Handler模型.png
可以将Handler模型理解为：生产者—消费者 模型。
该模型中，生产者在子线程中生产Message，调用Handler对象的sendMessage()等方法，将Message加入到MessageQueue中；Looper.loop()死循环从MessageQueue中取出Message，然后调用Handler对象的handleMessage()方法在主线程中消耗掉Message。
1.源码分析
想要弄清楚Handler，得先理解Thread和ThreadLocal
1.1 Thread和ThreadLocal
public class Thread implements Runnable {
...
ThreadLocalMap threadLocals = null;
...
}
从Thread源码中得知：
- 每一个Thread都有一个ThreadLocalMap类型的成员变量：threadLocals
- ThreadLocalMap定义在ThreadLocal中
public class ThreadLocal<T> {
public ThreadLocal() {
}
public T get() {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null) {
ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
if (e != null) {
@SuppressWarnings("unchecked")
T result = (T)e.value;
return result;
}
}
return setInitialValue();
}
public void set(T value) {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
map.set(this, value);
else
createMap(t, value);
}
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
return t.threadLocals;
}
void createMap(Thread t, T firstValue) {
t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}
static class ThreadLocalMap {
...
}
}
从ThreadLocal源码中得知：
- ThreadLocal并不是一个Thread，只不过Thread使用了ThreadLocal中定义的ThreadLocalMap。
- 由createMap方法可知，ThreadLocal负责创建当前线程对应Thread对象的ThreadLocalMap
- getMap方法获取的是当前线程对应Thread对象的threadLocals属性
- set方法是将某一个对象添加到当前线程对应Thread对象的threadLocals中，get方法同理。
测试ThreadLocal：
public class MyTest {
/**
* 多个线程可以共用一个ThreadLocal
*/
private static ThreadLocal<Person> mThreadLocal = new ThreadLocal<>();
public static void main(String[] args) {
new MyThread("张三").start();
new MyThread("李四").start();
}
static class MyThread extends Thread {
private Person mPerson;
public MyThread(String name) {
mPerson = new Person(name);
}
@Override
public void run() {
super.run();
// ThreadLocal的set、get方法操作的是当前线程对应Thread对象的threadLocals属性
mThreadLocal.set(mPerson);
Person person = mThreadLocal.get();
System.out.println(Thread.currentThread() + "----" + person.getName());
}
}
static class Person {
private String mName;
public Person(String name) {
mName = name;
}
public String getName() {
return mName;
}
public void setName(String name) {
this.mName = name;
}
}
}
测试结果：
Thread[Thread-0,5,main]----张三
Thread[Thread-1,5,main]----李四
ThreadLocal总结：
ThreadLocal提供了线程局部变量，每个线程都可以通过set和get方法来对这个局部变量进行操作，且不会和其他线程的局部变量冲突，实现了线程的数据隔离。
1.2 Looper、MessageQueue、Message、Handler
Looper和Handler都持有MessageQueue的引用，那么是谁创建的MessageQueue？
查看Looper的源码，从Looper的构造函数可知，MessageQueue是由Looper创建的。
public final class Lopper {
@UnsupportedAppUsage
static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();
@UnsupportedAppUsage
final MessageQueue mQueue;
final Thread mThread;
private Looper(boolean quitAllowed) {
mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
mThread = Thread.currentThread();
}
public static void prepare() {
prepare(true);
}
@Deprecated
public static void prepareMainLooper() {
prepare(false);
synchronized (Looper.class) {
if (sMainLooper != null) {
throw new IllegalStateException("The main Looper has already been prepared.");
}
sMainLooper = myLooper();
}
}
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));
}
public static @Nullable Looper myLooper() {
return sThreadLocal.get();
}
public static void loop() {
final Looper me = myLooper();
...
me.mInLoop = true;
final MessageQueue queue = me.mQueue;
...
for (;;) {
...
