【從源碼看Android】02MessageQueue的epoll原型

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1 開頭

上一講講到Looper，大家對Looper有了大概的了結（好幾個月過去了…）

大家都知道一個Handler對應有一個MessageQueue，

在哪個線程上new Handler（如果不指定looper對象），那麼這個handler就預設對應於這個線程上的prepare過的Looper

如Handler.java代碼所示，mLooper由Looper.myLooper()指定，

public Handler(Callback callback, boolean async) {        if (FIND_POTENTIAL_LEAKS) {            final Class<? extends Handler> klass = getClass();            if ((klass.isAnonymousClass() || klass.isMemberClass() || klass.isLocalClass()) &&                    (klass.getModifiers() & Modifier.STATIC) == 0) {                Log.w(TAG, "The following Handler class should be static or leaks might occur: " +                    klass.getCanonicalName());            }        }        mLooper = Looper.myLooper();        if (mLooper == null) {            throw new RuntimeException(                "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");        }        mQueue = mLooper.mQueue;        mCallback = callback;        mAsynchronous = async;    }

而Looper.myLooper()來自此線程裡儲存的looper對象（在looper.prepare時存入）

public static Looper myLooper() {        return sThreadLocal.get();    }

so，一個handler，對應了一套MessageQueue、Thread、Looper

這些都是 【從源碼看Android】01從Looper說起 講過的東西，那麼下面來些硬貨

2 一個問題引入

從一個問題引入，如果在子線程12上建立了一個handler，

現在在主線程上調用handler.sendEmptyMessage，

handler如何在主線程上處理這個msg，

然後從子線程12讓handler的handleMessage函數處理呢？

那麼這個時候就要引入一個跨線程的事件模型--epoll，

這一講先把cpp epoll模型講清楚，

下一講再講android裡如何利用這個模型的

3 epoll模型

epolldemo.cpp

#include <iostream>#include <vector>#include <queue>#include <pthread.h>#include <unistd.h>#include <sys/epoll.h>#include <assert.h>#include <fcntl.h>#define NUM_THREAD 4#define NUM_LENGTH 200#define MAX_EVENTS 20#define USES_EPOLL#ifdef USES_EPOLL/****（1）.建立一個epoll描述符，調用epoll_create()來完成，epoll_create()有一個整型的參數size，用來告訴核心，要建立一個有size個描述符的事件列表（集合）int epoll_create(int size)（2）.給描述符設定所關注的事件，並把它添加到核心的事件列表中去，這裡需要調用epoll_ctl()來完成。int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event)這裡op參數有三種，分別代表三種操作：a. EPOLL_CTL_ADD, 把要關注的描述符和對其關注的事件的結構，添加到核心的事件列表中去b. EPOLL_CTL_DEL，把先前添加的描述符和對其關注的事件的結構，從核心的事件列表中去除c. EPOLL_CTL_MOD，修改先前添加到核心的事件列表中的描述符的關注的事件（3）. 等待核心通知事件發生，得到發生事件的描述符的結構列表，該過程由epoll_wait()完成。得到事件列表後，就可以進行事件處理了。int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout)– EPOLLIN，讀事件– EPOLLOUT，寫事件– EPOLLPRI，帶外資料，與select的例外狀況事件集合對應– EPOLLRDHUP，TCP串連對端至少寫寫半關閉– EPOLLERR，錯誤事件– EPOLLET，設定事件為邊沿觸發– EPOLLONESHOT，只觸發一次，事件自動被刪除*/int g_epollfd;int g_wakeFds[2];#endifvoid awake(){    ssize_t nWrite;    do     {        nWrite = write(g_wakeFds[1], "W", 1);    }     while (nWrite == -1);}void awoken() {    char buffer[16];    ssize_t nRead;    do {        nRead = read(g_wakeFds[0], buffer, sizeof(buffer));    } while ((nRead == -1 ) || nRead == sizeof(buffer));}using namespace std;void* threadRead(void* userdata){    queue<int>* q = (queue<int>*)userdata;    struct epoll_event events[MAX_EVENTS];    