Android中Alarm的机制

Posted 2020-09-10 brave-sailor

本次给大家分析的是Android中Alarm的机制所用源码为最新的android4.4.4。首先简单介绍如何使用Alarm并给出其工作原理，接着分析Alarm和Timer以及Handler在完成定时任务上的差别，最后分析Alarm机制的源码。

什么是Alarm

Alarm是android提供的用于完成闹钟式定时任务的类，系统通过AlarmManager来管理所有的Alarm，Alarm支持一次性定时任务和循环定时任务，它的使用方式很简单，这里不多做介绍，只给出一个简单的示例：

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1. AlarmManager alarmMgr = (AlarmManager) getSystemService(Context.ALARM_SERVICE);  
2. Intent intent = new Intent(getApplicationContext(), TestActivity.class);  
3. PendingIntent pendIntent = PendingIntent.getActivity(getApplicationContext(),  
4.         0, intent, PendingIntent.FLAG_UPDATE_CURRENT);  
5. //5秒后发送广播，只发送一次  
6. int triggerAtTime = SystemClock.elapsedRealtime() + 5 * 1000;  
7. alarmMgr.set(AlarmManager.ELAPSED_REALTIME, triggerAtTime, pendIntent); 
   

Alarm和Timer以及Handler在定时任务上的区别

相同点：

三者都可以完成定时任务，都支持一次性定时和循环定时（注：Handler可以间接支持循环定时任务）

不同点：

Handler和Timer在定时上是类似的，二者在系统休眠的情况下无法正常工作，定时任务不会按时触发。Alarm在系统休眠的情况下可以正常工作，并且还可以决定是否唤醒系统，同时Alarm在自身不启动的情况下仍能正常收到定时任务提醒，但是当系统重启或者应用被杀死的情况下，Alarm定时任务会被取消。另外，从Android4.4开始，Alarm事件默认采用非精准方式，即定时任务可能会有小范围的提前或延后，当然我们可以强制采用精准方式，而在此之前，Alarm事件都是精准方式。

Alarm与Binder的交互

Alarm由AlarmManager来管理，从使用方式来看，AlarmManager很简单，我们只要得到了AlarmManager的对象，就可以调用set方法来设定定时任务了，而如何得到AlarmManager对象呢？也很简单，AlarmManager alarmMgr = (AlarmManager) getSystemService(Context.ALARM_SERVICE)；下面我们去看看AlarmManager的set方法，当然AlarmManager还有setRepeating方法，但是二者是类似的。为了更好地理解下面的内容，需要你了解AIDL，如果你还不了解，请参看android跨进程通信(IPC):使用AIDL。

code：AlarmManager#set

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1. public void set(int type, long triggerAtMillis, PendingIntent operation) {  
2.     setImpl(type, triggerAtMillis, legacyExactLength(), 0, operation, null);  
3. }  
4.   
5. public void set(int type, long triggerAtMillis, long windowMillis, long intervalMillis,  
6.         PendingIntent operation, WorkSource workSource) {  
7.     setImpl(type, triggerAtMillis, windowMillis, intervalMillis, operation, workSource);  
8. }  
9.   
10. private void setImpl(int type, long triggerAtMillis, long windowMillis, long intervalMillis,  
11.         PendingIntent operation, WorkSource workSource) {  
12.     if (triggerAtMillis < 0) {  
13.         /* NOTYET 
14.         if (mAlwaysExact) { 
15.             // Fatal error for KLP+ apps to use negative trigger times 
16.             throw new IllegalArgumentException("Invalid alarm trigger time " 
17.                     + triggerAtMillis); 
18.         } 
19.         */  
20.         triggerAtMillis = 0;  
21.     }  
22.   
23.     try {  
24.         //定时任务实际上都有mService来完成，也就是说AlarmManager只是一个空壳  
25.         //从下面的构造方法可以看出，这个mService是IAlarmManager类型的，而IAlarmManager是一个接口  
26.         //如果大家了解AIDL就应该知道IAlarmManager应该是一个AIDL接口  
27.         mService.set(type, triggerAtMillis, windowMillis, intervalMillis, operation,  
28.                 workSource);  
29.     } catch (RemoteException ex) {  
30.     }  
31. }  
32.   
33. AlarmManager(IAlarmManager service, Context ctx) {  
34.     mService = service;  
35.   
36.     final int sdkVersion = ctx.getApplicationInfo().targetSdkVersion;  
37.     mAlwaysExact = (sdkVersion < Build.VERSION_CODES.KITKAT);  
38. }  

