Chrome MessageLoop类分析

Windows程序是基于消息的，不管其封装形式如何，最后都要包含如下代码



MSG msg;
while(GetMesssage(&msg))
{
TranslateMessage(&msg);
DispatchMessage(&msg); 
}


大部分的工作都是在这个while循环里完成。 GetMessage获得一条消息，然后调用DispatchMessage分发消息。DispatchMessage首先找到消息对应的窗口，调用窗口的消息处理函数，在消息处理函数里通过switch/case执行对应的处理代码，然后返回继续获得下一个消息GetMessage。直到收到WM_QUIT消息，while循环才会退出，否则一直阻塞在GetMessage处等待消息。




一条线程启动后，如果不是进入消息循环，那么很快就结束，比如以下线程入口函数


unsigned int WINAPI ThreadFunc(LPVOID param)
{
... 


//执行到这里，线程就准备退出了
}


因为创建线程是有代价的，我们希望线程能一直运行，所以加入消息循环，比如


unsigned int WINAPI ThreadFunc(LPVOID param)
{
... 


while(WaitForMessage()) 
{
DispatchMessage(); 
}

}


消息循环就是让线程一直运行在类似的while循环中，不断检查和分发消息，直到收到特定消息而退出循环，然后线程就结束了。 




一般来说，除非只为特定工作而创建的线程之外，通用的公共线程都应该有一个消息队列和消息循环。 这样，我们可以通过把消息发送到指定线程的消息队列中，从而让消息在指定线程中处理，而避免多线程访问所带来的并发访问问题。




在Chrome里，是使用MessageLoop对象来封装以上的消息处理循环代码。一条线程在启动后，就会创建MessageLoop对象，并调用MessageLoop.Run()方法来进入消息循环。当MessageLoop.Run()函数返回，即线程退出。


class MessageLoop : public base::MessagePump::Delegate {
{
public:


// Run the message loop.
void Run();


// Signals the Run method to return after it is done processing all pending
// messages. This method may only be called on the same thread that called
// Run, and Run must still be on the call stack.
//
// Use QuitTask if you need to Quit another thread's MessageLoop, but note
// that doing so is fairly dangerous if the target thread makes nested calls
// to MessageLoop::Run. The problem being that you won't know which nested
// run loop you are quiting, so be careful!
//
void Quit();


// Returns the MessageLoop object for the current thread, or null if none.
static MessageLoop* current();




// The "PostTask" family of methods call the task's Run method asynchronously
// from within a message loop at some point in the future.
//
// With the PostTask variant, tasks are invoked in FIFO order, inter-mixed
// with normal UI or IO event processing. 
//
// The MessageLoop takes ownership of the Task, and deletes it after it has
// been Run().
//
// NOTE: These methods may be called on any thread. The Task will be invoked
// on the thread that executes MessageLoop::Run().


void PostTask( const tracked_objects::Location& from_here, Task* task);
}


调用MessageLoop::current()方法可以获得当前线程对应的MessageLoop对象，并可以调用其PostTask方法让该线程上执行一个Task。PostTask把Task放入队列后就返回了，Task会在稍后的消息循环中得到处理。 


MessageLoop除了执行Task，还可以处理常规的windows消息以及IO事件等，具体要看MessagLoop的类型。 MessageLoop内部使用使用MessagePump对象来处理消息，并根据不同的类型创建不同的MessagePump。




MessageLoop::MessageLoop(Type type)
{
lazy_tls_ptr.Pointer()->Set(this);


if (type_ == TYPE_DEFAULT) {
pump_ = new base::MessagePumpDefault();
} else if (type_ == TYPE_IO) {
pump_ = new base::MessagePumpForIO();
} else {
DCHECK(type_ == TYPE_UI);
pump_ = new base::MessagePumpForUI();
}
}


void MessageLoop::RunInternal() 
{
pump_->Run(this);
}


MessagePumpDefault最简单，只执行Task。MessagePumpForUI可以处理windows消息队列，而MessagePumpForIO可以处理IO完成端口的消息。不同Pump获得消息的方式是不一样的，MessagePumpDefault等待Event信号量，PumpForUI从Windows的消息队列，而PumpForIO是从IO完成端口。


void MessagePumpDefault::Run(Delegate* delegate) {

if (delayed_work_time_.is_null()) {
event_.Wait();
} else {
TimeDelta delay = delayed_work_time_ - Time::Now();
if (delay > TimeDelta()) {
event_.TimedWait(delay);
} else {
delayed_work_time_ = Time();
}
}
}


void MessagePumpForUI::WaitForWork() {


DWORD result;
result = MsgWaitForMultipleObjectsEx(0, NULL, delay, QS_ALLINPUT,
MWMO_INPUTAVAILABLE);


if (WAIT_OBJECT_0 == result) {
MSG msg = {0};
DWORD queue_status = GetQueueStatus(QS_MOUSE);
if (HIWORD(queue_status) & QS_MOUSE &&
!PeekMessage(&msg, NULL, WM_MOUSEFIRST, WM_MOUSELAST, PM_NOREMOVE)) {
WaitMessage();
}
return;
}




bool MessagePumpForIO::GetIOItem(DWORD timeout, IOItem* item) {
memset(item, 0, sizeof(*item));
ULONG_PTR key = NULL;
OVERLAPPED* overlapped = NULL;
if (!GetQueuedCompletionStatus(port_.Get(), &item->bytes_transfered, &key,
&overlapped, timeout)) {
if (!overlapped)
return false; // Nothing in the queue.
item->error = GetLastError();
item->bytes_transfered = 0;
}


item->handler = reinterpret_cast<IOHandler*>(key);
item->context = reinterpret_cast<IOContext*>(overlapped);
return true;
}




