android 进程/线程管理（一）----消息机制的框架

一：android 进程和线程

进程是程序运行的一个实例。android通过4大主件，弱化了进程的概念，尤其是在app层面，基本不需要关系进程间的通信等问题。

但是程序的本质没有变，尤其是多任务系统，以事件为驱动的软件系统基本模式都是如下：

程序的入口一般是main：

1.初始化：

比如创建窗口，申请资源等。

2.进入while（true）

在循环中处理各种事件，直到进程退出。

四大组件是进程的部分载体，配置进程在androidmanifest.xml里面，android:process 属性。

当然默认所有的都在同一个进程里面，由application里面配置，默认进程为apk的包名。

线程是进程的有机组成部分，是CPU调度的基础。

一般情况下，都有主线程和其他线程之分，只有主线程才可以刷新UI。

应用程序启动后，将创建ActivityThread 主线程。

不同包名的组件可以一定的方式运行在同一个进程中。

一个Activity启动后，至少会有3个线程。一个主线程和2个binder线程。

二：android 进程内的消息驱动机制---Handler,MessageQueue,Runnable,Looper

1.Runnable & MessageQueue:

Runnable 和Message 是消息的2种载体。

消息的行为本质上就是 一段操作Runnable，或者是一段数据Message，包含这操作内容，由handlemessage来判断处理。

他们的操作方式就是：

 public final boolean post(Runnable r)
    {
       　　return  sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);
    }
public final boolean postAtTime(Runnable r, long uptimeMillis)
public final boolean postAtTime(Runnable r, Object token, long uptimeMillis)

上面就是Runnable的方法，可以看到Runnable会被分装成Message的形式发送。

    private static Message getPostMessage(Runnable r) {
        Message m = Message.obtain();
        m.callback = r;
        return m;
    }

所以本质上，都是以Message的封装方式处理。

最终所有的消息都会放入MessageQueue里面。

MessageQueue并不是一个真正的队列，而是链表。

Looper就是循环在某件事情，类似于while（true）干的事情。

Handler就是真正做事情的。

Looper不断的从MessageQueue从取出数据，然后交给handler来处理。

2.Handler:

framework/base/core/android/os/Handler.java

其实handler的作用，它的注释已经解释的非常清楚。

/**
 * A Handler allows you to send and process {@link Message} and Runnable
 * objects associated with a thread's {@link MessageQueue}.  Each Handler
 * instance is associated with a single thread and that thread's message
 * queue.  When you create a new Handler, it is bound to the thread /
 * message queue of the thread that is creating it -- from that point on,
 * it will deliver messages and runnables to that message queue and execute
 * them as they come out of the message queue.
*
 * <p>There are two main uses for a Handler: (1) to schedule messages and
 * runnables to be executed as some point in the future; and (2) to enqueue
 * an action to be performed on a different thread than your own.
*
 * <p>When posting or sending to a Handler, you can either
 * allow the item to be processed as soon as the message queue is ready
 * to do so, or specify a delay before it gets processed or absolute time for
 * it to be processed.  The latter two allow you to implement timeouts,
 * ticks, and other timing-based behavior.
*/

这个一共三段内容，大意是：

1）handler使用runnable或者message的方式传递，存储在一个thread的messagequeue里面。

当你创建一个新的handler的时候，他会与这个创建它的线程绑定。

对于一个Thread 来说MessageQueue,和Looper只有一个。

2）使用handler一般有2种场景。

希望do runnable或者某种Message 在in the future.

或者把一个action（Runnable or Message）传递到其他线程进行操作。

常见的操作就是在工作线程中使用主线程handler来操作UI。

3）你可以让handler直接操作message内容，或者等待一段时间，这个时间是可以配置的。

handle的2大功能

处理message：

public void dispatchMessage(Message msg) 分发消息
public void handleMessage(Message msg)   处理消息，该方法通常情况下，须由子类继承。

Looper.loop()方法会调用dispatchMessage来处理消息。

    public void dispatchMessage(Message msg) {
        if (msg.callback != null) {
            handleCallback(msg);
        } else {
            if (mCallback != null) {
                if (mCallback.handleMessage(msg)) {
                    return;
                }
            }
            handleMessage(msg);
        }
    }

handler的子类通过重载该方法，可以修改handler的消息派发方式。

handler的第二个作用是把message & Runnable分装到MessageQueue里面。

handler，messagequeue，looper目的是什么，目的就是启动消息机制。

MessageQueue:

MessageQueue从哪里得到，从Handler源码看到，是从Looper里面来的。

    public Handler(Looper looper, Callback callback, boolean async) {
        mLooper = looper;
        mQueue = looper.mQueue;
        mCallback = callback;
        mAsynchronous = async;
    }

Looper：

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

Looper 构造函数就干了2件事。

创建Messagequeue，所以 每个Looper都有唯一的一个MessageQueue与之对应。

得到运行thread。

    // sThreadLocal.get() will return null unless you've called prepare().
    static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();

Looper有个特殊的变量，ThreadLocal， 这个对象只对自己所在的线程全局，其他的线程无法看到它。

Looper提供了很多static的方法，所以肯定还有一些能都识别“身份“的方法。

这些方法在我们使用looper 的时候，最重要的是如下2个：

    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));
    }

/**
     * Run the message queue in this thread. Be sure to call
     * {@link #quit()} to end the loop.
     */
    public static void loop() {
        final Looper me = myLooper();
        if (me == null) {
            throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
        }
        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.
        Binder.clearCallingIdentity();
        final long ident = Binder.clearCallingIdentity();

        for (;;) {
            Message msg = queue.next(); // might block
            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);
            }

            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.
            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);
            }

            msg.recycle();
        }
    }

prepare才是looper创建以及和thread绑定的地方。

looper.loop()方法是整个looper机制启动的地方。

从此thread就会接受消息和处理消息了。

这里有个小问题：

            Message msg = queue.next(); // might block
            if (msg == null) {
                // No message indicates that the message queue is quitting.
                return;
            }

一开始的时候，MessageQueue handler没有传递消息进队列，按理说取到的消息是null，这样looper就直接退出了。

这个问题等到分析源码的时候，在解决。

这样handler，messaqequeue,looper, 和thread都关联起来了。

下面还有一个mainlooper的问题。

public static void main(String[] args) {
    ...

    Looper.prepareMainLooper();

    if (sMainThreadHandler == null) {
            sMainThreadHandler = thread.getHandler();
        }

    Looper.loop();
}

以上是ActivityThread的部分入口函数main的源码：

可见prepareMainLooper()的方法，是给主线程使用的。

而looper那边的

private static Looper sMainLooper;  // guarded by Looper.class

是为了给其他线程应用使用。

这样其他线程可以给主线程发消息。

如图所示：主线程的looper将由sMainLooper作为应用，保存在static空间中，其他工作线程可以访问它

至此，整个消息机制的框架已经驱动起来。

本文参考：

1.《深入理解android内核设计思想》林学森

2.《Android内核剖析》

相关文章：

android 进程/线程管理（二）----关于线程的迷思

android 进程/线程管理（三）----Thread,Looper / HandlerThread / IntentService