从一场面试说起-Android多线程入门（2）

于 2020-07-31 01:26:49 发布
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分类专栏： Android多线程 文章标签： 队列 java 多线程 android
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写在前面

接着昨天写的继续吧。还是先围绕我们的Handler来写。https://blog.youkuaiyun.com/weixin_46130326/article/details/107677615

正文

昨天写到了Looper的初始化，初始化之后需要调用Looper.loop()方法，使得主线程进入一个死循环，然后通过不断的从MessageQueue中获取元素，进行操作。

里面有这么几个问题需要仔细想想

1. 既然是个死循环，为什么线程不会阻塞，占用大量的CPU资源？

2. 我们使用sendMessage传递Message给主线程，是怎么传的？

先呆着这两个问题来看吧，暂时没想到别的。

首先跟着昨天的进度，来到Looper.loop()方法中，内容比较多，边看边学

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;

先初始化本线程的looper，从ThreadLocal中获取当前线程的Looper对象，对了，ThreadLocal是静态的，所以在多线程使用时，也不会受到干扰。之后初始化了一堆看不太懂的东西，比如这个

final int thresholdOverride =
                SystemProperties.getInt("log.looper."
                        + Process.myUid() + "."
                        + Thread.currentThread().getName()
                        + ".slow", 0);

拿到一个thresholdOverride，看起来是记录了looper所在的进程和线程

选择性的跳过一些log记录和调试用的代码（以后研究）

进入到for循环中，先取出queue中的message，为空则直接结束

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

之后进行如下操作

 final Printer logging = me.mLogging;
            if (logging != null) {
                logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " +
                        msg.callback + ": " + msg.what);
            }
            // Make sure the observer won't change while processing a transaction.
            final Observer observer = sObserver;

创建了一个logging，看起来是日志相关的东西，还有个Observer是个接口，里面主要有三个函数

Object messageDispatchStarting();
void messageDispatched(Object token, Message msg);
void dispatchingThrewException(Object token, Message msg, Exception exception);

看下注释

  1. Called right before a message is dispatched.
*
* <p> The token type is not specified to allow the implementation to specify its own type.
*
* @return a token used for collecting telemetry when dispatching a single message.
*         The token token must be passed back exactly once to either
*         {@link Observer#messageDispatched} or {@link Observer#dispatchingThrewException}
*         and must not be reused again.

    当Message分发之前被执行。未指定令牌类型以允许实现指定自己的类型。

  2. Called when a message was processed by a Handler

    当消息被程序处理时调用

  3. Called when an exception was thrown while processing a message.
    当处理一个message时抛异常时调用

看起来是一个作为回调，记录当前运行状态的东西

貌似也不是主要做的。接着往下看是一堆log记录的东西和一些时间节点

下面的内容是主要的流程


                msg.target.dispatchMessage(msg);
                if (observer != null) {
                    observer.messageDispatched(token, msg);
                }
                dispatchEnd = needEndTime ? SystemClock.uptimeMillis() : 0;

首先使用调用msg.target.dispatchMessage(msg)，什么鬼，用自己的target执行自己？看了下Message里面的target是一个Handler，那这个handler是哪个handler？继续往下看，dispatchMessage()就是Handler中的内容了，如下

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

这个callback先不管，没见过，调用后面的handleMessage就是我们在初始化Handler时复写的方法。这看起来已经是传进来做处理了

中间那段去哪了，target怎么设置的？handler是如何对应的？这个时候应该从我们的sendMessage来看

public final boolean sendMessage(@NonNull Message msg) {
        return sendMessageDelayed(msg, 0);
    }

继续

public final boolean sendMessageDelayed(@NonNull Message msg, long delayMillis) {
        if (delayMillis < 0) {
            delayMillis = 0;
        }
        return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis);
    }

再来

public boolean sendMessageAtTime(@NonNull Message msg, long uptimeMillis) {
        MessageQueue queue = mQueue;
        if (queue == null) {
            RuntimeException e = new RuntimeException(
                    this + " sendMessageAtTime() called with no mQueue");
            Log.w("Looper", e.getMessage(), e);
            return false;
        }
        return enqueueMessage(queue, msg, uptimeMillis);
    }