PostTask只是把Task放在一个Task队列里的，如果这时候线程处于等待消息的阻塞状态，那么还需要发送一条消息去唤醒线程。不同的Pump使用不同的方式，PumpDefault是等待Event信号量，PumpForUI是阻塞在GetMessage上等待Windows消息，所以可以发送Windows消息唤醒。而PumpForIO是阻塞在IO完成端口上，那么只要模拟发送一个IO完成信息过去即可唤醒线程。


void MessagePumpDefault::ScheduleWork() {
// Since this can be called on any thread, we need to ensure that our Run
// loop wakes up.
event_.Signal();
}


void MessagePumpForUI::ScheduleWork() {
PostMessage(message_hwnd_, kMsgHaveWork, reinterpret_cast<WPARAM>(this), 0);
}


void MessagePumpForIO::ScheduleWork() {
BOOL ret = PostQueuedCompletionStatus(port_, 0,
reinterpret_cast<ULONG_PTR>(this),
reinterpret_cast<OVERLAPPED*>(this));
}




MessagePump对Native消息（Windows消息或IO完成消息）有自己的处理方式（PumpDefault没有消息要处理），而Task则由MessageLoop来统一处理。


void MessagePumpDefault::Run(Delegate* delegate) {


for (;;) {
ScopedNSAutoreleasePool autorelease_pool;


bool did_work = delegate->DoWork();
if (!keep_running_)
break;


if (did_work)
continue;


did_work = delegate->DoIdleWork();
if (!keep_running_)
break;


if (did_work)
continue;


if (delayed_work_time_.is_null()) {
event_.Wait();
} else {
TimeDelta delay = delayed_work_time_ - Time::Now();
if (delay > TimeDelta()) {
event_.TimedWait(delay);
} else {
// It looks like delayed_work_time_ indicates a time in the past, so we
// need to call DoDelayedWork now.
delayed_work_time_ = Time();
}
}
// Since event_ is auto-reset, we don't need to do anything special here
// other than service each delegate method.
}


keep_running_ = true;
}


void MessagePumpForUI::DoRunLoop() {
for (;;) {
bool more_work_is_plausible = ProcessNextWindowsMessage();
if (state_->should_quit)
break;


if (more_work_is_plausible)
continue;


more_work_is_plausible = state_->delegate->DoIdleWork();
if (state_->should_quit)
break;


if (more_work_is_plausible)
continue;


WaitForWork(); // Wait (sleep) until we have work to do again.
}
}




void MessagePumpForIO::DoRunLoop() {
for (;;) {
bool more_work_is_plausible = state_->delegate->DoWork();
if (state_->should_quit)
break;


more_work_is_plausible |= WaitForIOCompletion(0, NULL);
if (state_->should_quit)
break;


if (more_work_is_plausible)
continue;


more_work_is_plausible = state_->delegate->DoIdleWork();
if (state_->should_quit)
break;


if (more_work_is_plausible)
continue;


WaitForWork(); // Wait (sleep) until we have work to do again.
}
}


MessageLoop对象从队列里取出Task执行，即调用Task::Run，然后删除。


void MessageLoop::RunTask(Task* task) {
task->Run();
delete task;
}




当一条线程创建了MessageLoop对象之后，它就具备了运行Task的能力，我们就可以任意指派Task在该线程执行。就像这样


some_message_loop->PostTask( some_task);




因为MessageLoop的本意是处理和分发消息的，是共用，所以消息处理代码不宜运行过长时间，包括Task。因为这会长时间阻塞住整条MessageLoop，影响其它消息的处理。对于需要长时间运行的，还是需要创建单独的工作线程，或者调用异步执行代码。 比如Socket, Pipe和File都是可以用非阻塞的方式操作，即异步IO--在Windows平台上可以使用IO完成端口来方便处理。MessageLoopForIO可以用于异步IO专用线程，调用者只有把IO对象的句柄交给MessageLoopForIO对象（MessagePumpForIO ::RegisterIOHandler），以后每当有IO对象的操作完成时，调用者就会从MessageLoopForIO收到回调通知（IOHandler::OnIOCompleted）。 MessageLoopForUI就更不用说了，因为Windows窗口是绑定到创建线程上的，所以只要有一个MessageLoopForUI对象就可以处理属于该线程的所有Windows消息，不需要额外的注册过程。 


class MessagePumpForIO : public MessagePumpWin {


class IOHandler {
public:
virtual ~IOHandler() {}
// This will be called once the pending IO operation associated with
// |context| completes. |error| is the Win32 error code of the IO operation
// (ERROR_SUCCESS if there was no error). |bytes_transfered| will be zero
// on error.
virtual void OnIOCompleted(IOContext* context, DWORD bytes_transfered,
DWORD error) = 0;
};




void RegisterIOHandler(HANDLE file_handle, IOHandler* handler);


}


所以，如果相关模块都可以异步调用，那么只要有两条线程（分别处理UI和IO消息）即可满足程序的需要，而主线程一般就是UI线程。 使用基于MessageLoop的消息分发机制，可以大大减少线程的数量，避免程序并发带来的各种问题。




在线源码：
http://src.chromium.org/viewvc/chrome/trunk/src/base/message_loop.h?revision=30066
http://src.chromium.org/viewvc/chrome/trunk/src/base/message_loop.cc?revision=30066
http://src.chromium.org/viewvc/chrome/trunk/src/base/message_pump.h?revision=10791
http://src.chromium.org/viewvc/chrome/trunk/src/base/message_pump_default.h?revision=4022
http://src.chromium.org/viewvc/chrome/trunk/src/base/message_pump_default.cc?revision=4022
http://src.chromium.org/viewvc/chrome/trunk/src/base/message_pump_win.h?revision=5021
http://src.chromium.org/viewvc/chrome/trunk/src/base/message_pump_win.cc?revision=14649