Android应用程序消息处理机制

摘要：如果没有，线程就会进入睡眠状态，反之会对消息进行分发处理。利用的机制，可以做到当管道没有消息时，线程睡眠在读端的上，当其他线程往管道写数据时，本线程便会被唤醒以进行消息处理。方法会堵塞线程直到有消息到来为止。

Android的消息处理机制主要分为四个部分：

创建消息队列

消息循环

消息发送

消息处理

主要涉及三个类：

MessageQueue

Looper

Handler

Android应用程序每启动一个线程，都为其创建一个消息队列，然后进入到一个无限循环之中。然后不断检查队列中是否有新消息需要处理。如果没有，线程就会进入睡眠状态，反之会对消息进行分发处理。

下面根据上面所说的进行详述。

整个创建过程涉及到两个类：MessageQueue 和 Looper。它们在C++层有两个对应的类：NativeMessageQueue和Looper。其关系如下图所示：

      +------------+     +------+
      |MessageQueue+----^+Looper|
      +-----+------+     +------+
            |                    
            |                    
            |                    
+-----------+------+     +------+
|NativeMessageQueue+^----+Looper|
+------------------+     +------+

        A----^B表示B中保存A的引用

创建过程如下所示：

Looper的prepare或者prepareMainLooper静态方法被调用，将一个Looper对象保存在ThreadLocal里面。

Looper对象的初始化方法里，首先会新建一个MessageQueue对象。

MessageQueue对象的初始化方法通过JNI初始化C++层的NativeMessageQueue对象。

NativeMessageQueue对象在创建过程中，会初始化一个C++层的Looper对象。

C++层的Looper对象在创建的过程中，会在内部创建一个管道（pipe），并将这个管道的读写fd都保存在mWakeReadPipeFd和mWakeWritePipeFd中。
然后新建一个epoll实例，并将两个fd注册进去。

利用epoll的机制，可以做到当管道没有消息时，线程睡眠在读端的fd上，当其他线程往管道写数据时，本线程便会被唤醒以进行消息处理。

          +------+    +------------+  +------------------+  +--------------+                    
          |Looper|    |MessageQueue|  |NativeMessageQueue|  |Looper(Native)|                    
          +--+---+    +------+-----+  +---------+--------+  +-------+------+                    
             |               |                  |                   |                           
             |               |                  |                   |                           
+-------------------------------------------------------------------------------+               
|[msg loop]  |   next()      |                  |                   |           |               
|            +------------>  |                  |                   |           |               
|            |               |                  |                   |           |               
|            |               |                  |                   |           |               
|            |               | nativePollOnce() |                   |           |               
|            |               |    pollOnce()    |                   |           |               
|            |               +----------------> |                   |           |               
|            |               |                  |                   |           |              
|            |               |                  |                   |           |               
|            |               |                  |                   |           |               
|            |               |                  |                   |           |               
|            |               |                  |     pollOnce()    |           |               
|            |               |                  +-----------------> |           |               
|            |               |                  |                   |           |               
|            |               |                  |                   | epoll_wait()              
|            |               |                  |                   +--------+  |               
|            |               |                  |                   |        |  |               
|            |               |                  |                   |        |  |               
|            |               |                  |                   | <------+  |               
|            |               |                  |                   | awoken()  |               
|            +               +                  +                   +           |               
|                                                                               |               
|                                                                               |               
+-------------------------------------------------------------------------------+               

首先通过调用Looper的loop方法开始消息监听。loop方法里会调用MessageQueue的next方法。next方法会堵塞线程直到有消息到来为止。

next方法通过调用nativePollOnce方法来监听事件。next方法内部逻辑如下所示(简化)：
a. 进入死循环，以参数timout=0调用nativePollOnce方法。
b. 如果消息队列中有消息，nativePollOnce方法会将消息保存在mMessage成员中。nativePollOnce方法返回后立刻检查mMessage成员是否为空。
c. 如果mMessage不为空，那么检查它指定的运行时间。如果比当前时间要前，那么马上返回这个mMessage，否则设置timeout为两者之差，进入下一次循环。
d. 如果mMessage为空，那么设置timeout为-1，即下次循环nativePollOnce永久堵塞。

nativePollOnce方法内部利用epoll机制在之前建立的管道上等待数据写入。接收到数据后马上读取并返回结果。

          +-------+     +------------+   +------------------+   +--------------+                        
          |Handler|     |MessageQueue|   |NativeMessageQueue|   |Looper(Native)|                        
          +--+----+     +-----+------+   +---------+--------+   +-------+------+                        
             |                |                    |                    |                               
             |                |                    |                    |                               
sendMessage()|                |                    |                    |                               
+----------> |                |                    |                    |                               
             |                |                    |                    |                               
             |enqueueMessage()|                    |                    |                               
             +--------------> |                    |                    |                               
             |                |                    |                    |                               
             |                |                    |                    |                               
             |                |                    |                    |                               
             |                |  nativeWake()      |                    |                               
             |                |    wake()          |                    |                               
             |                +------------------> |                    |                               
             |                |                    |                    |                               
             |                |                    |    wake()          |                               
             |                |                    +------------------> |                               
             |                |                    |                    |                               
             |                |                    |                    |                               
             |                |                    |                    |write(mWakeWritePipeFd, "W", 1)
             |                |                    |                    |                               
             |                |                    |                    |                               
             |                |                    |                    |                               
             |                |                    |                    |                               
             |                |                    |                    |                               
             +                +                    +                    +                               

消息发送过程主要由Handler对象来驱动。

Handler对象在创建时会保存当前线程的looper和MessageQueue，如果传入Callback的话也会保存起来。

用户调用handler对象的sendMessage方法，传入msg对象。handler通过调用MessageQueue的enqueueMessage方法将消息压入MessageQueue。

enqueueMessage方法会将传入的消息对象根据触发时间（when）插入到message queue中。然后判断是否要唤醒等待中的队列。
a. 如果插在队列中间。说明该消息不需要马上处理，不需要由这个消息来唤醒队列。
b. 如果插在队列头部（或者when=0），则表明要马上处理这个消息。如果当前队列正在堵塞，则需要唤醒它进行处理。

如果需要唤醒队列，则通过nativeWake方法，往前面提到的管道中写入一个"W"字符，令nativePollOnce方法返回。

             +------+       +-------+                                                                   
             |Looper|       |Handler|                                                                   
             +--+---+       +---+---+                                                                   
                |               |                                                                       
                |               |                                                                       
    loop()      |               |                                                                       
    [after next()]              |                                                                       
    +---------> |               |                                                                       
                |               |                                                                       
                |dispatchMessage()                                                                      
                +-------------> |                                                                       
                |               |                                                                       
                |               |                                                                       
                |               | handleMessage()                                                       
                |               +-------+                                                               
                |               |       |                                                               
                |               |       |                                                               
                |               | <-----+                                                               
                |               |   (callback or subclass)                                              
                |               |                                                                       
                +               +                                                                       

Looper对象的loop方法里面的queue.next方法如果返回了message，那么handler的dispatchMessage会被调用。
a. 如果新建Handler的时候传入了callback实例，那么callback的handleMessage方法会被调用。
b. 如果是通过post方法向handler传入runnable对象的，那么runnable对象的run方法会被调用。
c. 其他情况下，handler方法的handleMessage会被调用。