当这个queue不为空的时候，调用enqueueMessage方法，在这里入队，往下看

private boolean enqueueMessage(@NonNull MessageQueue queue, @NonNull Message msg,
            long uptimeMillis) {
        msg.target = this;
        msg.workSourceUid = ThreadLocalWorkSource.getUid();

        if (mAsynchronous) {
            msg.setAsynchronous(true);
        }
        return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
    }

ok，找到了，在这里我们设置了msg.target为这个handler，然后又调用queue.enqueueMessage，看下

boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
        if (msg.target == null) {
            throw new IllegalArgumentException("Message must have a target.");
        }
        if (msg.isInUse()) {
            throw new IllegalStateException(msg + " This message is already in use.");
        }

        synchronized (this) {
            if (mQuitting) {
                IllegalStateException e = new IllegalStateException(
                        msg.target + " sending message to a Handler on a dead thread");
                Log.w(TAG, e.getMessage(), e);
                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;
    }

主要看for()中的代码，是吧目标msg放到message的相应的时间位置（每个Message中都有一个when时间，相当于往排序链表中插入一个元素），message构成一个链表。

prev->msg->p

中间还有是否被阻塞的状态判断。

可以看出来，sendMessage和sendMessgeDelayed都调用了sendMessageAtTime()，然后把message和时间点传入，插入到队列中。

除了sendMessage之外，我们经常还会使用到post(Runnable r)这种类型的方式作为发送消息的方式。

public final boolean post(@NonNull Runnable r) {
       return  sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);
    }
public final boolean sendMessageDelayed(@NonNull Message msg, long delayMillis) {
        if (delayMillis < 0) {
            delayMillis = 0;
        }
        return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis);
    }
public boolean sendMessageAtTime(@NonNull Message msg, long uptimeMillis) {
        MessageQueue queue = mQueue;
        if (queue == null) {
            RuntimeException e = new RuntimeException(
                    this + " sendMessageAtTime() called with no mQueue");
            Log.w("Looper", e.getMessage(), e);
            return false;
        }
        return enqueueMessage(queue, msg, uptimeMillis);
    }

这样看起来是不是和sendMessage很像呢？只是传入队列的变成了一个Runnable对象

所以重点就是这个getPostMessage(r)

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

往里看

public static Message obtain() {
        synchronized (sPoolSync) {
            if (sPool != null) {
                Message m = sPool;
                sPool = m.next;
                m.next = null;
                m.flags = 0; // clear in-use flag
                sPoolSize--;
                return m;
            }
        }
        return new Message();
}

注释：

*
 * Return a new Message instance from the global pool. Allows us to
 * avoid allocating new objects in many cases.

翻译：

从全局池返回一个新的消息实例。让我们在许多情况下避免分配新对象。

这段代码大家可以再结合Message这个类详细去看下

这样就是获取到一个Message，然后把这个Message的callback设置为Runnable对象，设置为对象以后也总得运行吧，那运行是在哪里呢？由于之后还是会一样还有入队操作，所以估计会在执行的的时候运行吧，带着这个猜测，回去看下dispatchMessage（）

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

注意了，这段在之前出现过，当时我还不太明白这里的callback是做什么的，所以调用了post之后，其实是把Runnable对象存在了Message.callback中，然后再dispatchMessage时判断callback是否为空，再执行。

private static void handleCallback(Message message) {
        message.callback.run();
    }

这下真相大白了，运行确实是在dispatchMessage中进行的。

感觉分析的差不多了，再回到一开始提出来的问题

1. 既然是个死循环，为什么线程不会阻塞，占用大量的CPU资源？

2. 我们使用sendMessage传递Message给主线程，是怎么传的？

对于问题1，我们的主线程就跑在这个Looper里面，就像是那种原始的监听方式，没有回调，只能靠一个循环一直去监听一个对象的值是否有变化，再执行相应的操作。应该是包括TouchEvent在里面的，这个还不确定，以后应该会写个东西详细看下。至于占用大量的CPU，可以看到我们的MessageQueue中也有一些阻塞状态的判断，初步判断通过状态来减少CPU使用吧。在获取Message的时候是这样用的