Message msg = queue.next(); // might block
...
try {
msg.target.dispatchMessage(msg);
}
}
}
public void quit() {
mQueue.quit(false);
}
}
从Looper源码中得知：
- Looper的构造函数私有化，不能通过new创建Looper对象，需要使用
Looper.prepare()来创建Looper对象 - 从
sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));得知可以在当前线程的其他地方使用sThreadLocal.get()获取Looper对象 -
loop()方法里面写了一个死循环，不断的调用MessageQueue的next()方法获取Message对象，并调用Handler的dispatchMessage(msg)方法(msg.target指的就是Handler对象)
public class Handler {
// Handler的构造函数有很多个，这里只展示其中的两个
public Handler(@Nullable Callback callback, boolean async) {
...
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;
mCallback = callback;
mAsynchronous = async;
}
@UnsupportedAppUsage
public Handler(@NonNull Looper looper, @Nullable Callback callback, boolean async) {
mLooper = looper;
mQueue = looper.mQueue;
mCallback = callback;
mAsynchronous = async;
}
// Handler的子类必须实现handleMessage方法
public void handleMessage(@NonNull Message msg) {
}
public void dispatchMessage(@NonNull Message msg) {
...
handleMessage(msg);
...
}
/**
* sendMessage/sendEmptyMessage/sendEmptyMessageDelayed/sendMessageDelayed/...
* 如上所有的发送消息方法最终都执行的是sendMessageAtTime
*/
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);
}
}
从Handler源码可知：
- 我们在使用Handler的时候，一般是new一个Handler，然后重写
handleMessage方法，该方法是由dispatchMessage来调用，而dispatchMessage是在Looper对象的loop()方法中的死循环中执行。 -
sendMessage、sendEmptyMessage、sendMessageDelayed等发送消息的方法，实际上调用的是MessageQueue对象的enqueueMessage(msg, uptimeMillis)方法，将Message对象放入MessageQueue中
public final class MessageQueue { {
// True if the message queue can be quit.
@UnsupportedAppUsage
private final boolean mQuitAllowed;
@UnsupportedAppUsage
Message mMessages;
MessageQueue(boolean quitAllowed) {
mQuitAllowed = quitAllowed;
mPtr = nativeInit();
}
@UnsupportedAppUsage
Message next() {
// Message是一个单链表结构，有一个属性next指向了后一个Message
}
boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
synchronized (this) {
// 时间参数when表示Message的优先级
// 1.根据时间参数when来判断当前Message(假设为curr_msg)要插入到哪一个Message(假设为pre_msg)的后面
// 2.如果pre_msg的next不为空，则用一个临时变量记录：temp_msg = pre_msg.next
// 3.将pre_msg.next = curr_msg，然后将curr_msg.next = temp_msg
}
}
void quit(boolean safe) {
if (!mQuitAllowed) {
throw new IllegalStateException("Main thread not allowed to quit.");
}
...
}
}
从MessageQueue的源码可知：
mQuitAllowed表示MessageQueue是否可以销毁。
我们在创建Looper时，一般调用的是Looper.prepare()，该方法最终调用的是Looper的构造方法，会将mQuitAllowed设置为true，表示可以销毁。
public final class ActivityThread extends ClientTransactionHandler {
public static void main(String[] args) {
...
Looper.prepareMainLooper();
...
Looper.loop();
...
