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2. Android Handler 通信 - 源码分析与手写 Handler 框架
3. Android Handler 通信 - 彻底了解 Handler 的通信过程
相关源码文件：
/frameworks/base/core/java/android/os/Handler.java
/frameworks/base/core/java/android/os/MessageQueue.java
/frameworks/base/core/java/android/os/Looper.java
framework/base/core/jni/android_os_MessageQueue.cpp
system/core/libutils/Looper.cpp
system/core/include/utils/Looper.h
在 Android 应用开发过程中，跨进程通信一般是 binder 驱动 ，关于 binder 驱动的源码分析，大家感兴趣可以看看我之前的一些文章。这里我们来聊聊线程间的通信 Handler，关于 handler 的通信原理我想大家应该都是倒背如流。但有一些比较细节的东西大家可能就未必了解了：
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基于 Handler 可以做性能检测
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基于 Handler 可以做性能优化
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基于 Handler 竟然也可以做跨进程通信？
关于 Handler 的基础原理篇，大家有不了解的可以看看 《Android Handler 通信 - 源码分析与手写 Handler 框架》 ，本文这里我们先来分析一下 Handler 是怎么处理消息延迟的，这是我在头条面试碰到的一个题目。首先我们先自己思考一下：如果我们要延迟 2s 再去处理这个消息，自己实现会怎样去处理？（思考五分钟）我们一起来看看源码：
// MessageQueue.java 中的 next 方法源码
Message next() {
// 判断 native 层的 MessageQueue 对象有没有正常创建
final long ptr = mPtr;
if (ptr == 0) {
return null;
}
// 消息执行需要等待的时间
int nextPollTimeoutMillis = 0;
for (;;) {
// 执行 native 层的消息延迟等待，调 next 方法第一次不会进来
nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);
synchronized (this) {
// 获取当前系统的时间
final long now = SystemClock.uptimeMillis();
Message prevMsg = null;
Message msg = mMessages;
...
if (msg != null) {
if (now < msg.when) {
// 需要延迟， 计算延迟时间
nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE);
} else {
// 不需要延迟获取已经过了时间，立马返回
mBlocked = false;
if (prevMsg != null) {
prevMsg.next = msg.next;
} else {
mMessages = msg.next;
}
msg.next = null;
// 标记为已在使用状态
msg.markInUse();
return msg;
}
} else {
// 如果队列里面没有消息，等待时间是 -1
nextPollTimeoutMillis = -1;
}
// 有没有空闲的 IdleHandler 需要执行，一般我们没关注这个功能
// 后面内容有专门解释，这里目前分析是 == 0 ，跳出
if (pendingIdleHandlerCount <= 0) {
mBlocked = true;
continue;
}
...
}
pendingIdleHandlerCount = 0;
nextPollTimeoutMillis = 0;
}
}
通过源码分析我们发现消息的处理过程，是通过当前消息的执行时间与当前系统时间做比较，如果小于等于当前系统时间则立即返回执行该消息，如果大于当前系统时间则调用 nativePollOnce 方法去延迟等待被唤醒，当消息队列里面为空时则设置等待的时间为 -1。关于 IdleHandler 、异步消息和消息屏障的源码已被我忽略，大家待会可以看文章后面的分析。我们跟进到 Native 层的 android_os_MessageQueue_nativePollOnce 方法。
static void android_os_MessageQueue_nativePollOnce(JNIEnv* env, jobject obj,
jlong ptr, jint timeoutMillis) {
// 通地址转换成 native 层的 MessageQueue 对象
NativeMessageQueue* nativeMessageQueue = reinterpret_cast<NativeMessageQueue*>(ptr);
nativeMessageQueue->pollOnce(env, obj, timeoutMillis);
}
void NativeMessageQueue::pollOnce(JNIEnv* env, jobject pollObj, int timeoutMillis) {
// 调用 native 层 Looper 对象的 pollOnce 方法
mLooper->pollOnce(timeoutMillis);
}
inline int pollOnce(int timeoutMillis) {
return pollOnce(timeoutMillis, NULL, NULL, NULL); 【5】
}
int Looper::pollOnce(int timeoutMillis, int* outFd, int* outEvents, void** outData) {
int result = 0;
for (;;) {
...
