主线程Looper.loop()里的死循环不ANR疑惑

引子：

正如我们所知，在android中如果主线程中进行耗时操作会引发ANR（Application Not Responding）异常。

当应用程序的UI线程响应超时才会引起ANR, 造成ANR的原因一般有两种：
1. 当前的事件没有机会得到处理，例如UI线程正在响应另一个事件，当前事件被阻塞了。
2. 当前的事件正在处理，但由于耗时太长没能及时完成。

一般造成ANR的场景,从本质上将, 产生ANR的原因有三种：
 1. KeyDispatchTimeout：原因就是View的点击事件或者触摸事件在5s内无法得到响应。
 2. BroadcastTimeout：原因是BroadcastReceiver的onReceive()函数运行在主线程中，在10s内无法完成处理。
 3. ServiceTimeout：原因是Service的生命周期函数在20s内无法完成处理。
 

为了避免ANR异常，android使用了Handler消息处理机制。让耗时操作在子线程运行。

因此产生了3个疑惑：

1.Android中为什么主线程不会因为Looper.loop()里的死循环卡死？ 

2.哪里有相关代码为这个死循环准备了一个新线程去运转？ 

3.Activity的生命周期方法都是在主线程里执行的，那这些生命周期方法是怎么实现在死循环体外能够执行起来的？

要完全彻底理解这个问题，需要准备以下4方面的知识：Process/Thread，Android Binder IPC，Handler/Looper/MessageQueue消息机制，Linux pipe/epoll机制。

(1) Android中为什么主线程不会因为Looper.loop()里的死循环卡死？ 

这里涉及线程，先说说说进程/线程，进程：每个app运行时前首先创建一个进程，该进程是由Zygote fork出来的，用于承载App上运行的各种Activity/Service等组件。进程对于上层应用来说是完全透明的，这也是google有意为之，让App程序都是运行在Android Runtime。大多数情况一个App就运行在一个进程中，除非在AndroidManifest.xml中配置Android:process属性，或通过native代码fork进程。

线程：线程对应用来说非常常见，比如每次new Thread().start都会创建一个新的线程。该线程与App所在进程之间资源共享，从Linux角度来说进程与线程除了是否共享资源外，并没有本质的区别，都是一个task_struct结构体，在CPU看来进程或线程无非就是一段可执行的代码，CPU采用CFS调度算法，保证每个task都尽可能公平的享有CPU时间片。

有了这么准备，再说说死循环问题：

对于线程既然是一段可执行的代码，当可执行代码执行完成后，线程生命周期便该终止了，线程退出。而对于主线程，我们是绝不希望会被运行一段时间自己就退出，那么如何保证能一直存活呢？简单做法就是可执行代码是能一直执行下去的，死循环便能保证不会被退出，例如，binder线程也是采用死循环的方法，但不是简单地死循环。但这里可能又引发了另一个问题，既然是死循环又如何去处理其他事务呢？通过创建新线程的方式。

真正会卡死主线程的操作是在回调方法onCreate/onStart/onResume等操作时间过长，会导致掉帧，甚至发生ANR，looper.loop本身不会导致应用卡死。

主线程的死循环一直运行是不是特别消耗CPU资源呢？ 其实不然，这里就涉及到Linux pipe/epoll机制，简单说就是在主线程的MessageQueue没有消息时，便阻塞在loop的queue.next()中的nativePollOnce()方法里，详情见Android消息机制1-Handler(Java层)，此时主线程会释放CPU资源进入休眠状态，直到下个消息到达或者有事务发生，通过往pipe管道写端写入数据来唤醒主线程工作。这里采用的epoll机制，是一种IO多路复用机制，可以同时监控多个描述符，当某个描述符就绪(读或写就绪)，则立刻通知相应程序进行读或写操作，本质同步I/O，即读写是阻塞的。 所以说，主线程很多时候都是处理休眠状态，并不会消耗大量CPU资源。

 

(2) 哪里有相关代码为这个死循环准备了一个新线程去运转？ 

事实上，会在进入死循环之前便创建了新binder线程，在代码ActivityThread.main()中：

public static void main(String[] args) {

  ......

