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六、消息机制(Handler)

六、消息机制(Handler)

作者: 木小伍 | 来源:发表于2021-09-24 16:30 被阅读0次

    Handler

    通常情况下,handler就是用来更新UI的。

    1.消息机制的模型

    消息机制主要包含:MessageQueue,Handler和Looper这三大部分,以及Meesage

    • Message:需要传递的消息,可以传递数据。
    • MessageQueue:消息队列,但是它的内部实现,并不是用的队列,实际上是通过一个单链表的数据结构来维护消息列表,因为单链表在插入和删除有优势。主要功能向消息池投递消息(MessageQueue.enqueueMessage)和取走消息池的消息(MessageQueue.next)。
    • Handler:消息辅助类,主要功能向消息池发送各种消息(Handler.sendMessage)和处理相应的消息事件(Handler.handlMessage);
    • Looper:不断循环执行(Looper.loop),从MessageQueue中读取消息,按分发机制将消息分发给目标处理者。
    2.消息机制的架构

    消息机制的运行流程:在子线程执行完耗时操作,当Handler发送消息时,将会调用MessageQueue.enqueueMessage,向消息队列中添加消息。当通过Looper.loop开启循环后,会不断从线程池中读取消息,即调用MessageQueue.next方法,然后调用目标Handler(即发送该消息的Handler)的dispatchMessage方法传递消息,然后返回到Handler所在的线程,目标Handler收到消息,调用handleMessage方法,接收消息,处理消息。


    image.png
    3.消息机制源码解析
      1. Looper
        要想使用消息机制,首先要创建一个Looper。
        初始化Looper
        无参的情况下,默认调用prepare(true),表示的是这个Looper可以退出,而对于false的情况,表示当前Looper不能退出。
        public static void prepare() {
            prepare(true);
        }
    
        private static void prepare(boolean quitAllowed) {
            if (sThreadLocal.get() != null) {
                throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
            }
            sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));
        }
    

    不能重复创建Looper,只能创建一个。创建Looper,并保存在ThreadLocal。其中ThreadLocal是线程本地存储区(Thread Local Storage,简称TLS),每个线程都有自己的私有的本地存储区域,不同的线程不能访问其他线程的TLS。
    开启Looper

    public static void loop() {
     final Looper me = myLooper();//获取TLS存储中的Looper对象。
            if (me == null) {
                throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
            }
            final MessageQueue queue = me.mQueue;//获取Looper对象中的消息队列
            // Make sure the identity of this thread is that of the local process,
            // and keep track of what that identity token actually is.
            Binder.clearCallingIdentity();
            final long ident = Binder.clearCallingIdentity();
            for (;;) { //进入looper的主循环方法
                Message msg = queue.next(); // 可能会阻塞,因为next()方法会无线循环
                if (msg == null) { //消息为空,则退出循环
                    // No message indicates that the message queue is quitting.
                    return;
                }
              ... 
              msg.target.dispatchMessage(msg);//获取msg的目标Handler然后用于分发Messae。
             }
    }
    

    loop(),进入循环模式,不断进行下面的操作,直到消息为空时退出循环:

    1. 读取MessageQueue的下一条Message,把Message分发给对应的Handler。
    2. 当next(),读取下一条消息,队列中已经没有消息时候,next()会无限循环,产生阻塞。等待MessageQueue中加入消息,然后重新唤醒。
    3. 主线程中不需要自己创建Looper,这是由于在程序启动的时候,系统已经自动调用了Looper.prepare()方法。ActivityThread中的main()方法有调用。
      1. Handler
        public Handler(@Nullable Callback callback, boolean async) {
          // 需要先执行Looper.prepare(),才能获取Looper对象。
           mLooper = Looper.myLooper();
            if (mLooper == null) {
                throw new RuntimeException(
                    "Can't create handler inside thread " + Thread.currentThread()
                            + " that has not called Looper.prepare()");
            }
            mQueue = mLooper.mQueue;//消息队列,来自Looper对象
            mCallback = callback;//回调方法
            mAsynchronous = async;//设置消息是否未异步处理
        }
    

    对于handler的无参构造方法,默认采用当前线程TSL中的Looper对象,并且回调方法为null,且消息为同步处理。只要执行Looper.prepare()方法,那么便可以获取有效的Looper对象。
    handler的发送消息的方法有几种,无论是post()还是send(),但是终究还是调用了sendMessageAtTime()方法
    在子线程中,使用runOnUiThread,内部调用的是handler的post()方法,最终调用的是sendMessageAtTime()方法。

       public final void runOnUiThread(Runnable action) {
            if (Thread.currentThread() != mUiThread) {
                mHandler.post(action);
            } else {
                action.run();
            }
        }
    

    sendMessageAtTime()代码

      public boolean sendMessageAtTime(@NonNull Message msg, long uptimeMillis) {
            MessageQueue queue = mQueue;
            if (queue == null) {
                RuntimeException e = new RuntimeException(
                        this + " sendMessageAtTime() called with no mQueue");
                Log.w("Looper", e.getMessage(), e);
                return false;
            }
            return enqueueMessage(queue, msg, uptimeMillis);
        }
       private boolean enqueueMessage(@NonNull MessageQueue queue, @NonNull Message msg,
                long uptimeMillis) {
            msg.target = this;
            msg.workSourceUid = ThreadLocalWorkSource.getUid();
    
            if (mAsynchronous) {
                msg.setAsynchronous(true);
            }
            return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
        }
    

