageQueue::NativeMessageQueue() :
        mPollEnv(NULL), mPollObj(NULL), mExceptionObj(NULL) {
    mLooper = Looper::getForThread();
    if (mLooper == NULL) {
        mLooper = new Looper(false);
        Looper::setForThread(mLooper);
    }
}

mPollEnv,mPollObj都置为NULL,获取当前线程Looper,返回NativeMessageQueue对象引用给Java层。

//Looper.cpp
Looper::Looper(bool allowNonCallbacks)
    : mAllowNonCallbacks(allowNonCallbacks),
      mSendingMessage(false),
      mPolling(false),
      mEpollRebuildRequired(false),
      mNextRequestSeq(WAKE_EVENT_FD_SEQ + 1),
      mResponseIndex(0),
      mNextMessageUptime(LLONG_MAX) {
    mWakeEventFd.reset(eventfd(0, EFD_NONBLOCK | EFD_CLOEXEC));
    LOG_ALWAYS_FATAL_IF(mWakeEventFd.get() < 0, "Could not make wake event fd: %s", strerror(errno));

    AutoMutex _l(mLock);
    rebuildEpollLocked();
}

重置mWakeEventFd,eventfd系统调用创建一个匿名文件描述符,rebuildEpollLocked()重置epoll事件。

//Looper.cpp
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
        mEpollFd.reset();
    }

    // Allocate the new epoll instance and register the WakeEventFd.
    mEpollFd.reset(epoll_create1(EPOLL_CLOEXEC));
    LOG_ALWAYS_FATAL_IF(mEpollFd < 0, "Could not create epoll instance: %s", strerror(errno));

    epoll_event wakeEvent = createEpollEvent(EPOLLIN, WAKE_EVENT_FD_SEQ);
    int result = epoll_ctl(mEpollFd.get(), EPOLL_CTL_ADD, mWakeEventFd.get(), &wakeEvent);
    LOG_ALWAYS_FATAL_IF(result != 0, "Could not add wake event fd to epoll instance: %s",
                        strerror(errno));

    for (const auto& [seq, request] : mRequests) {
        epoll_event eventItem = createEpollEvent(request.getEpollEvents(), seq);

        int epollResult = epoll_ctl(mEpollFd.get(), EPOLL_CTL_ADD, request.fd, &eventItem);
        if (epollResult < 0) {
            ALOGE("Error adding epoll events for fd %d while rebuilding epoll set: %s",
                  request.fd, strerror(errno));
        }
    }
}

epoll_create1()创建新的epoll实例,将唤醒事件mWakeEventFd添加到epoll实例,后面可以看到调用Looper::wake()方法在mWakeEventFd写值唤醒epoll_wait()。

三、Looper.loop()

//Looper.java
public static void loop() {
    final Looper me = myLooper();
  //...
		for (;;) {
        if (!loopOnce(me, ident, thresholdOverride)) {
            return;
        }
    }
}

private static boolean loopOnce(final Looper me,
            final long ident, final int thresholdOverride) {
    Message msg = me.mQueue.next(); // might block
    if (msg == null) {
        // No message indicates that the message queue is quitting.
        return false;
    }
    //...
    try {
        msg.target.dispatchMessage(msg);
      //...
    }
    //...
    msg.recycleUnchecked();
    return true;
}

mQueue为Looper类的MessageQueue对象,loop方法很简单,循环获取处理mQueue的Message。

如果msgnull时返回false,loop退出消息循环,这种情况只会在mPtr0(nativeInit初始化失败),或者Lopper.quit()时才会出现,messageQueue处于空闲时会一直阻塞等待笑一个msg,而不会返回null。

msg.target是Handler对象,成功获取到msg后就会调用到handler的dispatchMessage(msg)---->handleMessage(msg)方法了。

msg.recycleUnchecked()对创建的Message对象进行缓存回收,避免创建过多的Message对象。

3.1 MessageQueue.next()
//MessageQueue.java
Message next() {
        // Return here if the message loop has already quit and been disposed.
        // This can happen if the application tries to restart a looper after quit
        // which is not supported.
        final long ptr = mPtr;
        if (ptr == 0) {
            return null;
        }

        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());
                }
                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.
                    nextPollTimeoutMillis = -1;
                }

                // Process the quit message now that all pending messages have been handled.
                if (mQuitting) {
                    dispose();
                    return null;
                }

                // If first time idle, then get the number of idlers to run.
                // Idle handles only run if the queue is empty or if the first message
                // in the queue (possibly a barrier) is due to be handled in the future.
                if (pendingIdleHandlerCount < 0
                        && (mMessages == null || now < mMessages.when)) {
                    pendingIdleHandlerCount = mIdleHandlers.size();
                }
                if (pendingIdleHandlerCount <= 0) {
                    // No idle handlers to run.  Loop and wait some more.
                    mBlocked = true;
                    continue;
                }

                if (mPendingIdleHandlers == null) {
                    mPendingIdleHandlers = new IdleHandler[Math.max(pendingIdleHandlerCount, 4)];
                }
                mPendingIdleHandlers = mIdleHandlers.toArray(mPendingIdleHandlers);
            }

            // Run the idle handlers.
            // We only ever reach this code block during the first iteration.
            for (int i = 0; i < pendingIdleHandlerCount; i++) {
                final IdleHandler idler = mPendingIdleHandlers[i];
                mPendingIdleHandlers[i] = null; // release the reference to the handler

                boolean keep = false;
                try {
                    keep = idler.queueIdle();
                } catch (Throwable t) {
                    Log.wtf(TAG, "IdleHandler threw exception", t);
                }

                if (!keep) {
                    synchronized (this) {
                        mIdleHandlers.remove(idler);
                    }
                }
            }