  //创建Looper和MessageQueue对象，用于处理主线程的消息

  Looper.prepareMainLooper();

  //创建ActivityThread对象

  ActivityThread thread = new ActivityThread();

  //建立Binder通道 (创建新线程)

  thread.attach(false);

  Looper.loop(); //消息循环运行

  throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");

  ......

}

thread.attach(false)；便会创建一个Binder线程，具体过程，可查看 startService流程分析，这里不展开说，简单说Binder用于进程间通信，采用C/S架构。关于binder感兴趣的朋友可查看为什么Android要采用Binder作为IPC机制？ - Gityuan的回答

 

(3) Activity的生命周期是怎么实现在死循环体外能够执行起来的？

Activity的生命周期都是依靠主线程的Looper.loop，当收到不同Message时则采用相应措施：

看看Looper.loop()方法：

public static final void loop() {  
    Looper me = myLooper();  
    MessageQueue queue = me.mQueue;  
    // 开始了死循环
    while (true) {  
        Message msg = queue.next(); // might block  
        if (msg != null) {  
            if (msg.target == null) {  
                return;  
            }  
            ......
            msg.target.dispatchMessage(msg);  
            ......
            msg.recycle();  
        }  
    }  
}
看看H.handleMessage(msg)方法，根据接收到不同的msg，执行相应的生命周期。

public void handleMessage(Message msg) {
            switch (msg.what) {
                case LAUNCH_ACTIVITY: {
                    Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "activityStart");
                    final ActivityClientRecord r = (ActivityClientRecord) msg.obj;

                    r.packageInfo = getPackageInfoNoCheck(
                            r.activityInfo.applicationInfo, r.compatInfo);
                    handleLaunchActivity(r, null);
                    Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
                } break;
                case PAUSE_ACTIVITY:
                    Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "activityPause");
                    handlePauseActivity((IBinder)msg.obj, false, (msg.arg1&1) != 0, msg.arg2,
                            (msg.arg1&2) != 0);
                    maybeSnapshot();
                    Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
                    break;

            ...........
}
 

主线程的消息又是哪来的呢？当然是App进程中的其他线程通过Handler发送给主线程，请看接下来的内容：

system_server进程是系统进程，java framework框架的核心载体，里面运行了大量的系统服务，比如这里提供ApplicationThreadProxy（简称ATP），ActivityManagerService（简称AMS），这个两个服务都运行在system_server进程的不同线程中，由于ATP和AMS都是基于IBinder接口，都是binder线程，binder线程的创建与销毁都是由binder驱动来决定的。

App进程则是我们常说的应用程序，主线程主要负责Activity/Service等组件的生命周期以及UI相关操作都运行在这个线程； 另外，每个App进程中至少会有两个binder线程 ApplicationThread(简称AT)和ActivityManagerProxy（简称AMP），除了图中画的线程，其中还有很多线程，比如signal catcher线程等，这里就不一一列举。

Binder用于不同进程之间通信，由一个进程的Binder客户端向另一个进程的服务端发送事务，比如图中线程2向线程4发送事务；而handler用于同一个进程中不同线程的通信，比如图中线程4向主线程发送消息。

结合图说说Activity生命周期，比如暂停Activity，流程如下：

1. 线程1的AMS中调用线程2的ATP；（由于同一个进程的线程间资源共享，可以相互直接调用，但需要注意多线程并发问题）
2. 线程2通过binder传输到App进程的线程4；
3. 线程4通过handler消息机制，将暂停Activity的消息发送给主线程；
4. 主线程在looper.loop()中循环遍历消息，当收到暂停Activity的消息时，便将消息分发给ActivityThread.H.handleMessage()方法，再经过方法的调用，最后便会调用到Activity.onPause()，当onPause()处理完后，继续循环loop下去。

另外，

ActivityThread实际上并非线程，不像HandlerThread类，ActivityThread并没有真正继承Thread类，只是往往运行在主线程，该人以线程的感觉，其实承载ActivityThread的主线程就是由Zygote fork而创建的进程。

 

总结:

Looer.loop()方法可能会引起主线程的阻塞，但只要它的消息循环没有被阻塞，能一直处理事件就不会产生ANR异常。