Android中的Looper与epoll

众所周知，Android的消息队列是通过Looper实现的，但是这与pipe有什么关系，为什么会用到epoll这样的Linux IO多路复用机制呢。

前言

在应用程序进程的入口函数ActivityThread的main函数中，会调用Looper的prepareMainLooper方法最终实例化一个MessageQueue对象，而MessageQueue.java的构造函数中会通过nativeinit调用到jni层方法，最终生成C++层的Looper对象（代码在frameworks/base/libs/utils/Looper.cpp）

读

在Looper.cpp的构造函数中:

Looper::Looper(bool allowNonCallbacks) :mAllowNonCallbacks(allowNonCallbacks), mSendingMessage(false),mResponseIndex(0), mNextMessageUptime(LLONG_MAX) {    int wakeFds[2];    int result = pipe(wakeFds);            mWakeReadPipeFd = wakeFds[0];    mWakeWritePipeFd = wakeFds[1];    result = fcntl(mWakeReadPipeFd, F_SETFL, O_NONBLOCK);            result = fcntl(mWakeWritePipeFd, F_SETFL, O_NONBLOCK);            // Allocate the epoll instance and register the wake pipe.    mEpollFd = epoll_create(EPOLL_SIZE_HINT);            struct epoll_event eventItem;    // zero out unused members of data field union    memset(& eventItem, 0, sizeof(epoll_event));      eventItem.events = EPOLLIN;    eventItem.data.fd = mWakeReadPipeFd;    result = epoll_ctl(mEpollFd, EPOLL_CTL_ADD, mWakeReadPipeFd, & eventItem);  }

首先通过管道pipe创建了读端与写端两个文件描述符，最后通过epoll_create创建epoll专用文件描述符，最后通过epoll_ctl告诉mEpollFd需要监控mWakeReadPipeFd描述符的EPOLLIN事件。

看到这里会有疑问了，为什么单独监控一个mWakeReadPipeFd描述符需要用到epoll呢，使用recvform这样的同步阻塞IO就行了呢。实际上Looper的功能是强大的，它提供了addfd的方法，外部可调用该方法动态添加需要监控的描述符与回调，Android的Choreographer中就是通过该方法监控VSYNC事件的。

在Java层的MessageQueue的next方法中：

int nextPollTimeoutMillis = 0;for (;;) {    if (nextPollTimeoutMillis != 0) {        Binder.flushPendingCommands();    }    nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);    synchronized (this) {        final long now = SystemClock.uptimeMillis();        Message prevMsg = null;        Message msg = mMessages;        if (msg != null && msg.target == null) {            do {                prevMsg = msg;                msg = msg.next;            } while (msg != null && !msg.isAsynchronous());        }        if (msg != null) {            if (now < msg.when) {                nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE);            } else {                mBlocked = false;                if (prevMsg != null) {                     prevMsg.next = msg.next;                } else {                     mMessages = msg.next;                }                msg.next = null;                if (DEBUG) Log.v(TAG, "Returning message: " + msg);                msg.markInUse();                return msg;            }       } else {           nextPollTimeoutMillis = -1;       }       ...    }//nativePollOnce是个jni调用，在管道内无消息时有可能导致线程阻塞//首次传入nativePollOnce的超时时间为0，表示不阻塞立即返回//mMessages保存了下一条Message，如果存在直接返回，并将mMessages设置为当前Message.next，下次调用next可直接返回//如果没有消息则设置超时时间为-1，表示无限期阻塞等待管道中有新的消息写入。

其中的nativePollOnce方法，会通过jni调用进入Looper.cpp的pollInner方法中:

struct epoll_event eventItems[EPOLL_MAX_EVENTS];int eventCount = epoll_wait(mEpollFd, eventItems, EPOLL_MAX_EVENTS, timeoutMillis);    //这里通过epoll_wait调用，当mEpollFd监控的文件描述符没有IO事件发生时，线程会阻塞住且不会被CPU分配时间片了，如果有IO事件发生或事件超时了，该方法会返回了。    for (int i = 0; i < eventCount; i++) {    int fd = eventItems[i].data.fd;    uint32_t epollEvents = eventItems[i].events;    if (fd == mWakeReadPipeFd) {        if (epollEvents & EPOLLIN) {            awoken();        } else {            ALOGW("Ignoring unexpected epoll events 0x%x on wake read pipe.", epollEvents);        }    } else {        ssize_t requestIndex = mRequests.indexOfKey(fd);        if (requestIndex >= 0) {            int events = 0;            if (epollEvents & EPOLLIN) events |= ALOOPER_EVENT_INPUT;            if (epollEvents & EPOLLOUT) events |= ALOOPER_EVENT_OUTPUT;            if (epollEvents & EPOLLERR) events |= ALOOPER_EVENT_ERROR;            if (epollEvents & EPOLLHUP) events |= ALOOPER_EVENT_HANGUP;            pushResponse(events, mRequests.valueAt(requestIndex));        } else {            ALOGW("Ignoring unexpected epoll events 0x%x on fd %d that is "                    "no longer registered.", epollEvents, fd);        }    }}//遍历返回的消息，如果是管道mWakeReadPipeFd的消息，调用awoken();//如果是其他描述符的消息，pushResponse进集合稍后执行，也就是通过addfd方法添加的描述符；//另外Looper.cpp也支持sendmessage方法，会在Response之前执行。

而awoken方法：

void Looper::awoken() {    char buffer[16];    ssize_t nRead;    do {        nRead = read(mWakeReadPipeFd, buffer, sizeof(buffer));    } while ((nRead == -1 && errno == EINTR) || nRead == sizeof(buffer));}//该方法只是将管道中的内容清空

写

我们在应用中通过handler的sendmessage想消息队列发送消息，最终会调用到MessageQueue.java的enqueueMessage方法：

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); }            //根据注释也可以知道，这里分两种情况//第一是消息队列为空，第二是消息队列已经有新消息时，需要适当的位置放置消息。//当线程needWake时，说明当前线程挂起，需要唤醒线程，会调用nativeWake方法，最终调用到Looper.cpp的wake方法。

wake方法：

void Looper::wake() {    ssize_t nWrite;    do {        nWrite = write(mWakeWritePipeFd, "W", 1);    } while (nWrite == -1 && errno == EINTR);    if (nWrite != 1) {        if (errno != EAGAIN) {            ALOGW("Could not write wake signal, errno=%d", errno);        }    }}//只是往管道写端写入W，唤醒当前应用主线程。

总结

Android的应用层通过Message.java实现队列，利用管道和epoll机制实现线程状态的管理，配合起来实现了Android主线程的消息队列模型，而这只是Android的一部分。epoll机制通过Looper.cpp的addfd实现了对其他描述符的监听，在4.1版本之后应用程序会等待VSYNC信号发起View的绘制操作，就是通过它实现的，通过分析SurfaceFlinger和Choreographer，可以很好的理解Android的绘制流程。。。

Android中的Looper与epoll

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前言

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