if (result != 0) {
...
return result;
}
// 再处理内部轮询
result = pollInner(timeoutMillis); 【6】
}
}
int Looper::pollInner(int timeoutMillis) {
...
int result = POLL_WAKE;
mResponses.clear();
mResponseIndex = 0;
mPolling = true; //即将处于idle状态
// fd最大个数为16
struct epoll_event eventItems[EPOLL_MAX_EVENTS];
// 等待事件发生或者超时，在 nativeWake() 方法，向管道写端写入字符，则该方法会返回；
int eventCount = epoll_wait(mEpollFd, eventItems, EPOLL_MAX_EVENTS, timeoutMillis);
...
return result;
}
通过源码分析我们能发现 Looper.loop() 方法并不是一个死循环那么简单，如果真是一个简单的死循环那得多耗性能，其实 native 层是调用 epoll_wait 进入等待的，timeoutMillis 这里有三种情况分别为：0 ，-1 和 >0 。如果是 -1 那么该方法会一直进入等待，如果是 0 那么该方法会立即返回，如果是 >0 该方法到等待时间就会立即返回，关于 epoll_wait 的使用和原理介绍，大家可以看看之前的内容。接下来我们看看唤醒方法：
boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
...
synchronized (this) {
if (mQuitting) {
...
// We can assume mPtr != 0 because mQuitting is false.
// 如果需要唤醒，调用 nativeWake 方法唤醒
if (needWake) {
nativeWake(mPtr);
}
}
return true;
}
void NativeMessageQueue::wake() {
mLooper->wake();
}
void Looper::wake() {
uint64_t inc = 1;
// 向管道 mWakeEventFd 写入字符1 , 写入失败仍然不断执行
ssize_t nWrite = TEMP_FAILURE_RETRY(write(mWakeEventFd, &inc, sizeof(uint64_t)));
if (nWrite != sizeof(uint64_t)) {
if (errno != EAGAIN) {
ALOGW("Could not write wake signal, errno=%d", errno);
}
}
}
我们来总结一下延迟消息的处理过程：首先我们在 native 层其实也有 Handler.cpp 、MessageQueue.cpp 和 Looper.cpp 对象，但他们并不是与 Java 层一一对应的，只有 MessageQueue.java 和 MessageQueue.cpp 有关联。当我们上层计算好延迟时间后调用 native 层 nativePollOnce 方法，其内部实现采用 epoll 来处理延迟等待返回（6.0版本）。
当有新的消息插入时会调用 native 层的 nativeWake 方法，这个方法很简单就是向文件描述符中写入一个最简单的 int 数据 -1，目的是为了唤醒之前的 epoll_wait 方法，其实也就是唤醒 nativePollOnce 的等待。关于 Handler.cpp 、MessageQueue.cpp 和 Looper.cpp 对象，如果大家感兴趣可以看看之前的文章。
由此可见大公司的一个简单面试题就能过滤到很多人，我以前也经常听到同学抱怨，你为什么要问我这些问题，开发中又用不上。那么接下带大家来看看开发中能用上的，但我们可能并不熟悉的一些源码细节。
- IdleHandler
我们在实际的开发过程中为了不阻塞主线程的其它任务执行，可能要等主线程空闲下来再去执行某个特定的方法，比如我们写了一个性能监测的工具，触发了某些条件要不定时的去收集某些信息，这个肯定是不能去影响主线程的，否则我们发现加了某些性能监测工具，反而会引起整个应用性能更差甚至引起卡顿。那如何才能知道主线程是否空闲了？
Looper.myQueue().addIdleHandler(new MessageQueue.IdleHandler() {
@Override
public boolean queueIdle() {
// 开始执行一些其它操作，可能不耗时也可能稍微耗时
// 比如跨进程访问，比如查询数据库，比如收集某些信息，比如写日志等等
return false;
}
});
这个代码很简单，只是我们平时可能比较少接触，我们来看看源码：
public void addIdleHandler(@NonNull IdleHandler handler) {
if (handler == null) {
throw new NullPointerException("Can't add a null IdleHandler");
}
synchronized (this) {
mIdleHandlers.add(handler);
}
}
Message next() {
int pendingIdleHandlerCount = -1; // -1 only during first iteration
for (;;) {
synchronized (this) {
// 目前这里分析有内容
