Android中Alarm的机制

本次给大家分析的是Android中Alarm的机制所用源码为最新的Android4.4.4。首先简单介绍如何使用Alarm并给出其工作原理，接着分析Alarm和Timer以及Handler在完成定时任务上的差别，最后分析Alarm机制的源码。

什么是Alarm

Alarm是android提供的用于完成闹钟式定时任务的类，系统通过AlarmManager来管理所有的Alarm，Alarm支持一次性定时任务和循环定时任务，它的使用方式很简单，这里不多做介绍，只给出一个简单的示例：

AlarmManager alarmMgr = (AlarmManager) getSystemService(Context.ALARM_SERVICE);
Intent intent = new Intent(getApplicationContext(), TestActivity.class);
PendingIntent pendIntent = PendingIntent.getActivity(getApplicationContext(),
        0, intent, PendingIntent.FLAG_UPDATE_CURRENT);
//5秒后发送广播，只发送一次
int triggerAtTime = SystemClock.elapsedRealtime() + 5 * 1000;
alarmMgr.set(AlarmManager.ELAPSED_REALTIME, triggerAtTime, pendIntent);

Alarm和Timer以及Handler在定时任务上的区别

相同点：

三者都可以完成定时任务，都支持一次性定时和循环定时（注：Handler可以间接支持循环定时任务）

不同点：

Handler和Timer在定时上是类似的，二者在系统休眠的情况下无法正常工作，定时任务不会按时触发。Alarm在系统休眠的情况下可以正常工作，并且还可以决定是否唤醒系统，同时Alarm在自身不启动的情况下仍能正常收到定时任务提醒，但是当系统重启或者应用被杀死的情况下，Alarm定时任务会被取消。另外，从Android4.4开始，Alarm事件默认采用非精准方式，即定时任务可能会有小范围的提前或延后，当然我们可以强制采用精准方式，而在此之前，Alarm事件都是精准方式。

Alarm与Binder的交互

Alarm由AlarmManager来管理，从使用方式来看，AlarmManager很简单，我们只要得到了AlarmManager的对象，就可以调用set方法来设定定时任务了，而如何得到AlarmManager对象呢？也很简单，AlarmManager alarmMgr = (AlarmManager) getSystemService(Context.ALARM_SERVICE)；下面我们去看看AlarmManager的set方法，当然AlarmManager还有setRepeating方法，但是二者是类似的。为了更好地理解下面的内容，需要你了解AIDL，如果你还不了解，请参看android跨进程通信(IPC):使用AIDL。

code：AlarmManager#set

public void set(int type, long triggerAtMillis, PendingIntent operation) {
    setImpl(type, triggerAtMillis, legacyExactLength(), 0, operation, null);
}

public void set(int type, long triggerAtMillis, long windowMillis, long intervalMillis,
        PendingIntent operation, WorkSource workSource) {
    setImpl(type, triggerAtMillis, windowMillis, intervalMillis, operation, workSource);
}

private void setImpl(int type, long triggerAtMillis, long windowMillis, long intervalMillis,
        PendingIntent operation, WorkSource workSource) {
    if (triggerAtMillis < 0) {
        /* NOTYET
        if (mAlwaysExact) {
            // Fatal error for KLP+ apps to use negative trigger times
            throw new IllegalArgumentException("Invalid alarm trigger time "
                    + triggerAtMillis);
        }
        */
        triggerAtMillis = 0;
    }

    try {
        //定时任务实际上都有mService来完成，也就是说AlarmManager只是一个空壳
        //从下面的构造方法可以看出，这个mService是IAlarmManager类型的，而IAlarmManager是一个接口
        //如果大家了解AIDL就应该知道IAlarmManager应该是一个AIDL接口
        mService.set(type, triggerAtMillis, windowMillis, intervalMillis, operation,
                workSource);
    } catch (RemoteException ex) {
    }
}

AlarmManager(IAlarmManager service, Context ctx) {
    mService = service;

    final int sdkVersion = ctx.getApplicationInfo().targetSdkVersion;
    mAlwaysExact = (sdkVersion < Build.VERSION_CODES.KITKAT);
}

说明：我对代码进行了注释，从注释可以看出，现在我们需要去找到这个mService，其实我已经帮大家找到了，它就是AlarmManagerService

Alarm机制分析

通过上面的一系列分析，我们知道AlarmManager的所有功能都是通过AlarmManagerService来完成的，在分析源码之前，我先来描述下Alarm的工作原理：从Android4.4开始，Alarm默认为非精准模式，除非显示指定采用精准模式。在非精准模式下，Alarm是批量提醒的，每个alarm根据其触发时间和最大触发时间的不同会被加入到不同的batch中，同一个batch的不同alarm是同时发生的，这样就无法实现精准闹钟，官方的解释是批量处理可以减少设备被唤醒次数以及节约电量，不过针对精准闹钟，官方预留的方法是setExact和setWindow，二者都是通过将时间窗口定义为0来实现精准闹钟的，因为时间窗口为0，意味着触发时间和最大触发时间是一样的，因为典型的情况下：最大触发时间= 触发时间 + 时间窗口。同时所有的batch是按开始时间升序排列的，在一个batch内部，不同的闹钟也是按触发时间升序排列的，所以闹钟的唤醒顺序是按照batch的排序依次触发的，而同一个batch中的alarm是同时触发的，可以用下面这个示意图来描述：