说明：我对代码进行了注释，从注释可以看出，现在我们需要去找到这个mService，其实我已经帮大家找到了，它就是AlarmManagerService

 

Alarm机制分析

通过上面的一系列分析，我们知道AlarmManager的所有功能都是通过AlarmManagerService来完成的，在分析源码之前，我先来描述下Alarm的工作原理：从Android4.4开始，Alarm默认为非精准模式，除非显示指定采用精准模式。在非精准模式下，Alarm是批量提醒的，每个alarm根据其触发时间和最大触发时间的不同会被加入到不同的batch中，同一个batch的不同alarm是同时发生的，这样就无法实现精准闹钟，官方的解释是批量处理可以减少设备被唤醒次数以及节约电量，不过针对精准闹钟，官方预留的方法是setExact和setWindow，二者都是通过将时间窗口定义为0来实现精准闹钟的，因为时间窗口为0，意味着触发时间和最大触发时间是一样的，因为典型的情况下：最大触发时间= 触发时间 + 时间窗口。同时所有的batch是按开始时间升序排列的，在一个batch内部，不同的闹钟也是按触发时间升序排列的，所以闹钟的唤醒顺序是按照batch的排序依次触发的，而同一个batch中的alarm是同时触发的，可以用下面这个示意图来描述：

 

上图是示意图，系统中可以有多个batch，每个batch中可以有多个alarm。下面我们分析一下AlarmManagerService中的代码。其入口方法为set，set又调用了setImplLocked，所以我们直接看setImplLocked。

code：AlarmManagerService#setImplLocked

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1. private void setImplLocked(int type, long when, long whenElapsed, long maxWhen, long interval,  
2.         PendingIntent operation, boolean isStandalone, boolean doValidate,  
3.         WorkSource workSource) {  
4.     /**创建一个alarm，其中各参数的含义如下： 
5.      * type 闹钟类型 ELAPSED_REALTIME、RTC、RTC_WAKEUP等 
6.      * when 触发时间 UTC类型，绝对时间，通过System.currentTimeMillis()得到 
7.      * whenElapsed 相对触发时间，自开机算起，含休眠，通过SystemClock.elapsedRealtime()得到 
8.      * maxWhen 最大触发时间 
9.      * interval 触发间隔，针对循环闹钟有效 
10.      * operation 闹钟触发时的行为，PendingIntent类型 
11.      */  
12.     Alarm a = new Alarm(type, when, whenElapsed, maxWhen, interval, operation, workSource);  
13.     //根据PendingIntent删除之前已有的同一个闹钟  
14.     removeLocked(operation);  
15.   
16.     boolean reschedule;  
17.     //尝试将alarm加入到合适的batch中，如果alarm是独立的或者无法找到合适的batch去容纳此alarm，返回-1  
18.     int whichBatch = (isStandalone) ? -1 : attemptCoalesceLocked(whenElapsed, maxWhen);  
19.     if (whichBatch < 0) {  
20.         //没有合适的batch去容纳alarm，则新建一个batch  
21.         Batch batch = new Batch(a);  
22.         batch.standalone = isStandalone;  
23.         //将batch加入mAlarmBatches中，并对mAlarmBatches进行排序：按开始时间升序排列  
24.         reschedule = addBatchLocked(mAlarmBatches, batch);  
25.     } else {  
26.         //如果找到合适了batch去容纳此alarm，则将其加入到batch中  
27.         Batch batch = mAlarmBatches.get(whichBatch);  
28.         //如果当前alarm的加入引起了batch开始时间和结束时间的改变，则reschedule为true  
29.         reschedule = batch.add(a);  
30.         if (reschedule) {  
31.             //由于batch的起始时间发生了改变，所以需要从列表中删除此batch并重新加入、重新对batch列表进行排序  
32.             mAlarmBatches.remove(whichBatch);  
33.             addBatchLocked(mAlarmBatches, batch);  
34.         }  
35.     }  
36.   
37.     if (DEBUG_VALIDATE) {  
38.         if (doValidate && !validateConsistencyLocked()) {  
39.             Slog.v(TAG, "Tipping-point operation: type=" + type + " when=" + when  
40.                     + " when(hex)=" + Long.toHexString(when)  
41.                     + " whenElapsed=" + whenElapsed + " maxWhen=" + maxWhen  
42.                     + " interval=" + interval + " op=" + operation  
43.                     + " standalone=" + isStandalone);  
44.             rebatchAllAlarmsLocked(false);  
45.             reschedule = true;  
46.         }  
47.     }  
48.   
49.     if (reschedule) {  
50.         rescheduleKernelAlarmsLocked();  
51.     }  
52. }  