}
}
从ActivityThread源码可知：
启动一个app时，会在app的主线程创建一个Looper，而此时调用的是Looper.prepareMainLooper()，会将mQuitAllowed设置为false，表示不可以销毁。
public final class Message implements Parcelable {
@UnsupportedAppUsage
/*package*/ Handler target;
@UnsupportedAppUsage
/*package*/ Message next;
/** @hide */
public static final Object sPoolSync = new Object();
private static Message sPool;
private static int sPoolSize = 0;
public void setTarget(Handler target) {
this.target = target;
}
public static Message obtain() {
synchronized (sPoolSync) {
if (sPool != null) {
Message m = sPool;
sPool = m.next;
m.next = null;
m.flags = 0; // clear in-use flag
sPoolSize--;
return m;
}
}
return new Message();
}
public static Message obtain(Message orig) {
Message m = obtain();
m.what = orig.what;
m.arg1 = orig.arg1;
m.arg2 = orig.arg2;
m.obj = orig.obj;
m.replyTo = orig.replyTo;
m.sendingUid = orig.sendingUid;
m.workSourceUid = orig.workSourceUid;
if (orig.data != null) {
m.data = new Bundle(orig.data);
}
m.target = orig.target;
m.callback = orig.callback;
return m;
}
}
从Message源码可知：
- 成员变量target是一个Handler对象
- 可以通过
Message.obtain()来创建Message对象，这种方式可以复用已经创建过的Message，从而避免频繁的创建、销毁Message，达到优化内存和性能的目的。
1.3 Toast
不知道大家有没有在子线程中使用过Toast，如果有，那么你可能碰到过在子线程中直接调用Toast的makeText()方法会报错Can't toast on a thread that has not called Looper.prepare()
public class Toast {
public Toast(Context context) {
this(context, null);
}
public Toast(@NonNull Context context, @Nullable Looper looper) {
...
looper = getLooper(looper);
...
}
private Looper getLooper(@Nullable Looper looper) {
if (looper != null) {
return looper;
}
return checkNotNull(Looper.myLooper(),
"Can't toast on a thread that has not called Looper.prepare()");
}
public static Toast makeText(Context context, CharSequence text, @Duration int duration) {
return makeText(context, null, text, duration);
}
public static Toast makeText(@NonNull Context context, @Nullable Looper looper,
@NonNull CharSequence text, @Duration int duration) {
if (Compatibility.isChangeEnabled(CHANGE_TEXT_TOASTS_IN_THE_SYSTEM)) {
Toast result = new Toast(context, looper);
result.mText = text;
result.mDuration = duration;
return result;
} else {
Toast result = new Toast(context, looper);
View v = ToastPresenter.getTextToastView(context, text);
result.mNextView = v;
result.mDuration = duration;
return result;
}
}
}
从Toast源码可知：
-
makeText()会调用Toast的构造函数，构造函数中调用getLooper()，此时looper为空，会执行checkNotNull(Looper.myLooper(), "...")方法，通过方法名可以直接得出该方法用于判空，为空则抛出异常。 - 从Looper的源码可知，
Looper.myLooper()获取的是当前线程的Looper对象，而此时子线程的Looper对象为空，导致了异常。
子线程中使用Toast的方法：
第一步，调用Looper.prepare()给子线程创建一个Looper对象。
第二步，调用Toast.makeText(...).show()向子线程的MessageQueue插入Message
第三步，调用Looper.loop()，从MessageQueue中取出Message
1.4 ThreadHandler
1.5 同步屏障
同步Message和异步Message的区别：
- 同步(sync)就是一个一个的来，处理完一个再处理下一个；异步(async)就是可以同时处理多个，不需要等待。
- 同步Message，就是按照顺序执行的Message，默认情况下，我们通过Handler对象的sendMessage()方法发送的Message就是同步Message。
- 异步Message，类似于屏幕点击事件的Message，就是异步Message。
什么是同步屏障？
字面意思理解，就是设置了一道屏障，让同步Message不可以通过，从而优先处理异步Message
那么同步屏障如何设置？我们来看ViewRootImpl的源码：
public final class ViewRootImpl implements ViewParent,
View.AttachInfo.Callbacks, ThreadedRenderer.DrawCallbacks {
...
@UnsupportedAppUsage(maxTargetSdk = Build.VERSION_CODES.R, trackingBug = 170729553)
void scheduleTraversals() {
if (!mTraversalScheduled) {
mTraversalScheduled = true;
mTraversalBarrier = mHandler.getLooper().getQueue().postSyncBarrier();
mChoreographer.postCallback(
Choreographer.CALLBACK_TRAVERSAL, mTraversalRunnable, null);
notifyRendererOfFramePending();
pokeDrawLockIfNeeded();
}
}
void unscheduleTraversals() {
if (mTraversalScheduled) {
mTraversalScheduled = false;
mHandler.getLooper().getQueue().removeSyncBarrier(mTraversalBarrier);
mChoreographer.removeCallbacks(
Choreographer.CALLBACK_TRAVERSAL, mTraversalRunnable, null);
}
}
...
