GTK+主循环(main loop)的工作原理

GTK+主循环(main loop)的工作原理

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作者联系方式:Li XianJing <xianjimli at hotmail dot com>

更新时间:2007-3-17

我们知道GUI应用程序都是事件驱动的。这些事件大部分都来自于用户,比如键盘事件、鼠标事件或笔点事件。还有一些事件来自于系统内部,比如定时事件、socket事件和其它文件事件等等。在没有任何事件的情况下,应用程序处于睡眠状态。

因为这种事件驱动机制,GUI应用程序都毫无例外的需要一个主循环(main loop)。主循环(main loop)控制应用程序什么时候进入睡眠状态,什么时候被唤醒。主循环实现得好,应用程序才能工作正常又省电。

Win32 GUI应用程序的主循环是我们比较熟悉的,其大致如下:

       // Main message loop:

       while (GetMessage(&msg, NULL, 0, 0))

       {

              if (!TranslateAccelerator(msg.hwnd, hAccelTable, &msg))

              {

                     TranslateMessage(&msg);

                     DispatchMessage(&msg);

              }

       }

在这个主循环中,它不断的从消息队列中提取消息,然后分发给消息的目标(通常是窗口),直到GetMessage返回FALSE(收到WM_QUIT消息,一般调用PostQuitMessage)为止,如果队列中没有消息,应用程序就进入睡眠状态。这种方法简单明了,缺陷也是明显的,它只能挂在消息队列上,而不能同时挂在多个事件源上(如管道和socket等)。要挂在多个事件源上,需要使用其它方式,比如用WaitForMultipleObjects,那就比较麻烦了。

而在GTK+应用程序中,其主循环(main loop)更加简单,但是非常的不明了:

gtk_main ();

不少人用GTK+写了很长时间的程序,还是觉得这行代码很神秘,不知道里面到底干了什么。本文试图分析一下gtk_main的工作原理:

gtk_main主要是对glib的main loop的包装,基本上分为三步:

1.         调用初始化函数。

2.         进入glib main loop

3.         调用~初始化函数。

所以弄清楚glib main loop之后,gtk_main的实现也就尽收眼底了,本文重点分析glib的main loop的实现。main loop使用模式大致如下:

loop = g_main_loop_new (NULL, TRUE);

g_main_loop_run (loop);

g_main_loop_new创建一个main loop对象,一个main loop对象只能被一个线程使用,但一个线程可以有多个main loop对象。在GTK+应用中,一个线程使用多个main loop的主要用途是实现模态对话框,它在gtk_dialog_run函数里创建一个新的main loop,通过该main loop分发消息,直到对话框关闭为止。

g_main_loop_run则是进入主循环,它会一直阻塞在这里,直到让它退出为止。有事件时,它就处理事件,没事件时就睡眠。

g_main_loop_quit则是用于退出主循环,相当于Win32下的PostQuitMessage函数。

Glib main loop的最大特点就是支持多事件源,使用非常方便。来自用户的键盘和鼠标事件、来自系统的定时事件和socket事件等等,还支持一个称为idle的事件源,其主要用途是实现异步事件。Main loop的基本组成如下图所示:

GMainLoop的主要部件是GMainContext,GMainContext可以在多个GMainLoop间共享,但要求这些GMainLoop都在同一个线程中运行,前面提到的模态对话框就属于这一类。GMainContext通常由多个GSource组成,GSource是事件源的抽象,任何事件源,只要实现GSource规定的接口,都可以挂到GMainContext中来。

GSource的接口函数有:

1.         gboolean (*prepare) (GSource    *source, gint       *timeout_);进入睡眠之前,在g_main_context_prepare里,mainloop调用所有Source的prepare函数,计算最小的timeout时间,该时间决定下一次睡眠的时间。

2.         gboolean (*check)    (GSource    *source); poll被唤醒后,在g_main_context_check里,mainloop调用所有Source的check函数,检查是否有Source已经准备好了。如果poll是由于错误或者超时等原因唤醒的,就不必进行dispatch了。

3.         gboolean (*dispatch) (GSource*source, GSourceFunc callback,gpointer user_data); 当有Source准备好了,在g_main_context_dispatch里,mainloop调用所有Source的dispatch函数,去分发消息。

4.         void     (*finalize) (GSource    *source); 在Source被移出时,mainloop调用该函数去销毁Source。

Main loop的工作流程简图如下:

下面我们看看几个内置Source的实现机制:

Idle 它主要用实现异步事件,功能类似于Win32下的PostMessage。但它还支持重复执行的特性,根据用户注册的回调函数的返回值而定。

1.         g_idle_prepare把超时设置为0,也就是即时唤醒,不进入睡眠状态。

2.         g_idle_check 始终返回TRUE,表示准备好了。

3.         g_idle_dispatch 调用用户注册的回调函数。

Timeout 它主要用于实现定时器,支持一次定时和重复定时,根据用户注册的回调函数的返回值而定。

1.         g_timeout_prepare 计算下一次的超时时间。

2.         g_timeout_check 检查超时时间是否到了,如果到了就返回TRUE,否则返回FALSE。

3.         g_timeout_dispatch调用用户注册的回调函数。

线程可以向自己的mainloop中增加Source,也可以向其它线程的mainloop增加Source。向自己的mainloop中增加Source时,mainloop已经唤醒了,所以不会存在什么问题。而向其它线程的mainloop增加Source时,对方线程可能正挂在poll里睡眠,所以要想法唤醒它,否则Source可能来不及处理。在Linux下,这是通过wake_up_pipe管道实现的,mainloop在poll时,它除了等待所有的Source外,还会等待wake_up_pipe管道。要唤醒poll,调用g_main_context_wakeup_unlocked向wake_up_pipe里写入字母A就行了。

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