说明：通过上述代码可以看出，当我们创建一个alarm的时候，仅仅是将这个alarm加入到某个batch中，系统中有一个batch列表，专门用于存储所有的alarm。可是仅仅把alarm加入到batch中还不行，系统还必须提供一个类似于Looper的东西一直去遍历这个列表，一旦它发现有些alarm的时间已经到达就要把它取出来去执行。事实上，AlarmManagerService中的确有一个类似于Looper的东西去干这个事情，只不过它是个线程，叫做AlarmThread。下面看它的代码：

code：AlarmManagerService#AlarmThread

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1. private class AlarmThread extends Thread  
2. {  
3.     public AlarmThread()  
4.     {  
5.         super("AlarmManager");  
6.     }  
7.       
8.     public void run()  
9.     {  
10.         //当前时间触发的alarm列表  
11.         ArrayList<Alarm> triggerList = new ArrayList<Alarm>();  
12.   
13.         while (true)  
14.         {  
15.             //jni方法，顾名思义，阻塞式方法，当有alarm的时候会被唤醒  
16.             int result = waitForAlarm(mDescriptor);  
17.   
18.             triggerList.clear();  
19.   
20.             if ((result & TIME_CHANGED_MASK) != 0) {  
21.                 if (DEBUG_BATCH) {  
22.                     Slog.v(TAG, "Time changed notification from kernel; rebatching");  
23.                 }  
24.                 remove(mTimeTickSender);  
25.                 //将所有的alarm重新排序  
26.                 rebatchAllAlarms();  
27.                 mClockReceiver.scheduleTimeTickEvent();  
28.                 Intent intent = new Intent(Intent.ACTION_TIME_CHANGED);  
29.                 intent.addFlags(Intent.FLAG_RECEIVER_REPLACE_PENDING  
30.                         | Intent.FLAG_RECEIVER_REGISTERED_ONLY_BEFORE_BOOT);  
31.                 mContext.sendBroadcastAsUser(intent, UserHandle.ALL);  
32.             }  
33.               
34.             synchronized (mLock) {  
35.                 final long nowRTC = System.currentTimeMillis();  
36.                 final long nowELAPSED = SystemClock.elapsedRealtime();  
37.                 if (localLOGV) Slog.v(  
38.                     TAG, "Checking for alarms... rtc=" + nowRTC  
39.                     + ", elapsed=" + nowELAPSED);  
40.   
41.                 if (WAKEUP_STATS) {  
42.                     if ((result & IS_WAKEUP_MASK) != 0) {  
43.                         long newEarliest = nowRTC - RECENT_WAKEUP_PERIOD;  
44.                         int n = 0;  
45.                         for (WakeupEvent event : mRecentWakeups) {  
46.                             if (event.when > newEarliest) break;  
47.                             n++; // number of now-stale entries at the list head  
48.                         }  
49.                         for (int i = 0; i < n; i++) {  
50.                             mRecentWakeups.remove();  
51.                         }  
52.   
53.                         recordWakeupAlarms(mAlarmBatches, nowELAPSED, nowRTC);  
54.                     }  
55.                 }  
56.                 //这个方法会把batch列表中的第一个batch取出来然后加到触发列表中  
57.                 //当然，前提是此batch的开始时间不大于当前时间  
58.                 //同时，如果是循环闹钟，则会对下次任务进行再次定时  
59.                 triggerAlarmsLocked(triggerList, nowELAPSED, nowRTC);  
60.                 rescheduleKernelAlarmsLocked();  
61.   
62.                 // 遍历触发列表，发送PendingIntent  
63.                 for (int i=0; i<triggerList.size(); i++) {  
64.                     Alarm alarm = triggerList.get(i);  
65.                     try {  
66.                         if (localLOGV) Slog.v(TAG, "sending alarm " + alarm);  
