Handler源码解析

在android开发中，经常会在子线程中进行一些操作，当操作完毕后会通过handler发送一些数据给主线程，通知主 线程做相应的操作。

原理

• 子线程、handler、主线程 构成 线程模型中的经典问题生产者-消费者模型。
• 生产者-消费者模型：生产者和消费者在同一时间段内共用同一个存储空间，生产者往存储空间中添加数据， 消费者从存储空间中取走数据。

image.png

• 好处: 保证数据生产消费的顺序(通过MessageQueue,先进先出) - 不管是生产者(子线程)还是消费者(主线程) 都只依赖缓冲区(handler)，生产者消费者之间不会相互持有，使他们之间没有任何耦合.

源码分析:

Handler机制的相关类

Hanlder：发送和接收消息
Looper：用于轮询消息队列，一个线程只能有一个Looper
Message：消息实体
MessageQueue： 消息队列用于存储消息和管理消息

创建Looper

• Looper.prepare()

• Looper.prepareMainLooper(); 在ActivityThread中的main方法中为我们prepare了

public static void main(String[] args) { Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "ActivityThreadMain"); //其他代码省略...

        Looper.prepareMainLooper(); //初始化Looper以及MessageQueue
        
        ActivityThread thread = new ActivityThread();
        thread.attach(false);

        if (sMainThreadHandler == null) {
            sMainThreadHandler = thread.getHandler();
}
        if (false) {
            Looper.myLooper().setMessageLogging(new
                    LogPrinter(Log.DEBUG, "ActivityThread"));
}
        // End of event ActivityThreadMain.
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER); Looper.loop(); //开始轮循操作
        throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
    }

public static void prepareMainLooper() { 
         prepare(false);//消息队列不可以quit 
         synchronized (Looper.class) {
            if (sMainLooper != null) {
                throw new IllegalStateException("The main Looper has already been prepared.");
            }
            sMainLooper = myLooper();
        }
}

prepare有两个重载的方法，主要看 prepare(boolean quitAllowed) quitAllowed的作用是在创建MessageQueue时 标识消息队列是否可以销毁， 主线程不可被销毁

public static void prepare() { 
  prepare(true);//消息队列可以quit
}
//quitAllowed 主要
private static void prepare(boolean quitAllowed) {
if (sThreadLocal.get() != null) {//不为空表示当前线程已经创建了Looper
throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread"); //每个线程只能创建一个Looper
}
sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));//创建Looper并设置给sThreadLocal，这样get的 时候就不会为null了
}

创建 MessageQueue

private Looper(boolean quitAllowed) {
mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);//创建了MessageQueue mThread = Thread.currentThread(); //当前线程的绑定
}

MessageQueue(boolean quitAllowed) {
    //mQuitAllowed决定队列是否可以销毁 主线程的队列不可以被销毁
    //需要传入false, 在MessageQueue的quit()方法 就不贴源码了
        mQuitAllowed = quitAllowed;
        mPtr = nativeInit();
    }

Looper.loop()

同时是在main方法中 Looper.prepareMainLooper() 后Looper.loop(); 开始轮询

public static void loop() {
final Looper me = myLooper();
//里面调用了sThreadLocal.get()获得刚才创建的Looper对象 
if (me == null) {
throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
final MessageQueue queue = me.mQueue;

Binder.clearCallingIdentity();
final long ident = Binder.clearCallingIdentity();
for (;;) {
//这是一个死循环，从消息队列不断的取消息
Message msg = queue.next(); // might block 
if (msg == null) {
return;
}
Printer logging = me.mLogging;
            if (logging != null) {
                logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " +
                        msg.callback + ": " + msg.what);
}
msg.target.dispatchMessage(msg);

}

创建Handler

Handler handler=new Handler(){
    @Override
    public void handleMessage(Message msg) {
        super.handleMessage(msg);
} };

在内部调用 this(null, false);

public Handler(Callback callback, boolean async) { //前面省略
mLooper = Looper.myLooper();//获取Looper，**注意不是创建Looper**!
 if (mLooper == null) {
            throw new RuntimeException(
                "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");
}
mQueue = mLooper.mQueue;//创建消息队列MessageQueue mCallback = callback; //初始化了回调接口 mAsynchronous = async;
}

Looper.myLooper();

//这是Handler中定义的ThreadLocal ThreadLocal主要解多线程并发的问题
// sThreadLocal.get() will return null unless you've called prepare().
  static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();
public static @Nullable Looper myLooper() {
       return sThreadLocal.get();
}

创建Message

可以直接new Message 但是有更好的方式 Message.obtain。因为可以检查是否有可以复用的Message,用过复用避免过多的创建、销毁Message对象达到优化内存和性能的目地.

public static Message obtain(Handler h) {
Message m = obtain();//调用重载的obtain方法 m.target = h;//并绑定的创建Message对象的handler
return m; }
public static Message obtain() {
synchronized (sPoolSync) {//sPoolSync是一个Object对象，用来同步保证线程安全
if (sPool != null) {//sPool是就是handler dispatchMessage 后 通过recycleUnchecked 回收用以复用的Message
                Message m = sPool;
                sPool = m.next;
                m.next = null;
                m.flags = 0; // clear in-use flag
                sPoolSize--;
                return m;
 }
}
        return new Message();
    }