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

好像也没做什么操作，进入queue.next()中查看，代码很长，里面也有个for循环，估计是用来获取message的主要部分，开头有个方法

nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);

非常引人注意。其实这个不是我自己发现的，我上网查了查资料

https://www.cnblogs.com/jiy-for-you/archive/2019/10/20/11707356.html

讲的比较详细，引用里面大神的一段话

简短答案:

nativePollOnce 方法用于“等待”, 直到下一条消息可用为止. 如果在此调用期间花费的时间很长, 则您的主线程没有实际工作要做, 而是等待下一个事件处理.无需担心.

说明:

因为主线程负责绘制 UI 和处理各种事件, 所以主线程拥有一个处理所有这些事件的循环. 该循环由 L​​ooper 管理, 其工作非常简单: 它处理 MessageQueue 中的所有 Message.
例如, 响应于输入事件, 将消息添加到队列, 帧渲染回调, 甚至您的 Handler.post 调用. 有时主线程无事可做（即队列中没有消息), 例如在完成渲染单帧之后(线程刚绘制了一帧, 并准备好下一帧, 等待适当的时间). MessageQueue 类中的两个 Java 方法对我们很有趣: Message next()和 boolean enqueueMessage(Message, long). 顾名思义, Message next() 从队列中获取并返回下一个消息. 如果队列为空(无返回值), 则该方法将调用 native void nativePollOnce(long, int), 该方法将一直阻塞直到添加新消息为止. 此时,您可能会问nativePollOnce 如何知道何时醒来. 这是一个很好的问题. 当将 Message 添加到队列时, 框架调用 enqueueMessage 方法, 该方法不仅将消息插入队列, 而且还会调用native static void nativeWake(long). nativePollOnce 和 nativeWake 的核心魔术发生在 native 代码中. native MessageQueue 利用名为 epoll 的 Linux 系统调用, 该系统调用可以监视文件描述符中的 IO 事件. nativePollOnce 在某个文件描述符上调用 epoll_wait, 而 nativeWake 写入一个 IO 操作到描述符, epoll_wait 等待. 然后, 内核从等待状态中取出 epoll 等待线程, 并且该线程继续处理新消息. 如果您熟悉 Java 的 Object.wait()和 Object.notify()方法,可以想象一下 nativePollOnce 大致等同于 Object.wait(), nativeWake 等同于 Object.notify(),但它们的实现完全不同: nativePollOnce 使用 epoll, 而 Object.wait 使用 futex Linux 调用. 值得注意的是, nativePollOnce 和 Object.wait 都不会浪费 CPU 周期, 因为当线程进入任一方法时, 出于线程调度的目的, 该线程将被禁用(引用Object类的javadoc). 但是, 某些事件探查器可能会错误地将等待 epoll 等待(甚至是 Object.wait)的线程识别为正在运行并消耗 CPU 时间, 这是不正确的. 如果这些方法实际上浪费了 CPU 周期, 则所有空闲的应用程序都将使用 100％ 的 CPU, 从而加热并降低设备速度.

结论:

nativePollOnce. 它只是表明所有消息的处理已完成, 线程正在等待下一个消息.

cpp的代码从上完密码学就没碰过了，这里就不出来丢人了。这样我们就知道为什么主线程不会阻塞。

对于问题2相信不用多说大家都明白了，其实就是在子线程里面获取到主线程的handler，然后通过handler的sendMessage方法把Message对象推到我们的Message中，这个时候其实是调用了我们的enqueueMessage()，此时设置Message的target为相应的Handler，之后经过Looper获取message，然后使用dispatchMessage方法进行处理。大概就是这样的。

 

总结

Handler的消息处理和调度分析的差不多了，对于多线程的处理相信我和各位看官都有了更进一步的掌握。对于其他的多线程使用方式，之后也会继续写写，但是要整理下，毕竟我还是个菜鸟，哈哈，今天不早了，还没洗澡，就先到这里。

 

感觉写blog还有点上瘾，淦

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