while( true )    {        int fds = epoll_wait(g_epollfd, events, MAX_EVENTS, 1000);        if(fds < 0){            printf("epoll_wait error, exit\n");            break;        }        for(int i = 0; i < fds; i++){            if( events[i].events & EPOLLIN ) // read event            {                printf("%s,%d/%d\n", "EPOLLIN",i,fds);                while( !q->empty() )                {                    q->pop();                    printf("removed! \n" );                }            }        }        awoken();    }    return userdata;}void* threadRun(void* userdata){queue<int>* q = (queue<int>*)userdata;while( true )    {#ifdef USES_EPOLL        q->push( 1 );        printf("%ld:%s\n",(long)pthread_self() ,"added!");        awake();#else#endif    usleep(1000*500);    }    printf("exit thread:%ld\n",(long)pthread_self() );return userdata;}int main(int argc, char const *argv[]){/**pipe（建立管道）：1) 標頭檔 #include<unistd.h>2) 定義函數： int pipe(int filedes[2]);3) 函數說明： pipe()會建立管道，並將檔案描述詞由參數filedes數組返回。              filedes[0]為管道裡的讀取端              filedes[1]則為管道的寫入端。*/    int result = pipe(g_wakeFds);    assert( result!=0 );    result = fcntl(g_wakeFds[0], F_SETFL, O_NONBLOCK);    assert(result!=0);    result = fcntl(g_wakeFds[1], F_SETFL, O_NONBLOCK);    assert(result!=0);    g_epollfd = epoll_create( MAX_EVENTS );    assert( g_epollfd > 0 );    struct epoll_event epv = {0, {0}};    //epv.data.ptr = userdata;    epv.data.fd = g_wakeFds[0];    epv.events = EPOLLIN;    if(epoll_ctl(g_epollfd, EPOLL_CTL_ADD, g_wakeFds[0], &epv) < 0)        printf("Event Add failed[fd=%d], evnets[%d]\n", epv.data.fd, epv.events);    else        printf("Event Add OK[fd=%d], op=%d, evnets[%0X]\n", epv.data.fd, EPOLL_CTL_ADD, epv.events);    queue<int> q;    vector<pthread_t> v;for (int i = 0; i < NUM_THREAD; ++i){pthread_t tid;pthread_create(&tid,NULL,threadRun,&q);v.push_back(tid);}    pthread_t tid;    pthread_create(&tid,NULL,threadRead,&q);    v.push_back(tid);      for(vector<pthread_t>::const_iterator it = v.begin(); it < v.end(); ++it)        pthread_join(*it,NULL);return 0;}

大致思路是這樣的：

a.127行開始建立管道g_wakeFds，g_wakeFds[0]是讀取連接埠，g_wakeFds[1]是寫入連接埠

b.136行建立全域的g_epollfd，即epoll檔案描述符，參數為這個檔案描述符所支援的最大事件數目

c.144行epoll_ctl建立一個事件關聯，即將g_epollfd與g_wakeFds[0]進行關聯，如果g_wakeFds[0]發生變化，就會觸發事件，並且事件為139建立的epoll_event執行個體

d.151-156行建立多個線程作為生產者，生產int放入queue中，放入完後調用awake()函數，向g_wakeFds[1]寫入一位元組，觸發事件

f.158-160行建立一個消費者來消費生產的int

g.其中76行int fds = epoll_wait(g_epollfd, events, MAX_EVENTS, 1000);來等待生產者生產的int，當g_wakeFds[1]有資料寫入時，g_wakeFds[0]就會觸發剛剛註冊的事件，擷取到註冊的事件後對事件進行處理（消費int），隨後調用awoken()清空g_wakeFds[0]，進入下一輪epoll_wait

注意：生產enqueue和消費dequeue是需要同步鎖的，這裡省略了這個過程，android在java中對Message實現的同步鎖

4 運行結果

5 源碼下載

http://pan.baidu.com/s/1i3BTWpv

6 總結

當一個線程的訊息佇列沒有訊息需要處理時，它就會在這個管道的讀端檔案描述符上進行睡眠等待，直到其他線程通過這個管道的寫端檔案描述符來喚醒它。這樣就節省了線程上對於cpu資源的消耗。

7 reference

《Android系統源碼情景分析》- 羅昇陽

Android NDK 原始碼

Android SDK 原始碼