}
从ViewRootImpl的源码可知：
-
scheduleTraversals()中调用了MessageQueue对象的postSyncBarrier()方法，设置了同步屏障，设置同步屏障的代码如下：
public final class MessageQueue {
@UnsupportedAppUsage
@TestApi
public int postSyncBarrier() {
return postSyncBarrier(SystemClock.uptimeMillis());
}
private int postSyncBarrier(long when) {
// Enqueue a new sync barrier token.
// We don't need to wake the queue because the purpose of a barrier is to stall it.
synchronized (this) {
final int token = mNextBarrierToken++;
final Message msg = Message.obtain();
msg.markInUse();
msg.when = when;
msg.arg1 = token;
Message prev = null;
Message p = mMessages;
if (when != 0) {
while (p != null && p.when <= when) {
prev = p;
p = p.next;
}
}
if (prev != null) { // invariant: p == prev.next
msg.next = p;
prev.next = msg;
} else {
msg.next = p;
mMessages = msg;
}
return token;
}
}
}
如上代码可知，设置同步屏障就是在MessageQueue队列中新增了一个Message对象，并将该Message对象插入到队列的最前面。当我们调用Handler对象的sendMessage()方法时，会将Message对象的target属性设置为Handler对象，而此处postSyncBarrier()方法没有设置Message对象的target，说明target=null
-
scheduleTraversals()中调用了mChoreographer.postCallback()，追踪源码可知调用的是Handler对象的sendMessageAtTime()发送Message，但是在发送Message之前执行了调用了Message对象的setAsynchronous(true)，将Message设置为了异步消息
Message msg = mHandler.obtainMessage(MSG_DO_SCHEDULE_CALLBACK, action);
msg.arg1 = callbackType;
msg.setAsynchronous(true);
mHandler.sendMessageAtTime(msg, dueTime);
-
unscheduleTraversals()中调用了MessageQueue对象的removeSyncBarrier()方法，移除了同步屏障 -
unscheduleTraversals()中调用了mChoreographer.removeCallbacks()，追踪源码可知调用的是Handler对象的removeMessages()，就是将Message从MessageQueue中移除。
再来看MessageQueue的next()方法：
@UnsupportedAppUsage
Message next() {
...
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) {
// Stalled by a barrier. Find the next asynchronous message in the queue.
do {
prevMsg = msg;
msg = msg.next;
} while (msg != null && !msg.isAsynchronous());
}
}
...
}
在next()方法中的if语句中，判断了Message对象的target属性是否为空。如果为空，则说明MessageQueue队列中有需要优先处理的异步Message，此时执行do-while循环，去查找队列中的异步Message，找到异步Message之后返回给Looper。判断一个Message是否为异步Message：msg.isAsynchronous()
同步屏障总结：
- 要使用异步Message，需要发送两个Message。一个Message的
target=null，用于告诉MessageQueue，当前队列中有异步消息；另一个Message才是真正的消息载体，并且要设置setAsynchronous(true)，用于标记Message的异步属性。 - Looper的死循环中，会调用MessageQueue的
next()方法从消息队列中获取消息，而 MessageQueue的next()方法会优先返回异步消息。
2.Handler常见面试题
2.1 一个线程有几个Handler？
答：一个线程可以有多个Handler，需要时，通过new Handler()的方式创建Handler
2.2 一个线程有几个Looper，如何保证？
答：一个线程只有一个Looper，从Looper的源码中可知，Looper的构造私有化了，需要通过Looper.prepare()创建Looper，创建的Looper会使用ThreadLocal存起来，再次调用Looper.prepare()会检查ThreadLocal中是否有Looper，如果有则抛出异常。
2.3 Handler内存泄漏的原因？
答：假设在Activity中使用匿名内部类的方式创建了一个Handler：
public class MainActivity extends Activity {
private TextView mTextView;
Handler mHandler = new Handler() {
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
super.handleMessage(msg);
// 等价于：MainActivity.this.mTextView.setText("hello")
mTextView.setText("hello");
if (msg.what == 100) {
// do something...
