Native层实现

Android 消息机制的 Native 层实现，也就是 Java 层 Handler/Looper/MessageQueue 背后支撑的 JNI/C++代码 + Linux内核机制。我们就按照实际调用链，一步步从 Java 调到 Native，再到 Linux 的 epoll 和 eventfd，来系统性深入讲解 Native 层的底层实现。

总览：Java 到 Native 的调用链

Java 层
 └── MessageQueue.next()
       ↓
    nativePollOnce(ptr, timeout)  ← JNI 调用
       ↓
    NativeMessageQueue::pollOnce() ← C++
       ↓
    Looper::pollOnce(timeout) ← C++
       ↓
    epoll_wait(epollFd, ...)

配套结构：

Java Looper/MessageQueue ←→ NativeMessageQueue ←→ Looper.cpp

1. MessageQueue.next()→ nativePollOnce()

Java 层 MessageQueue.java：

private native static long nativeInit();        // 创建 NativeMessageQueue
private native void nativeDestroy(long ptr);    // 销毁
private native void nativePollOnce(long ptr, int timeoutMillis); // 进入 epoll 阻塞
private native void nativeWake(long ptr);       // 唤醒 epoll_wait

这些 native 方法对应 C++ 实现：android_os_MessageQueue.cpp

2. nativePollOnce的 JNI 实现

文件：frameworks/base/core/jni/android_os_MessageQueue.cpp

static void android_os_MessageQueue_nativePollOnce(JNIEnv* env, jobject obj,
        jlong ptr, jint timeoutMillis) {
    NativeMessageQueue* nativeMessageQueue = reinterpret_cast<NativeMessageQueue*>(ptr);
    nativeMessageQueue->pollOnce(timeoutMillis);
}

3. NativeMessageQueue内部结构

class NativeMessageQueue : public LooperCallback {
public:
    NativeMessageQueue();
    ~NativeMessageQueue();

    void pollOnce(int timeoutMillis);   // 这里最终调用 Looper::pollOnce()
    void wake();                        // 写 eventfd 唤醒
private:
    sp<Looper> mLooper;                 // 真正处理 epoll 的 Looper 类
    int mWakeEventFd;                  // eventfd 文件描述符
    sp<EventHandler> mEventHandler;
};

• 构造时创建 epoll_fd 和 eventfd：

  mWakeEventFd = eventfd(0, EFD_NONBLOCK | EFD_CLOEXEC);
  mLooper = Looper::prepare(/* allowNonCallbacks */ true);
  mLooper->addFd(mWakeEventFd, …, ALOOPER_EVENT_INPUT, …, …);

4. 进入pollOnce→ 调用 epoll_wait

Looper.cpp 中：

int Looper::pollOnce(int timeoutMillis) {
    return pollInner(timeoutMillis);
}

int Looper::pollInner(int timeoutMillis) {
    int result = epoll_wait(mEpollFd, eventItems, capacity, timeoutMillis);
    ...
}

• epollFd 是 Linux epoll 实例。

• 当没有消息时，这里会阻塞，直到：

  • 新消息到来（通过 eventfd 唤醒）
  • 超时
  • 被外部 wake() 唤醒

5. 唤醒机制：nativeWake()

Java 调用：

MessageQueue.enqueueMessage(...) {
    ...
    nativeWake(mPtr);
}

JNI 层调用：

void NativeMessageQueue::wake() {
    uint64_t inc = 1;
    write(mWakeEventFd, &inc, sizeof(uint64_t));
}

• 向 eventfd 写入数据 → 触发 epoll 读事件 → epoll_wait() 返回 → Java 继续处理消息。

6. 总结调用链

Java Handler.sendMessage()
 → MessageQueue.enqueueMessage()
   → nativeWake(mPtr)
     → write(eventfd)

Java MessageQueue.next()
 → nativePollOnce()
   → epoll_wait(epollFd) 阻塞
      ↑
   eventfd 可读 → epoll 返回

7. 为何使用epoll+ eventfd？epoll 的作用

• 类似 select 和 poll，用于监听多个 fd 的 I/O 可读/可写。
• 比传统的 select 更高效，尤其在 fd 多的时候。

eventfd 的作用

• 内核提供的轻量级信号量机制。
• 一个 fd，只能做简单的计数器行为（+1, -1, 可读/写）。
• 可以用于跨线程、线程唤醒。

在 MessageQueue 场景中：

• epoll 用于阻塞等待事件
• eventfd 用于通知消息队列中有新消息

8. 相关核心文件路径（AOSP）

补充：Native 层 ALooper（NDK）

Android NDK 提供了 ALooper，它本质就是 Looper 的封装，也使用 epoll_wait 和 eventfd，可供 Native C/C++ 程序使用消息循环，与 Java 层对等。

上一篇：Native Looper

下一篇：epoll和eventfd