Android每日一Looper.loop爲什麼不會阻塞掉UI線程？

基於https://www.wanandroid.com每日一問的筆記，做一些整理，方便自己進行查看和記憶。
原文鏈接：https://www.wanandroid.com/wenda/show/8685

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Android中爲什麼主線程不會因爲Looper.loop()裏的死循環卡死？

• 這裏涉及線程，先說說說進程/線程
  • 進程：每個app運行時前首先創建一個進程，該進程是由Zygote fork出來的，用於承載App上運行的各種Activity/Service等組件。進程對於上層應用來說是完全透明的，這也是google有意爲之，讓App程序都是運行在Android Runtime。大多數情況一個App就運行在一個進程中，除非在AndroidManifest.xml中配置Android:process屬性，或通過native代碼fork進程。
  • 線程：線程對應用來說非常常見，比如每次new Thread().start都會創建一個新的線程。該線程與App所在進程之間資源共享，從Linux角度來說進程與線程除了是否共享資源外，並沒有本質的區別，都是一個task_struct結構體，在CPU看來進程或線程無非就是一段可執行的代碼，CPU採用CFS調度算法，保證每個task都儘可能公平的享有CPU時間片。
• 有了這麼準備，再說說死循環問題：
  • 對於線程既然是一段可執行的代碼，當可執行代碼執行完成後，線程生命週期便該終止了，線程退出。而對於主線程，我們是絕不希望會被運行一段時間，自己就退出，那麼如何保證能一直存活呢？簡單做法就是可執行代碼是能一直執行下去的，死循環便能保證不會被退出，例如，binder線程也是採用死循環的方法，通過循環方式不同與Binder驅動進行讀寫操作，當然並非簡單地死循環，無消息時會休眠。但這裏可能又引發了另一個問題，既然是死循環又如何去處理其他事務呢？通過創建新線程的方式。
  • 真正會卡死主線程的操作是在回調方法onCreate/onStart/onResume等操作時間過長，會導致掉幀，甚至發生ANR，looper.loop本身不會導致應用卡死

沒看見哪裏有相關代碼爲這個死循環準備了一個新線程去運轉？

• 事實上，會在進入死循環之前便創建了新binder線程，在代碼ActivityThread.main()中：

public static void main(String[] args) { 
      .... 
      //創建Looper和MessageQueue對象，用於處理主線程的消息 
      Looper.prepareMainLooper(); 

      //創建ActivityThread對象 
      ActivityThread thread = new ActivityThread(); 

      //建立Binder通道 (創建新線程) 
      thread.attach(false); 

      Looper.loop(); //消息循環運行
      throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited"); 
  }

• thread.attach(false)；便會創建一個Binder線程（具體是指ApplicationThread，Binder的服務端，用於接收系統服務AMS發送來的事件），該Binder線程通過Handler將Message發送給主線程，具體過程可查看 startService流程分析，這裏不展開說，簡單說Binder用於進程間通信，採用C/S架構。關於binder感興趣的朋友，可查看我回答的另一個知乎問題：
  爲什麼Android要採用Binder作爲IPC機制？ - Gityuan的回答

• 另外，ActivityThread實際上並非線程，不像HandlerThread類，ActivityThread並沒有真正繼承Thread類，只是往往運行在主線程，該人以線程的感覺，其實承載ActivityThread的主線程就是由Zygote fork而創建的進程。

• 主線程的死循環一直運行是不是特別消耗CPU資源呢？ 其實不然，這裏就涉及到Linux pipe/epoll機制，簡單說就是在主線程的MessageQueue沒有消息時，便阻塞在loop的queue.next()中的nativePollOnce()方法裏，詳情見Android消息機制1-Handler(Java層)，此時主線程會釋放CPU資源進入休眠狀態，直到下個消息到達或者有事務發生，通過往pipe管道寫端寫入數據來喚醒主線程工作。這裏採用的epoll機制，是一種IO多路複用機制，可以同時監控多個描述符，當某個描述符就緒(讀或寫就緒)，則立刻通知相應程序進行讀或寫操作，本質同步I/O，即讀寫是阻塞的。 所以說，主線程大多數時候都是處於休眠狀態，並不會消耗大量CPU資源。

Activity的生命週期是怎麼實現在死循環體外能夠執行起來的？

• ActivityThread的內部類H繼承於Handler，通過handler消息機制，簡單說Handler機制用於同一個進程的線程間通信。
• Activity的生命週期都是依靠主線程的Looper.loop，當收到不同Message時則採用相應措施：在H.handleMessage(msg)方法中，根據接收到不同的msg，執行相應的生命週期。
• 比如收到msg=H.LAUNCH_ACTIVITY，則調用ActivityThread.handleLaunchActivity()方法，最終會通過反射機制，創建Activity實例，然後再執行Activity.onCreate()等方法；
• 再比如收到msg=H.PAUSE_ACTIVITY，則調用ActivityThread.handlePauseActivity()方法，最終會執行Activity.onPause()等方法。 上述過程，我只挑核心邏輯講，真正該過程遠比這複雜。
• 主線程的消息又是哪來的呢？當然是App進程中的其他線程通過Handler發送給主線程，請看接下來的內容：
• 最後，從進程與線程間通信的角度，通過一張圖加深大家對App運行過程的理解：
  
• system_server進程是系統進程，java framework框架的核心載體，裏面運行了大量的系統服務，比如這裏提供ApplicationThreadProxy（簡稱ATP），ActivityManagerService（簡稱AMS），這個兩個服務都運行在system_server進程的不同線程中，由於ATP和AMS都是基於IBinder接口，都是binder線程，binder線程的創建與銷燬都是由binder驅動來決定的。
• App進程則是我們常說的應用程序，主線程主要負責Activity/Service等組件的生命週期以及UI相關操作都運行在這個線程； 另外，每個App進程中至少會有兩個binder線程 ApplicationThread(簡稱AT)和ActivityManagerProxy（簡稱AMP），除了圖中畫的線程，其中還有很多線程，比如signal catcher線程等，這裏就不一一列舉。
• Binder用於不同進程之間通信，由一個進程的Binder客戶端向另一個進程的服務端發送事務，比如圖中線程2向線程4發送事務；而handler用於同一個進程中不同線程的通信，比如圖中線程4向主線程發送消息。
• 結合圖說說Activity生命週期，比如暫停Activity，流程如下：
  • 線程1的AMS中調用線程2的ATP；（由於同一個進程的線程間資源共享，可以相互直接調用，但需要注意多線程併發問題）
  • 線程2通過binder傳輸到App進程的線程4；
  • 線程4通過handler消息機制，將暫停Activity的消息發送給主線程；
  • 主線程在looper.loop()中循環遍歷消息，當收到暫停Activity的消息時，便將消息分發給ActivityThread.H.handleMessage()方法，再經過方法的調用，最後便會調用到Activity.onPause()，當onPause()處理完後，繼續循環loop下去。