            // Reset the idle handler count to 0 so we do not run them again.
            pendingIdleHandlerCount = 0;

            // While calling an idle handler, a new message could have been delivered
            // so go back and look again for a pending message without waiting.
            nextPollTimeoutMillis = 0;
        }
    }

重点关注nextPollTimeoutMillis,mBlocked两个变量:

  • nextPollTimeoutMillis:epoll阻塞时间。
  • mBlocked:当前线程是否处于阻塞状态。

当没有需要处理的消息时,msg==null,nextPollTimeoutMillis值为-1,否则为下个需要处理消息的时间。

3.1.1 返回msg,交给handler处理

next()维护一个按时间排序的Message队列,如果有需要处理的消息,msg不为空(msg != null),且当前时间小于msg.when(now < msg.when),则返回当前的msg,交给handler处理。

3.1.2 处理IdleHandler
private final ArrayList<IdleHandler> mIdleHandlers = new ArrayList<IdleHandler>();

mIdlehandler变量保存着IdleHandler对象,当暂时没有需要处理的消息时,检查mIdleHandlers.size()是否为0,是否有需要处理的IdleHandler,利用空闲时间处理,可以看出IdleHandler处理时间不可控。关于IdleHandler(https://blog.csdn.net/jdsjlzx/article/details/110532500)

3.1.3 nativePollOnce

没有消息需要处理,也没有IdleHandler需要处理,nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);使当前线程阻塞,进入休眠状态。

参数timeoutMillis就是Java应用层传递过来的nextPollTimeoutMillis变量。

//Looper.cpp
int Looper::pollInner(int timeoutMillis) {
    //...
  
    // We are about to idle.
    mPolling = true;

    struct epoll_event eventItems[EPOLL_MAX_EVENTS];
    int eventCount = epoll_wait(mEpollFd.get(), eventItems, EPOLL_MAX_EVENTS, timeoutMillis);

    // No longer idling.
    mPolling = false;
  //...
    return result;
}

epoll_wait()系统调用等待文件描述符mEpollFd引用的epoll实例上的事件,从此线程进入休眠状态,直到timeoutMillis时间结束,或者接收到新的事件。

四、发送消息

Handler通过Looper.myLooper()获取当前线程的Looper对象,通过Looper对象获取MessageQueue对象mQueue=mLooper.mQueue。

sendEmptyMessage(int what)最终调用MessageQueue的enqueueMessage()方法

//MessageQueue.java
boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
//...
        synchronized (this) {

            if (mQuitting) {
                msg.recycle();
                return false;
            }

            msg.markInUse();
            msg.when = when;
            Message p = mMessages;
            boolean needWake;
            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;
    }

msg.when表示Message应该处理的时间,按照时间顺序维护Message列表。通过mBlocked变量判断当前线程是否阻塞,如果已经阻塞且消息不是异步消息,调用nativeWake(mPtr)方法唤醒当前线程。

4.1 nativeWake
//Looper.cpp
void Looper::wake() {
    uint64_t inc = 1;
    ssize_t nWrite = TEMP_FAILURE_RETRY(write(mWakeEventFd.get(), &inc, sizeof(uint64_t)));
    if (nWrite != sizeof(uint64_t)) {
        if (errno != EAGAIN) {
            LOG_ALWAYS_FATAL("Could not write wake signal to fd %d (returned %zd): %s",
                             mWakeEventFd.get(), nWrite, strerror(errno));
        }
    }
}

通过往mWakeEventFd描述符写值1,唤醒3.1.3 nativePollOnce节中Looper::pollInner()方法的系统调用epoll_wait(),结束阻塞状态,开始处理消息。

类关系图:

在这里插入图片描述

参考链接:

nativePollOnce(); (https://stackoverflow.com/questions/38818642/android-what-is-message-queue-native-poll-once-in-android)

IdleHandler (https://blog.csdn.net/jdsjlzx/article/details/110532500)

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随着各企业的业务发展、用户量以及数据量的不断增加&#xff0c;系统承载的压力也会随之增加&#xff0c;服务系统的性能好坏又严重影响企业的利益。因此&#xff0c;性能测试重要性与需求越来越强烈。 常见的性能测试目的 性能测试是确定系统在特定工作负载下的稳定性和响应…

数智引航 共赢未来 | 科士达2023数据中心合作伙伴大会圆满召开!

3月5日&#xff0c;科士达2023年全国合作伙伴大会在广东深圳隆重召开&#xff0c;本次大会以“数智引航 共赢未来”为主题&#xff0c;来自全国各地的核心渠道伙伴齐聚一堂&#xff0c;深度交流&#xff0c;展望未来&#xff0c;共同探讨数据中心技术发展趋势&#xff0c;碰撞…

[Python图像处理] 使用高通滤波器实现同态滤波

使用高通滤波器实现同态滤波同态滤波基础实现同态滤波相关链接同态滤波基础 同态滤波是一种去除图像中乘性噪声的技术&#xff0c;常用于校正图像中的不均匀照明。根据图像形成的光照反射模型&#xff0c;图像 f(x,y)f(x,y)f(x,y) 可以由以下两个分量表征&#xff1a; 入射到…