上图是示意图，系统中可以有多个batch，每个batch中可以有多个alarm。下面我们分析一下AlarmManagerService中的代码。其入口方法为set，set又调用了setImplLocked，所以我们直接看setImplLocked。

code：AlarmManagerService#setImplLocked

private void setImplLocked(int type, long when, long whenElapsed, long maxWhen, long interval,
        PendingIntent operation, boolean isStandalone, boolean doValidate,
        WorkSource workSource) {
    /**创建一个alarm，其中各参数的含义如下：
     * type 闹钟类型 ELAPSED_REALTIME、RTC、RTC_WAKEUP等
     * when 触发时间 UTC类型，绝对时间，通过System.currentTimeMillis()得到
     * whenElapsed 相对触发时间，自开机算起，含休眠，通过SystemClock.elapsedRealtime()得到
     * maxWhen 最大触发时间
     * interval 触发间隔，针对循环闹钟有效
     * operation 闹钟触发时的行为，PendingIntent类型
     */
    Alarm a = new Alarm(type, when, whenElapsed, maxWhen, interval, operation, workSource);
    //根据PendingIntent删除之前已有的同一个闹钟
    removeLocked(operation);

    boolean reschedule;
    //尝试将alarm加入到合适的batch中，如果alarm是独立的或者无法找到合适的batch去容纳此alarm，返回-1
    int whichBatch = (isStandalone) ? -1 : attemptCoalesceLocked(whenElapsed, maxWhen);
    if (whichBatch < 0) {
        //没有合适的batch去容纳alarm，则新建一个batch
        Batch batch = new Batch(a);
        batch.standalone = isStandalone;
        //将batch加入mAlarmBatches中，并对mAlarmBatches进行排序：按开始时间升序排列
        reschedule = addBatchLocked(mAlarmBatches, batch);
    } else {
        //如果找到合适了batch去容纳此alarm，则将其加入到batch中
        Batch batch = mAlarmBatches.get(whichBatch);
        //如果当前alarm的加入引起了batch开始时间和结束时间的改变，则reschedule为true
        reschedule = batch.add(a);
        if (reschedule) {
            //由于batch的起始时间发生了改变，所以需要从列表中删除此batch并重新加入、重新对batch列表进行排序
            mAlarmBatches.remove(whichBatch);
            addBatchLocked(mAlarmBatches, batch);
        }
    }

    if (DEBUG_VALIDATE) {
        if (doValidate && !validateConsistencyLocked()) {
            Slog.v(TAG, "Tipping-point operation: type=" + type + " when=" + when
                    + " when(hex)=" + Long.toHexString(when)
                    + " whenElapsed=" + whenElapsed + " maxWhen=" + maxWhen
                    + " interval=" + interval + " op=" + operation
                    + " standalone=" + isStandalone);
            rebatchAllAlarmsLocked(false);
            reschedule = true;
        }
    }

    if (reschedule) {
        rescheduleKernelAlarmsLocked();
    }
}

说明：通过上述代码可以看出，当我们创建一个alarm的时候，仅仅是将这个alarm加入到某个batch中，系统中有一个batch列表，专门用于存储所有的alarm。可是仅仅把alarm加入到batch中还不行，系统还必须提供一个类似于Looper的东西一直去遍历这个列表，一旦它发现有些alarm的时间已经到达就要把它取出来去执行。事实上，AlarmManagerService中的确有一个类似于Looper的东西去干这个事情，只不过它是个线程，叫做AlarmThread。下面看它的代码：

code：AlarmManagerService#AlarmThread

private class AlarmThread extends Thread
{
    public AlarmThread()
    {
        super("AlarmManager");
    }

    public void run()
    {
        //当前时间触发的alarm列表
        ArrayList<Alarm> triggerList = new ArrayList<Alarm>();

        while (true)
        {
            //jni方法，顾名思义，阻塞式方法，当有alarm的时候会被唤醒
            int result = waitForAlarm(mDescriptor);

            triggerList.clear();

            if ((result & TIME_CHANGED_MASK) != 0) {
                if (DEBUG_BATCH) {
                    Slog.v(TAG, "Time changed notification from kernel; rebatching");
                }
                remove(mTimeTickSender);
                //将所有的alarm重新排序
                rebatchAllAlarms();
                mClockReceiver.scheduleTimeTickEvent();
                Intent intent = new Intent(Intent.ACTION_TIME_CHANGED);
                intent.addFlags(Intent.FLAG_RECEIVER_REPLACE_PENDING
                        | Intent.FLAG_RECEIVER_REGISTERED_ONLY_BEFORE_BOOT);
                mContext.sendBroadcastAsUser(intent, UserHandle.ALL);
            }

