Android系统之AMessage

概述

Android中的ALooper、AHandler和AMessage是Native层实现的一套异步消息机制，主要用于多媒体框架（如MediaCodec、NuPlayer等）的线程间通信。其设计理念与Java层的Handler/Looper/Message机制类似，但面向C++实现，具有更高性能和控制力。

核心组件解析

1. ALooper
   • 功能：管理消息队列（MessageQueue）和线程循环，负责创建线程并持续从队列中取出消息分发给对应的AHandler。
   • 关键方法：
   ◦ start()：启动线程并进入消息循环（通过LooperThread实现）
   ◦ registerHandler()：将AHandler注册到ALooper，建立绑定关系
   • 特点：支持两种运行模式——在调用线程运行（runOnCallingThread）或独立线程运行。

2. AHandler
   • 功能：消息处理器基类，需继承并实现onMessageReceived()以定义具体业务逻辑。
   • 绑定机制：通过setID()与ALooper关联，每个AHandler必须绑定到一个ALooper实例。
   • 消息处理：ALooper从队列取出消息后，根据消息的handler_id调用对应AHandler的onMessageReceived()。

3. AMessage
   • 功能：消息载体，支持多种数据类型（如int32、string、Buffer等），并可指定目标AHandler。
   • 关键方法：
   ◦ post()：异步发送普通消息
   ◦ postAndAwaitResponse()：发送需回复的消息，等待响应
   • 构造方式：推荐通过AMessage::obtain()复用对象，避免频繁内存分配。

协作流程

1. 初始化
   • 创建ALooper实例并启动线程循环：

     sp<ALooper> mLooper = new ALooper();
     mLooper->start(false, true, ANDROID_PRIORITY_VIDEO);
   

   • 注册AHandler到ALooperRoster（全局管理器），建立ID映射。

2. 消息发送
   • 构造AMessage并指定目标AHandler：

     sp<AMessage> msg = new AMessage(kWhatEvent, mHandler);
     msg->setInt32("value", 100);
     msg->post();
   

   • 消息被插入ALooper的MessageQueue。

3. 消息处理
   • ALooper线程循环调用loop()，从队列取出AMessage，根据ID查找对应AHandler并触发onMessageReceived()。

与Java层Handler机制的区别

| 特性 | Native层（ALooper/AHandler） | Java层（Handler/Looper） | |———————|———————————–|——————————–| | 线程模型 | 需要显式注册Handler到Looper | 主线程自动初始化Looper | | 性能 | 更轻量，无GC开销 | 依赖Java虚拟机 | | 应用场景 | 多媒体框架、高性能场景 | UI线程通信、常规异步任务 | | 消息类型 | 支持需回复的消息（同步等待） | 仅异步消息 |

实际应用场景

• NuPlayer播放器：通过继承AHandler实现媒体状态机，处理解码、渲染等异步事件。
• MediaCodec编解码：使用AMessage传递缓冲区数据和控制命令（如FLUSH、STOP）。

设计优势

1. 解耦线程与任务：将耗时操作封装为AMessage，由ALooper线程异步执行，避免阻塞主线程。
2. 高效内存管理：通过引用计数（sp<>智能指针）和对象池（AMessage复用）减少资源消耗。
3. 跨线程安全：通过互斥锁（Mutex）保护消息队列操作，确保多线程环境下的数据一致性。

AMessage的重要接口解析

AMessage是Android Native层异步通信的核心载体，其接口设计兼顾了高性能与扩展性，以下从数据存取、消息投递、生命周期管理三个维度解析关键接口：

一、数据存取接口（类型安全操作）

1. 基础类型存取

   // 设置数据
   void setInt32(const char *name, int32_t value);
   void setString(const char *name, const AString &value);
   void setBuffer(const char *name, const sp<ABuffer> &buffer);
   
   // 获取数据（返回bool表示是否存在）
   bool findInt32(const char *name, int32_t *value) const;
   bool findString(const char *name, AString *value) const;
   bool findBuffer(const char *name, sp<ABuffer> *buffer) const;
   

   • 特点：通过键值对（const char*）实现强类型数据存取，支持int32_t、AString、ABuffer等常用类型。

2. 复杂对象传递

   void setObject(const char *name, const sp<RefBase> &obj);
   bool findObject(const char *name, sp<RefBase> *obj) const;
   

   • 应用场景：传递继承自RefBase的智能指针对象（如跨线程共享的媒体缓冲区）。

3. 嵌套消息支持

   bool findMessage(const char *name, sp<AMessage> *msg) const;
   