}
}
};
@Override
protected void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
new Thread(){
@Override
public void run() {
super.run();
Message message = new Message();
message.what = 100;
// 延迟一小时发送
mHandler.sendMessageDelayed(message, 1000 * 60 * 60);
}
}.start();
}
}
结论：匿名内部类默认会持有外部类对象的引用，这也是为什么能直接调用mTextView.setTex()的原因
- 从Message的源码可知，Message有一个Handler类型的属性target，说明Message持有一个Handler
- 从上述结论可知Handler持有MainActivity对象
- 如果Message得不到释放，则Handler也得不到释放，那么MainActivity也得不到释放
上述代码中，将Message设置为延迟一小时后再发送，如果一小时内需要finish掉MainActivity跳转到其他Activity，则此时会发生内存泄漏，因为GC无法回收MainActivity。
可以使用静态内部类 + 弱引用的方式解决：
public class MainActivity extends Activity {
private TextView mTextView;
Handler mHandler;
@Override
protected void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
mHandler = new MyHandler(this);
new Thread(){
@Override
public void run() {
super.run();
Message message = new Message();
message.what = 100;
// 延迟一小时发送
mHandler.sendMessageDelayed(message, 1000 * 60 * 60);
}
}.start();
}
private static class MyHandler extends Handler {
private WeakReference<MainActivity> mMainReference;
public MyHandler(MainActivity mainActivity) {
mMainReference = new WeakReference<MainActivity>(mainActivity);
}
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
MainActivity mainActivity = mMainReference.get();
mainActivity.mTextView.setText("hello");
if (msg.what == 100) {
// do something...
}
}
}
}
2.4 为何主线程中可以new Handler，在子线程中new Handler要做什么准备？
答：先调用Looper.prepare()，再调用Looper.loop()
2.5 子线程中维护的Looper，当MessageQueue中无消息时，该如何处理？
答：调用Looper对象的quit()方法，最终调用的是MessageQueue的quit()方法
2.6 不同线程的Handler往MessageQueue中添加Message，Handler内部如何保证线程安全？
答：
- 从Looper的源码可知，MessageQueue对象在Looper的构造函数中创建。即每一个线程对应一个MessageQueue对象
- 从MessageQueue的
enqueueMessage(...)方法可知，该方法中的synchronized(this)持有的是this对象锁，当前MessageQueue对象其他使用synchronized(this)的地方都会等待
以上两点，保证了线程安全。
2.7 使用Message时应该如何创建它？
答：从Message源码可知，应该使用Message.obtain()来创建Message对象
2.8 为什么主线程不会因为 Looper.loop() 里的死循环卡死？
答：
- ActivityThread是应用程序的入口，该类中的
main函数是整个Java程序的入口，main函数的主要作用就是做消息循环，一旦main函数执行完毕，循环结束，那么应用也就可以退出了。 - ActivityThread的
main函数中调用了Looper.loop()开启了一个死循环，loop()方法中调用了MessageQueue的next()方法，该方法是一个阻塞方法(这里涉及到Linux中的pipe，不做赘述)，如果MessageQueue中没有Message，则会等待。 -
loop()的阻塞，是指MessageQueue中没有Message，此时释放CPU执行权，等待唤醒。 - ANR：Application Not Responding。导致ANR的情况比如主线程中访问网络、操作数据库等耗时操作，此时也会往MessageQueue中发送Message，然后
loop()循环中获取到了Message，但是在处理Message时耗时过长，导致短时间内无法响应屏幕点击事件等操作(屏幕被点击也会发送Message到MessageQueue中)，然后就出现了ANR。
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