            synchronized (mLock) {
                final long nowRTC = System.currentTimeMillis();
                final long nowELAPSED = SystemClock.elapsedRealtime();
                if (localLOGV) Slog.v(
                    TAG, "Checking for alarms... rtc=" + nowRTC
                    + ", elapsed=" + nowELAPSED);

                if (WAKEUP_STATS) {
                    if ((result & IS_WAKEUP_MASK) != 0) {
                        long newEarliest = nowRTC - RECENT_WAKEUP_PERIOD;
                        int n = 0;
                        for (WakeupEvent event : mRecentWakeups) {
                            if (event.when > newEarliest) break;
                            n++; // number of now-stale entries at the list head
                        }
                        for (int i = 0; i < n; i++) {
                            mRecentWakeups.remove();
                        }

                        recordWakeupAlarms(mAlarmBatches, nowELAPSED, nowRTC);
                    }
                }
                //这个方法会把batch列表中的第一个batch取出来然后加到触发列表中
                //当然，前提是此batch的开始时间不大于当前时间
                //同时，如果是循环闹钟，则会对下次任务进行再次定时
                triggerAlarmsLocked(triggerList, nowELAPSED, nowRTC);
                rescheduleKernelAlarmsLocked();

                // 遍历触发列表，发送PendingIntent
                for (int i=0; i<triggerList.size(); i++) {
                    Alarm alarm = triggerList.get(i);
                    try {
                        if (localLOGV) Slog.v(TAG, "sending alarm " + alarm);
                        //这里PendingIntent会被send，结果就是我们的定时任务被执行了
                        alarm.operation.send(mContext, 0,
                                mBackgroundIntent.putExtra(
                                        Intent.EXTRA_ALARM_COUNT, alarm.count),
                                mResultReceiver, mHandler);

                        // we have an active broadcast so stay awake.
                        if (mBroadcastRefCount == 0) {
                            setWakelockWorkSource(alarm.operation, alarm.workSource);
                            mWakeLock.acquire();
                        }
                        final InFlight inflight = new InFlight(AlarmManagerService.this,
                                alarm.operation, alarm.workSource);
                        mInFlight.add(inflight);
                        mBroadcastRefCount++;

                        final BroadcastStats bs = inflight.mBroadcastStats;
                        bs.count++;
                        if (bs.nesting == 0) {
                            bs.nesting = 1;
                            bs.startTime = nowELAPSED;
                        } else {
                            bs.nesting++;
                        }
                        final FilterStats fs = inflight.mFilterStats;
                        fs.count++;
                        if (fs.nesting == 0) {
                            fs.nesting = 1;
                            fs.startTime = nowELAPSED;
                        } else {
                            fs.nesting++;
                        }
                        if (alarm.type == ELAPSED_REALTIME_WAKEUP
                                || alarm.type == RTC_WAKEUP) {
                            bs.numWakeup++;
                            fs.numWakeup++;
                            //针对能唤醒设备的闹钟，这里会做一些唤醒设备的事情
                            ActivityManagerNative.noteWakeupAlarm(
                                    alarm.operation);
                        }
                    } catch (PendingIntent.CanceledException e) {
                        if (alarm.repeatInterval > 0) {
                            // This IntentSender is no longer valid, but this
                            // is a repeating alarm, so toss the hoser.
                            remove(alarm.operation);
                        }
                    } catch (RuntimeException e) {
                        Slog.w(TAG, "Failure sending alarm.", e);
                    }
                }
            }
        }
    }
}

说明：上述代码中，AlarmThread会一直循环的跑着，一旦有新的alarm触发，它就会取出一个batch然后逐个发送PendingIntent，具体alarm的触发是由底层来完成的，我没法再继续分析下去。还有就是Alarm中有一些细节，我没有进行很具体的分析，实际上很简单，大家一看就懂。到此为止，Alarm机制的主要流程也分析完了。

总结

本文没有详细介绍如何使用Alarm，因为很简单，看一下官方文档或者网上搜一下，到处都是。关于Alarm，有一点需要强调一下：当手机重启或者应用被杀死的时候，Alarm会被删除，因此，如果想通过Alarm来完成长久定时任务是不可靠的，如果非要完成长久定时任务，可以这样：将应用的所有Alarm信息存到数据库中，每次应用启动的时候都重新注册Alarm并更新Alarm的触发时间，通过这种方式就不存在Alarm丢失的情况了。本文很长，耗时8个小时才完成的，感谢大家阅读本文，希望本文能给大家带来一点帮助。