Android应用程序消息处理机制分析

Android应用程序消息处理机制分析Android像Windows、MiniGui等大多数系统一样都是通过消息来驱动的，特殊的是Android为每一个应用程序维护一个消息队列和消息循环，应用程序的主线程不断地从这个消息队列中获取消息，然后对这些消息进行处理，这样就实现了通过消息来驱动执行应用程序。Android应用程序都是由Activity组成的，在我们点击主界面的应用程序图标后，Launch程序一般情况下会通知ActivityManagerService向zygote发出请求，为应用程序创建一个新的进程并启动一个默认的Activity。而应用程序的进程入口是ActivityThread.main，我们可以理解为应用程序框架层为应用程序创建进程后，就把ActivityThread类加载进来，然后执行它的main函数。本文就以ActivityManagerService通知应用程序加载MainActivity为例，分析Android应用程序的消息处理机制（Looper、Handler）。这个过程，Launch通过ActivityManagerService给ActivityThread发送请求，请求启动MainActivity，这里ActivityManagerService只是把请求封装成一个消息，然后通过quequeOrSendMessage把消息放到应用程序的消息队列中，并没有等待请求操作完成就返回了。应用程序发现消息队列有消息时，通过handleMessage处理这个消息，即调用handleLaunchActivity来执行实际的加载MainAcitivy类的操作。了解Android应用程序的消息处理过程后，就开始分析它的实现原理吧。与Windows应用程序的消息处理过程一样，Android应用程序的消息处理机制也是由消息循环、消息发送和消息处理这三个部分组成的。重要的概念(类)首先大概了解几个重要的概念(类)：Message：消息，可以理解为线程间通信的数据单元。MessageQueue：消息队列，用来存储一些待分发的Message，内部实现了一个Message链表结构，一般按照先进先出原则执行（当然也有优先级或是时间排序等）。Handler:是Message的主要处理者，负责将message添加到消息队列中以及对消息队列的Message进行处理（即分发消息）。Looper：循环器，帮助一个线程维护一个消息队列，循环取出MessageQueueLaunch通过ActivityManagerService发送请求msg放到应用程序的消息队列handleMessage处理消息中的Message，并交给相应的Handler处理。线程：UIthread通常就是mainthread，而Android启动程序时会替它建立一个MessageQueue。每一个线程里可以含有一个Looper对象以及一个MessageQueue数据结构。在应用程序里，可以定义Handler的子类来接收Looper所发送的消息。下面我们开始分析应用程序消息处理机制的三个过程：1.消息循环在消息处理机制中，消息都是存放在一个消息队列中的，而应用程序主线程就会围绕着这个消息队列进入一个无线循环（Looper），直到程序退出。如果队列中有消息，应用程序主线程就会把它取出来，并分发给相应的Handler处理；如果队列中没有消息，应用程序主线程就会进入空闲等待状态，等待着下一个消息的到来。1.1Looper的创建（Java层）我们先来看一下Android应用程序主线程是怎样进入消息循环的，前面讨论过在应用程序启动时，会在进程中加载ActivityThread类，并执行这个类的main函数，而应用程序的消息循环就是在这个main中实现的，它定义在frameworks/base/core/java/android/app/ActivityThread.java文件中：1.publicfinalclassActivityThread{2.......3.finalHmH=newH();4.......5.publicstaticvoidmain(String[]args){6.......7.Looper.prepareMainLooper();8.......9.ActivityThreadthread=newActivityThread();10.thread.attach(false);11.......12.Looper.loop();13.......14.}15.}这个函数做了两件事情，一是在主线程中创建了一个ActivityThread实例，在创建这个实例时，同时也会创建其成员变量，如mH，它是H类型的，继承于handler；二是通过Looper类使主线程进入消息循环中，这里我们只关注后者。首先看Looper.prepareMainLooper函数的实现，这是一个静态成员函数，定义在Frameworks/base/core/java/android/os/Looper.java文件中：1.publicclassLooper{2.......3.staticfinalThreadLocalLoopersThreadLocal=newThreadLocalLooper();4.finalMessageQueuemQueue;5.......6.publicstaticfinalvoidprepare(){7.if(sThreadLocal.get()!=null){8.thrownewRuntimeException(OnlyoneLoopermaybecreatedperthread);9.}10.sThreadLocal.set(newLooper());11.}12.publicstaticfinalvoidprepareMainLooper(){13.prepare();14.setMainLooper(myLooper());15.myLooper().mQueue.mQuitAllowed=false;16.