if (mPendingIdleHandlers == null) {
mPendingIdleHandlers = new IdleHandler[Math.max(pendingIdleHandlerCount, 4)];
}
mPendingIdleHandlers = mIdleHandlers.toArray(mPendingIdleHandlers);
}
// 循环遍历所有的 IdleHandler 回调
for (int i = 0; i < pendingIdleHandlerCount; i++) {
final IdleHandler idler = mPendingIdleHandlers[i];
mPendingIdleHandlers[i] = null; // release the reference to the handler
// 回调执行 queueIdle 方法
boolean keep = false;
try {
keep = idler.queueIdle();
} catch (Throwable t) {
Log.wtf(TAG, "IdleHandler threw exception", t);
}
// 执行完函数返回是不是需要空闲时一直回调
if (!keep) {
synchronized (this) {
mIdleHandlers.remove(idler);
}
}
}
pendingIdleHandlerCount = 0;
nextPollTimeoutMillis = 0;
}
}
- 主线程方法耗时
在实际的应用开发过程中，我们可能会发现界面会有卡顿的问题，尤其是在一些复杂的场景下，比如直播间各种礼物动画效果或者复杂列表滑动等等，当然引起卡顿的原因会有很多，比如机型的不同，在我们的手机上丝丝般顺滑，在测试的手机上却像没吃饭一样，当然还与 cpu 使用率、主线程执行耗时操作和磁盘 I/O 操作等等都有关。实际过程中要排查卡顿其实是比较复杂的，这里我们主要来监听排查是不是主线程有方法耗时：
@Override
public void onCreate() {
super.onCreate();
Looper.getMainLooper().setMessageLogging(new Printer() {
long currentTime = -1;
@Override
public void println(String x) {
if (x.contains(">>>>> Dispatching to ")) {
currentTime = System.currentTimeMillis();
} else if (x.contains("<<<<< Finished to ")) {
long executeTime = System.currentTimeMillis() - currentTime;
// 原则上是 16 毫秒，一般没办法做到这么严格
if (executeTime > 60) {
Log.e("TAG", "主线程出现方法耗时");
}
}
}
});
}
当然这么做只能监测到主线程有方法耗时而引起卡顿，可能目前这些代码无法跟踪到是哪个方法耗时引起的卡顿，但基于这些代码去实现是哪个方法引起的耗时应该是 soeasy ，这里我们先不做过多的延伸主要来看下原理：
/**
* Run the message queue in this thread. Be sure to call
* {@link #quit()} to end the loop.
*/
public static void loop() {
final Looper me = myLooper();
if (me == null) {
throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
}
final MessageQueue queue = me.mQueue;
for (;;) {
Message msg = queue.next(); // might block
if (msg == null) {
// No message indicates that the message queue is quitting.
return;
}
// 在执行方法之前做打印
final Printer logging = me.mLogging;
if (logging != null) {
logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " +
msg.callback + ": " + msg.what);
}
// 执行消息的分发
try {
msg.target.dispatchMessage(msg);
end = (slowDispatchThresholdMs == 0) ? 0 : SystemClock.uptimeMillis();
} finally {
if (traceTag != 0) {
Trace.traceEnd(traceTag);
}
}
// 执行方法之后再做打印
if (logging != null) {
logging.println("<<<<< Finished to " + msg.target + " " + msg.callback);
}
...
}
}
原理其实是非常简单的，关于异步消息、消息屏障、跨进程通信以及监听具体的某个方法耗时，在后面的源码分析中会陆陆续续的提到，大家感兴趣可以持续关注。国庆快乐～
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