Android应用程序消息处理机制

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。

创建消息队列

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：

1. 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。
2. Looper对象的初始化方法里，首先会新建一个MessageQueue对象。
3. MessageQueue对象的初始化方法通过JNI初始化C++层的NativeMessageQueue对象。
4. NativeMessageQueue对象在创建过程中，会初始化一个C++层的Looper对象。
5. 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。
6. 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。

消息循环

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

1. 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。
2. 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。
3. 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。

消息发送

          +-------+     +------------+   +------------------+   +--------------+                       |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。

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。

消息处理

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