Android消息机制之同步障碍机制和应用

Posted 2023-02-24 严振杰

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想要了解清楚同步障碍机制，必须先完全理解Android 消息机制和应用，不了解的同学可以先去搜索相关资料熟悉一下再继续看下面的内容。

同步障碍是什么

我们知道消息机制中有一个重要的类是MessageQueue，望文生义就是消息队列的意思，在一般情况下，MessageQueue对于当前线程是同步的，那么什么是当前线程呢？就是实例化MessageQueue的线程，在消息机制这个完整的机制中，MessageQueue是在Looper的构造方法中被实例化。也就是说，MessageQueue正常情况是同步处理消息的，明白这一点就可以让同步障碍入场了。

同步障碍，看字面意思也能猜出个八九分，就是阻碍队列中同步消息的障碍，那么它是如何运行的呢？此时我们得先引入异步消息。

异步消息

在消息机制中，还有一个异步消息，在正常时候，我们发送的Message全都是同步消息，当然我们也可以发送异步消息，发送异步消息有两种方式，下面分别来看一下。

• 第一种发送异步消息的方法

使用Handler包含async参数的构造方法实例化Handler，例如下面这个：

public Handler(boolean async) 
  this(null, async);

只要async参数为true，所有的消息都将是异步消息，例如我们一般情况下会这样发送消息：

Handler mHandler = new Handler(true);
...
Message msg = mHandler.obtainMessage(...);
mHandler.sendMessageAtTime(msg, ...);

• 第二种方法，显示的设置Message为异步消息

Message msg = mHandler.obtainMessage(...);
msg.setAsynchronous(true);
mHandler.sendToTarget();

其实第一种方式也是在我们发送Message时，Handler内部帮我们调用了Message#setAsynchronous(boolean)，且参数传了true，因此这两使用方式了解即可。

我们知道，上面的Message#target都是非空的，而在MessageQueue#next()方法中，target非空的Message都会被正常处理（下面会有相关代码），因此在这个时候同步消息和异步消息并没有什么不同。如果同学们思路没有断的话，应该能想到，此时同步障碍就需要登场了。

开启同步障碍

现在我们要贴一点framework/base下的代码，都以oreo-release分支为准，因为不同版本这些代码所在的位置略有不同。

如果想让异步消息起作用，就得开启同步障碍，同步障碍会阻碍同步消息，只允许通过异步消息，如果队列中没有异步消息，此时的loop()方法将被Linux epoll机制所阻塞。

开启同步障碍也很简单，调用MessageQueue#postSyncBarrier()方法即可，因为MessageQeueu绑定在Looper上，而Looper依附在Handler上，所以正常情况下，源码中是这样开启同步障碍的：

mHandler.getLooper().getQueue().postSyncBarrier();

它所调用的代码也很简单：

public int postSyncBarrier() 
  return postSyncBarrier(SystemClock.uptimeMillis());


private int postSyncBarrier(long when) 
  final int token = mNextBarrierToken++;
  final Message msg = Message.obtain();
  msg.markInUse();
  msg.when = when;
  msg.arg1 = token;

  Message prev = null;
  Message p = mMessages;
  if (when != 0) 
    while (p != null && p.when <= when) 
      prev = p;
      p = p.next;
    
  
  if (prev != null) 
    msg.next = p;
    prev.next = msg;
   else 
    msg.next = p;
    mMessages = msg;
  
  return token;

可以看出，在实例化Message对象的时候并没有设置它的target成员变量的值，然后随即就根据执行时间把它放到链表的某个位置了，实际上就是链表的开始位置。也就是说，当在消息队列中放入一个target为空的Message的时候，当前Handler的这一套消息机制就开启了同步障碍。

当开启同步障碍后，它是如何生效的呢？我们知道，Looper#loop()方法最终还是调用了MessageQueue#next()方法来获取队列中的消息，现在我们来看看该方法的代码：

for (;;) 
nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);

synchronized (this) 
  final long now = SystemClock.uptimeMillis();
  Message prevMsg = null;
  Message msg = mMessages;

    // 如果当前开启了同步障碍
    if (msg != null && msg.target == null) 
      // 处理同步障碍，获取队列中的下一个异步消息
      do 
        prevMsg = msg;
        msg = msg.next；

        // 如果这个消息是同步的，那么继续向下找异步的
       while (msg != null && !msg.isAsynchronous());
    

    if (msg != null) 
      if (now < msg.when) 
        // 如果当前消息的执行时间没到，让它沉睡到下个消息的执行时间
        nextPollTimeoutMillis = msg.when - now;
       else 
        ...
        return msg; // 执行时间到了，执行它
      
     else 
      // 当前没有任何消息需执行，一直沉睡
      nextPollTimeoutMillis = -1;
    

  

我摘抄出了主要的代码，为了方便同学们阅读理解，上述代码是简化过的。

可以看出来，当开启了同步障碍时，Looper在获取下一个要执行的消息时，会在链表中寻找第一个要执行的异步消息，如果没有找到异步消息，就让当前线程沉睡。

nativeWake()方法和nativePollOnce()方法采用了Linux epoll机制，其中nativePollOnce()的第二个值，当它是-1时会一直沉睡，直到被主动唤醒为止，当它是0时不会沉睡，当它是大于0的值时会沉睡传入的值那么多的毫秒时间。epoll机制实质上是让 CPU 沉睡，来保障当前线程一直在运行而不中断或者卡死，这也是Looper#loop()死循环为什么不会导致住线程 ANR 的根本原因。

同步障碍的应用

那么同步障碍有什么用呢？在我们日常的应用层开发中极少用到它，读了framework的代码后我们会发现，在ViewRootImpl.java中有使用它：

void scheduleTraversals() 
  if (!mTraversalScheduled) 
    mTraversalScheduled = true;
    // 开启当前 Handler 的同步屏障
    mTraversalBarrier = mHandler.getLooper().getQueue().postSyncBarrier();
    // 发送一条异步消息
    mChoreographer.postCallback(..., mTraversalRunnable, null);
    if (!mUnbufferedInputDispatch) 
      cheduleConsumeBatchedInput();
    

    notifyRendererOfFramePending();
    pokeDrawLockIfNeeded();
  

实际上，这里的Handler使用的是主线程的Looper，因此这里会阻断主线程Looper的其他同步消息，在ViewRootImpl和Choreographer中多次使用到了异步消息，以完成View的整个绘制流程。

没错，也许有同学已经被启发了，当我们点击页面的某个控件时，希望瞬间得到它的回应，而不是卡在那里，最起码有个圈圈在转也行。当我们点击某个按钮，此时开启了一个Activity，如果队列中此时有很多消息在排队等候呢？那么这个Activity的测量、布局和绘制就得一直等到所有消息被处理完成才能执行，此时我们会看到页面一直黑着或者一直白着，反正不是我们想要的效果，因此如果这个消息队列有一个优先级的特点，那么不就可以解决这个问题了吗？

综上，所以在消息机制中也很巧妙的融入了队列优先级的特点，这个同步障碍机制，实质上是一个对消息队列的优先级实现。关于Java/Android 中的优先级任务队列的实践，大家可以多搜索相关资料来学习，这个在日常开发中很有用。

就到这里了，告辞！

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