67.                         //这里PendingIntent会被send，结果就是我们的定时任务被执行了  
68.                         alarm.operation.send(mContext, 0,  
69.                                 mBackgroundIntent.putExtra(  
70.                                         Intent.EXTRA_ALARM_COUNT, alarm.count),  
71.                                 mResultReceiver, mHandler);  
72.                           
73.                         // we have an active broadcast so stay awake.  
74.                         if (mBroadcastRefCount == 0) {  
75.                             setWakelockWorkSource(alarm.operation, alarm.workSource);  
76.                             mWakeLock.acquire();  
77.                         }  
78.                         final InFlight inflight = new InFlight(AlarmManagerService.this,  
79.                                 alarm.operation, alarm.workSource);  
80.                         mInFlight.add(inflight);  
81.                         mBroadcastRefCount++;  
82.   
83.                         final BroadcastStats bs = inflight.mBroadcastStats;  
84.                         bs.count++;  
85.                         if (bs.nesting == 0) {  
86.                             bs.nesting = 1;  
87.                             bs.startTime = nowELAPSED;  
88.                         } else {  
89.                             bs.nesting++;  
90.                         }  
91.                         final FilterStats fs = inflight.mFilterStats;  
92.                         fs.count++;  
93.                         if (fs.nesting == 0) {  
94.                             fs.nesting = 1;  
95.                             fs.startTime = nowELAPSED;  
96.                         } else {  
97.                             fs.nesting++;  
98.                         }  
99.                         if (alarm.type == ELAPSED_REALTIME_WAKEUP  
100.                                 || alarm.type == RTC_WAKEUP) {  
101.                             bs.numWakeup++;  
102.                             fs.numWakeup++;  
103.                             //针对能唤醒设备的闹钟，这里会做一些唤醒设备的事情  
104.                             ActivityManagerNative.noteWakeupAlarm(  
105.                                     alarm.operation);  
106.                         }  
107.                     } catch (PendingIntent.CanceledException e) {  
108.                         if (alarm.repeatInterval > 0) {  
109.                             // This IntentSender is no longer valid, but this  
110.                             // is a repeating alarm, so toss the hoser.  
111.                             remove(alarm.operation);  
112.                         }  
113.                     } catch (RuntimeException e) {  
114.                         Slog.w(TAG, "Failure sending alarm.", e);  
115.                     }  
116.                 }  
117.             }  
118.         }  
119.     }  
120. }  

说明：上述代码中，AlarmThread会一直循环的跑着，一旦有新的alarm触发，它就会取出一个batch然后逐个发送PendingIntent，具体alarm的触发是由底层来完成的，我没法再继续分析下去。还有就是Alarm中有一些细节，我没有进行很具体的分析，实际上很简单，大家一看就懂。到此为止，Alarm机制的主要流程也分析完了。

总结

本文没有详细介绍如何使用Alarm，因为很简单，看一下官方文档或者网上搜一下，到处都是。关于Alarm，有一点需要强调一下：当手机重启或者应用被杀死的时候，Alarm会被删除，因此，如果想通过Alarm来完成长久定时任务是不可靠的，如果非要完成长久定时任务，可以这样：将应用的所有Alarm信息存到数据库中，每次应用启动的时候都重新注册Alarm并更新Alarm的触发时间，通过这种方式就不存在Alarm丢失的情况了。本文很长，耗时8个小时才完成的，感谢大家阅读本文，希望本文能给大家带来一点帮助。