    主要就是调用enqueueMessage方法。往消息队列里面插入一条数据。
    MessageQueue 中enqueueMessage方法

      boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
            //每一个Message必须有一个Target。
            if (msg.target == null) {
                throw new IllegalArgumentException("Message must have a target.");
            }
            if (msg.isInUse()) {
                throw new IllegalStateException(msg + " This message is already in use.");
            }
            synchronized (this) {
                if (mQuitting) { //正在退出,回收msg,加入到消息池。
                    msg.recycle();
                    return false;
                }
                msg.markInUse();
                msg.when = when;
                Message p = mMessages;
                boolean needWake;
                if (p == null || when == 0 || when < p.when) {
                    // p为null(代表MessageQueue没有消息) 或者msg的触发时间是队列内最早的,则加入该分支。
                    msg.next = p;
                    mMessages = msg;
                    needWake = mBlocked;
                } else {
    
    //将消息按时间顺序插入到MessageQueue。通常不需要唤醒时间队列,除非消息头部存在阻塞,并且同时Message是队列中最早的异步消息。  
                    needWake = mBlocked && p.target == null && msg.isAsynchronous();
                    Message prev;
                    for (;;) {
                        prev = p;
                        p = p.next;
                        if (p == null || when < p.when) {
                            break;
                        }
                        if (needWake && p.isAsynchronous()) {
                            needWake = false;
                        }
                    }
                    msg.next = p; // invariant: p == prev.next
                    prev.next = msg;
                }
    
                // We can assume mPtr != 0 because mQuitting is false.
                if (needWake) {
                    nativeWake(mPtr);
                }
            }
            return true;
        }
    

    MessageQueue是按照Message触发时间的先后排序排列的,队头的消息将是最早触发的,当有消息需要加入消息队列时,会从队列头开始遍历,直到找到消息应该插入的合适位置,保证所有消息的时间顺序。

      1. 获取消息
        当发送了消息后,在MessageQueue维护了消息队列,然后在Looper中通过loop()方法,不停的获取消息。其中最重要的就是调用了queue.next()方法来获取下一条消息。
        MessageQueue.next()具体实现流程
      @UnsupportedAppUsage
       Message next() {
           final long ptr = mPtr;
           if (ptr == 0) { //当前循环已经退出,则直接返回
               return null;
           }
           int pendingIdleHandlerCount = -1; // 循环迭代的首次= -1
           int nextPollTimeoutMillis = 0;
           for (;;) {
               if (nextPollTimeoutMillis != 0) {
                   Binder.flushPendingCommands();
               }
             //阻塞操作,当等待nextPollTimeoutMillis时长,或者消息队列被唤醒是都会返回。
               nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);
               synchronized (this) {
                   // Try to retrieve the next message.  Return if found.
                   final long now = SystemClock.uptimeMillis();
                   Message prevMsg = null;
                   Message msg = mMessages;
                   if (msg != null && msg.target == null) {
                       // 当消息Handler为空时, 查询MessageQueue中的下一条异步消息msg, 为空则退出循环。
                       do {
                           prevMsg = msg;
                           msg = msg.next;
                       } while (msg != null && !msg.isAsynchronous());
                   }
                   if (msg != null) {
                       if (now < msg.when) {
                           // Next message is not ready.  Set a timeout to wake up when it is ready.
                           nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE);
                       } else {  
                           mBlocked = false;
                           if (prevMsg != null) {
                               prevMsg.next = msg.next;
                           } else {
                               mMessages = msg.next;
                           }
                           msg.next = null;
                     //设置消息的使用状态, 即flags |= FLAG_IN_USE
                           msg.markInUse();
                  // 获取一条消息,并返回。
                           return msg;
                       }
                   } else {
                       //没有消息
                       nextPollTimeoutMillis = -1;
                   }
                   // 消息正在退出,返回null
                   if (mQuitting) {
                       dispose();
                       return null;
                   }
              }
       }
    

    nativePollOnce是阻塞操作,其中nextPollTimeoutMillis表示下一个消息到来前,还需要等待的时长,当nextPollTimeoutMillis = -1时,表示消息队列中没有消息,会一直等待下去。
    可以看出next(),方法根据消息的触发时间,获取下一条需要执行的消息,队列中消息为空,则会进行阻塞操作。

      1. 分发消息
        在loop()中,获取到下一条消息后,执行 msg.target.dispatchMessage(msg),来分发消息到目标Handler对象。msg.target实际上Handler的引用,所以该方法实际调用的是Handler的dispatchMessage()方法。
        dispatchMessage()方法
        public void dispatchMessage(@NonNull Message msg) {
            if (msg.callback != null) {
                handleCallback(msg);
            } else {
                if (mCallback != null) {
                    if (mCallback.handleMessage(msg)) {
                        return;
                    }
                }
                handleMessage(msg);
            }
        }
     private static void handleCallback(Message message) {
            message.callback.run();
        }
    

    分发消息流程:
    当message的msg.callback不为空时,则回调方法msg.callback.run();
    当handler的mCallback不为空时,则回调mCallback.handleMessage(msg);
    最后调用Handler自身的回调方法handleMessage(),默认为空实现。需要开发者重写。
    优先级:
    message.callback.run() > mCallback.handleMessage(msg) > handleMessage(msg)

    4.消息机制总结

    总结

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