   • 用途：构建消息链式处理逻辑（如将子任务结果封装为嵌套消息）。

二、消息投递与控制接口

1. 异步投递

   status_t post(int64_t delayUs = 0);  // 延迟投递（单位微秒）
   

   • 示例：延迟100ms发送消息

     msg->post(100000);  // 用于定时任务或流量控制
   

2. 同步通信机制

   status_t postAndAwaitResponse(sp<AMessage> *response);  // 发送并等待回复
   bool senderAwaitsResponse(sp<AReplyToken> *replyID);    // 判断是否需要回复
   status_t postReply(const sp<AReplyToken> &replyID);     // 返回响应消息
   

   • 协作流程：

   1. 发送端调用postAndAwaitResponse阻塞等待
   2. 接收端通过senderAwaitsResponse检测是否需要回复
   3. 接收端构造响应消息并调用postReply

三、生命周期管理接口

1. 对象复用机制

   static sp<AMessage> obtain();  // 从对象池获取实例
   void recycle();                // 重置消息状态并回收至对象池
   

   • 优势：减少内存分配开销（类似Java层Message.obtain()的设计）。

2. 深拷贝支持

   sp<AMessage> dup() const;  // 创建完全独立的副本
   

   • 使用场景：多线程环境下需要发送相同消息至不同Handler时。

四、辅助功能接口

1. 消息内容探查

   size_t countEntries() const;                          // 获取键值对总数
   const char* getEntryNameAt(size_t index, Type *type); // 遍历消息字段
   

   • 调试用途：动态分析消息结构，适用于复杂状态机的日志输出。

2. 目标标识操作

   void setWhat(uint32_t what);          // 设置消息类型标识
   void setTarget(handler_id handlerID); // 指定接收Handler的ID
   

   • 设计思想：解耦消息内容与处理逻辑（类似Android Java层的Message.what机制）。

示例代码

Java层Handler示例代码

场景：子线程发送消息到主线程更新UI

// 主线程中初始化Handler（默认绑定主线程Looper）
Handler mainHandler = new Handler(Looper.getMainLooper()) {
    @Override
    public void handleMessage(Message msg) {
        if (msg.what == 1) {
            String result = (String) msg.obj;
            textView.setText(result); // 更新UI
        }
    }
};

// 子线程中发送消息
new Thread(() -> {
    // 模拟耗时操作
    SystemClock.sleep(3000);
    
    Message msg = Message.obtain();
    msg.what = 1;
    msg.obj = "任务完成";
    mainHandler.sendMessage(msg); // 发送消息到主线程
}).start();

关键点说明：

1. 主线程Looper：通过Looper.getMainLooper()获取主线程的Looper
2. 消息封装：使用Message.obtain()复用消息对象，设置what标识和obj数据载体
3. 跨线程通信：子线程通过持有主线程的Handler引用实现安全UI更新

Native层（C++）Handler示例代码

场景：自定义线程通过ALooper处理异步消息

// 继承AHandler实现消息处理器
class MyHandler : public AHandler {
public:
    enum MessageType { kWhatEvent = 1 };

protected:
    void onMessageReceived(const sp<AMessage> &msg) override {
        int32_t what;
        msg->findInt32("what", &what);
        if (what == kWhatEvent) {
            int32_t value;
            msg->findInt32("value", &value);
            ALOGD("收到Native消息，value=%d", value);
        }
    }
};

// 初始化ALooper和Handler
sp<ALooper> mLooper = new ALooper();
sp<MyHandler> mHandler = new MyHandler();

// 启动Looper线程并注册Handler
mLooper->setName("NativeLooper");
mLooper->start(false, true, ANDROID_PRIORITY_DEFAULT); 
mLooper->registerHandler(mHandler);

// 发送消息
sp<AMessage> msg = new AMessage(MyHandler::kWhatEvent, mHandler);
msg->setInt32("value", 100);
msg->post(); // 异步投递消息

关键点说明：

1. 消息类型定义：使用枚举值kWhatEvent作为消息标识
2. 对象生命周期管理：通过sp<>智能指针自动管理对象引用
3. 消息构造技巧：推荐使用AMessage::setXXX设置数据类型，支持int32/string/buffer等
4. 线程绑定：通过registerHandler()建立Handler与Looper的绑定关系

对比说明

进阶技巧

1. Native层同步通信：

// 发送端
sp<AMessage> response;
msg->postAndAwaitResponse(&response); // 阻塞等待响应

// 接收端
sp<AReplyToken> replyID;
if (msg->senderAwaitsResponse(&replyID)) {
    sp<AMessage> response = new AMessage;
    response->postReply(replyID); // 返回响应
}

1. Java与Native交互：

// 通过JNI获取NativeHandler指针
public native void sendNativeMessage(int value);

// Native实现
extern "C" JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_example_NativeHandler_sendNativeMessage(JNIEnv* env, jobject, jint value) {
    sp<AMessage> msg = new AMessage(kWhatFromJava, mHandler);
    msg->setInt32("value", value);
    msg->post();
}