Androidのメッセージング機構のコア

frameworks/base/core/java/android/os/Looper.java

final MessageQueue mQueue;
public static void prepare() {
 prepare(true);
}
private static void prepare(boolean quitAllowed) {
 if (sThreadLocal.get() != null) {
 throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
 }
 sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));
}
private Looper(boolean quitAllowed) {
 mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
 mThread = Thread.currentThread();
}

Androidのメッセージ機構を理解している人は、ハンドラのメッセージ機構を使う場合、まずLooper.prepare()を呼び、最後にLooper.loop()を呼びます。

• prepare() は、MessageQueue オブジェクトを作成します。
• loop() は無限ループに入り、メッセージを取得しようと MessageQueue.next() メソッドを呼び出し続けます。

従来のメッセージング・フレームワークには、メッセージ、メッセージ・キュー、メッセージ・センター、メッセージ・プロデューサー、メッセージ・コンシューマーがあります。一般的にメッセージ・センターはループとして設計され、無限ループでメッセージ・キューからメッセージを読み込みます。メッセージ・キューが空になると、しばらくスリープします。

frameworks/base/core/java/android/os/MessageQueue.java

MessageQueue(boolean quitAllowed) {
 mQuitAllowed = quitAllowed;
 mPtr = nativeInit();
}
// メッセージをメッセージ・キューに入れ、nativeWake()を呼び出してメッセージ・ハンドラをウェイクアップする。Looper
boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
 ... ...
 synchronized (this) {
 ... ...
 // We can assume mPtr != 0 because mQuitting is false.
 if (needWake) {
 nativeWake(mPtr);
 }
 }
 return true;
}
// メッセージ・キューからメッセージを読み込もうとし、メッセージ・キューが空であれば、nativePollOnce()を呼び出してメッセージが到着するのを待つ。
Message next() {
 ... ...
 int pendingIdleHandlerCount = -1; // -1 only during first iteration
 int nextPollTimeoutMillis = 0;
 for (;;) {
 nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);
 ... ...
 }
 }

nativeInit/nativeWake/nativePollOnceここには3つのネイティブメソッドがあり、JNIでは次のようになります。

frameworks/base/core/jni/android_os_MessageQueue.cpp

static jlong android_os_MessageQueue_nativeInit(JNIEnv* env, jclass clazz) {
 NativeMessageQueue* nativeMessageQueue = new NativeMessageQueue();
 if (!nativeMessageQueue) {
 jniThrowRuntimeException(env, "Unable to allocate native queue");
 return 0;
 }
 nativeMessageQueue->incStrong(env);
 return reinterpret_cast<jlong>(nativeMessageQueue);
}
static void android_os_MessageQueue_nativePollOnce(JNIEnv* env, jobject obj,
 jlong ptr, jint timeoutMillis) {
 NativeMessageQueue* nativeMessageQueue = reinterpret_cast<NativeMessageQueue*>(ptr);
 nativeMessageQueue->pollOnce(env, obj, timeoutMillis);
}
static void android_os_MessageQueue_nativeWake(JNIEnv* env, jclass clazz, jlong ptr) {
 NativeMessageQueue* nativeMessageQueue = reinterpret_cast<NativeMessageQueue*>(ptr);
 nativeMessageQueue->wake();
}

NativeMessageQueue をインスタンス化し、それぞれ pollOnce/wake メソッドを呼び出します。

NativeMessageQueue::NativeMessageQueue() :
 mPollEnv(NULL), mPollObj(NULL), mExceptionObj(NULL) {
 mLooper = Looper::getForThread();
 if (mLooper == NULL) {
 mLooper = new Looper(false);
 Looper::setForThread(mLooper);
 }
}
void NativeMessageQueue::pollOnce(JNIEnv* env, jobject pollObj, int timeoutMillis) {
 mPollEnv = env;
 mPollObj = pollObj;
 mLooper->pollOnce(timeoutMillis);
 mPollObj = NULL;
 mPollEnv = NULL;
 if (mExceptionObj) {
 env->Throw(mExceptionObj);
 env->DeleteLocalRef(mExceptionObj);
 mExceptionObj = NULL;
 }
}
void NativeMessageQueue::wake() {
 mLooper->wake();
}

LooperのpollOnce/wakeメソッドのさらなる呼び出し。

system/core/libutils/Looper.cpp

Looper::Looper(bool allowNonCallbacks) :
 mAllowNonCallbacks(allowNonCallbacks), mSendingMessage(false),
 mPolling(false), mEpollFd(-1), mEpollRebuildRequired(false),
 mNextRequestSeq(0), mResponseIndex(0), mNextMessageUptime(LLONG_MAX) {
 // ウェイクアップ用のイベントハンドラmWakeEventFdを作成する。
 mWakeEventFd = eventfd(0, EFD_NONBLOCK | EFD_CLOEXEC);
 rebuildEpollLocked();
}
void Looper::rebuildEpollLocked() {
 // エポールハンドルの作成
 mEpollFd = epoll_create(EPOLL_SIZE_HINT);
 struct epoll_event eventItem;
 memset(& eventItem, 0, sizeof(epoll_event)); // zero out unused members of data field union
 eventItem.events = EPOLLIN;
 eventItem.data.fd = mWakeEventFd;
 // 書き込みイベントをリッスンするために、epollリスナーにmWakeEventFdを追加する。
 int result = epoll_ctl(mEpollFd, EPOLL_CTL_ADD, mWakeEventFd, & eventItem);
}
int Looper::pollOnce(int timeoutMillis, int* outFd, int* outEvents, void** outData) {
 int result = 0;
 for (;;) {
 ... ...
 result = pollInner(timeoutMillis);
 }
}
int Looper::pollInner(int timeoutMillis) {
 struct epoll_event eventItems[EPOLL_MAX_EVENTS];
 // イベントを待ち受ける
 int eventCount = epoll_wait(mEpollFd, eventItems, EPOLL_MAX_EVENTS, timeoutMillis);
 ... ...
 return result;
}
void Looper::wake() {
 uint64_t inc = 1;
 // メッセージキューをウェイクアップするためにmWakeEventFdにデータを書き込む。
 // このメソッドを呼び出した後epoll_waitこの関数は、コールチェーンのすべての段階でpollInner->pollOnce->pollOnce->android_os_MessageQueue_nativePollOnce->nativePollOnce->next
 // このときLooper.loop()next()の呼び出しは戻り、ループ本体は実行を続ける。
 ssize_t nWrite = TEMP_FAILURE_RETRY(write(mWakeEventFd, &inc, sizeof(uint64_t)));
}

AndroidのHandlerメッセージングメカニズムのメッセージループのコア実装です。Handlerのメッセージループは、Linuxカーネルのepollメカニズムを利用しており、メッセージキューが空になるとハングしてCPUリソースを解放し、メッセージキューに新しいメッセージが到着した時だけ、メッセージ処理のためのCPUリソースを取り戻します。Handlerのメッセージループは、メッセージキューが空になったときにハングしてCPUリソースを解放するためにLinuxカーネルのepollメカニズムを使用します。

従来の実装と比較して、Androidのハンドラーメッセージングメカニズムはより多くのシステムリソースを節約します。

従来の実装と比較して、AndroidのHandlerメッセージングメカニズムのプロデューサーは、メッセージをメッセージキューに入れながら、メッセージハンドラに通知することができます。