}17.privatesynchronizedstaticvoidsetMainLooper(Looperlooper){18.mMainLooper=looper;19.}20.publicstaticfinalLoopermyLooper(){21.return(Looper)sThreadLocal.get();22.}23.privateLooper(){24.mQueue=newMessageQueue();25.mRun=true;26.mThread=Thread.currentThread();27.}28.......29.}其实prepareMainLooper所做的事情就是在线程中创建一个Looper对象，这个Looper对象存放在sThreadLocal成员变量中，sThreadLocal的类型是ThreadLocal，表示这是一个线程局部变量，而它又是static、final型的，即保证每一个调用了prepare函数的线程里都有一个独立的Looper对象。在创建Looper对象时，在其构造函数中可以知道，它创建了一个消息队列MessageQueue，并保存在mQueue成员变量中，而往后的消息就是存放在这个队列中的。消息队列是消息处理机制的重要组件，所以我们看下它的创建过程，即构造函数的实现，实现frameworks/base/core/java/android/os/MessageQueue.java中：1.publicclassMessageQueue{2.......3.privateintmPtr;//usedbynativecode4.privatenativevoidnativeInit();5.6.MessageQueue(){7.nativeInit();8.}9.......10.}MessageQueue的初始化工作都交给了JNI方法nativeInit来实现了，这个JNI方法定义在Frameworks/base/core/jni/android_os_MessageQueue.cpp中：1.staticvoidandroid_os_MessageQueue_nativeInit(JNIEnv*env,jobjectobj){2.NativeMessageQueue*nativeMessageQueue=newNativeMessageQueue();3.......4.android_os_MessageQueue_setNativeMessageQueue(env,obj,nativeMessageQueue);5.}6.NativeMessageQueue::NativeMessageQueue(){7.mLooper=Looper::getForThread();8.if(mLooper==NULL){9.mLooper=newLooper(false);10.Looper::setForThread(mLooper);11.}12.}13.staticvoidandroid_os_MessageQueue_setNativeMessageQueue(JNIEnv*env,jobjectmessageQueueObj,14.NativeMessageQueue*nativeMessageQueue){15.env-SetIntField(messageQueueObj,gMessageQueueClassInfo.mPtr,16.reinterpret_castjint(nativeMessageQueue));17.}18.......19.#defineFIND_CLASS(var,className)\20.var=env-FindClass(className);\21.LOG_FATAL_IF(!var,UnabletofindclassclassName);22.#defineGET_FIELD_ID(var,clazz,fieldName,fieldDescriptor)\23.var=env-GetFieldID(clazz,fieldName,fieldDescriptor);\24.LOG_FATAL_IF(!var,UnabletofindfieldfieldName);25.intregister_android_os_MessageQueue(JNIEnv*env){26.......27.jclassclazz;28.FIND_CLASS(clazz,android/os/MessageQueue);29.GET_FIELD_ID(gMessageQueueClassInfo.mPtr,clazz,30.mPtr,I);31.return0;32.}在andoroid_os_MessageQueue_nativeInit函数里，JNI层也相应地创建了一个消息队列NativeMessageQueue,NativeMessageQueue类主要在内部创建了一个Looper对象，而这个Looper对象是实现在C++层的，它与之前说过的Java层的Looper是不一样的，不过它们是对应的，在进一步分析消息循环过程时，我们就可以清楚地了解它们之间的关系了。先来分析android_os_MessageQueue_setNativeMessageQueue函数吧，在创建了本地消息队列NativeMessageQueue后，通过调用android_os_MessageQueue_setNativeMessageQueue把本地消息队列保存在Java层的MessageQueue对象中的mPtr成员变量里。函数所传的参数MessageQueueObj是Java层创建的消息队列，env可以理解成：通过它我们可以很方便地进行JNI层与Java层间的交互