Message和Handler的绑定

创建Message的时候可以通过 Message.obtain(Handler h) 这个构造方法绑定。当然可以在 在Handler 中的 enqueueMessage()也绑定了，所有发送Message的方法都会调用此方法入队，所以在创建Message的时候是可 以不绑定的.

private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) { msg.target = this; //绑定
if (mAsynchronous) {
          msg.setAsynchronous(true);
      }
      return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
  }

Handler发送消息

Handler发送消息的重载方法很多，但是主要只有2种。

• sendMessage(Message)
  sendMessage方法通过一系列重 载方法的调用，
  sendMessage调用sendMessageDelayed，
  继续调用sendMessageAtTime，
  继续调用 enqueueMessage，继续调用messageQueue的enqueueMessage方法，将消息保存在了消息队列中，而最终由 Looper取出，交给Handler的dispatchMessage进行处理
  我们可以看到在dispatchMessage方法中，message中callback是一个Runnable对象，如果callback不为空，则直接 调用callback的run方法，否则判断mCallback是否为空，mCallback在Handler构造方法中初始化，在主线程通直接 通过无参的构造方法new出来的为null,所以会直接执行后面的handleMessage()方法。

public void dispatchMessage(Message msg) {
if (msg.callback != null) {//callback在message的构造方法中初始化或者使用
handler.post(Runnable)时候才不为空 handleCallback(msg);
} else {
if (mCallback != null) {//mCallback是一个Callback对象，通过无参的构造方法创建出来的handler，
该属性为null，此段不执行
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return; }
}
handleMessage(msg);//最终执行handleMessage方法 }
}
 private static void handleCallback(Message message) {
        message.callback.run();
}

Handler处理消息

在handleMessage(Message)方法中，我们可以拿到message对象，根据不同的需求进行处理，整个Handler机制的流程就结束了。

线程同步问题

Handler是用于线程间通信的，但是它产生的根本并不只是用于UI处理，而更多的是handler是整个app通信的框架， 大家可以在ActivityThread里面感受到，整个App都是用它来进行线程间的协调。Handler既然这么重要，那么它的 线程安全就至关重要了，那么它是如何保证自己的线程安全呢?

Handler机制里面最主要的类MessageQueue，这个类就是所有消息的存储仓库，在这个仓库中，我们如何的管理好 消息，这个就是一个关键点了。消息管理就2点:1)消息入库(enqueueMessage)，2)消息出库(next)，所以 这两个接口是确保线程安全的主要档口。

• enqueueMessage

boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
    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.");
}
// 锁开始的地方 synchronized (this) {
        if (mQuitting) {
            IllegalStateException e = new IllegalStateException(
  msg.target + " sending message to a Handler on a dead thread");
        Log.w(TAG, e.getMessage(), e);
        msg.recycle();
        return false;
    }
    msg.markInUse();
    msg.when = when;
    Message p = mMessages;
    boolean needWake;
    if (p == null || when == 0 || when < p.when) {
        // New head, wake up the event queue if blocked.
        msg.next = p;
        mMessages = msg;
        needWake = mBlocked;
    } else {
        // Inserted within the middle of the queue.  Usually we don't have to wake
        // up the event queue unless there is a barrier at the head of the queue
        // and the message is the earliest asynchronous message in the queue.
        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);
} }

这个锁，说明的是对所有调用同一个MessageQueue对象的线程来说，他们都是互斥的，然而，在我们的Handler里 面，一个线程是对应着一个唯一的Looper对象，而Looper中又只有一个唯一的MessageQueue(这个在上文中也有 介绍)。所以，我们主线程就只有一个MessageQueue对象，也就是说，所有的子线程向主线程发送消息的时候， 主线程一次都只会处理一个消息，其他的都需要等待，那么这个时候消息队列就不会出现混乱。

另外，在看next函数

Message next() {
    ....
    for (;;) {
        ....
        nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);
        synchronized (this) {
            // Try to retrieve the next message.  Return if found.
                   ...
                    return msg;
}
} else {
                // No more messages.
                nextPollTimeoutMillis = -1;
            }
... }//synchronized 结束之处
        // Run the idle handlers.
        // We only ever reach this code block during the first iteration.
        for (int i = 0; i < pendingIdleHandlerCount; i++) {
            final IdleHandler idler = mPendingIdleHandlers[i];
            mPendingIdleHandlers[i] = null; // release the reference to the handler
            boolean keep = false;
            try {
                keep = idler.queueIdle();
            } catch (Throwable t) {
                Log.wtf(TAG, "IdleHandler threw exception", t);
            }
            if (!keep) {
                synchronized (this) {
                    mIdleHandlers.remove(idler);
                }
} }
        // Reset the idle handler count to 0 so we do not run them again.
        pendingIdleHandlerCount = 0;
        // While calling an idle handler, a new message could have been delivered
        // so go back and look again for a pending message without waiting.
        nextPollTimeoutMillis = 0;
} }

每次都是队列的头部取，那么它加锁是不是没有意义呢?答 案是否定的，我们必须要在next里面加锁，因为，这样由于synchronized(this)作用范围是所有 this正在访问的代 码块都会有保护作用，也就是它可以保证 next函数和 enqueueMessage函数能够实现互斥。这样才能真正的保证多 线程访问的时候messagequeue的有序进行。