【Android源码】Handler 机制源码分析

为什么要使用Handler

1. 因为在Android中访问UI只能在主线程中进行，如果在子线程中运行，则程序会抛出异常。

   // ViewRootImpl.java
   void checkThread() {
      if (mThread != Thread.currentThread()) {
          throw new CalledFromWrongThreadException(
                  "Only the original thread that created a view hierarchy can touch its views.");
      }
   }
   

2. 为什么不允许在子线程中访问UI？

   因为Android的UI并不是线程安全的，如果在多线程中执行UI的操作，那么UI的状态是不可控的，这个时候就会出现各种问题。
   那么最好的办法就是只能在一个线程中执行UI的操作。
   而Android主线程中又不能执行耗时操作，因为那样就会导致程序的ANR。
   所以Android提供了Handler这样的机制，用来在子线程中执行耗时操作之后，发送消息给主线程，主线程再执行UI的更新操作。

Handler机制原理分析

这里我们以Android UI线程的Handler来分析。

Handler的创建

Android的应用入口是ActivityThread.main()函数，UI线程的Handler就是在这个函数中创建的。

public static void main(String[] args) {
    Looper.prepareMainLooper();
    thread.attach(false);
    ActivityThread thread = new ActivityThread();
    if (sMainThreadHandler == null) {
        sMainThreadHandler = thread.getHandler();
    }
    Looper.loop();
}

当main函数执行之后，应用就启动了，从这个时候开始，Looper就会一直从消息队列中取出消息并处理。而应用会通过Handler来不断的添加消息给消息队列。通过不断的添加消息和取出消息，整个消息机制就被运转起来了。

Looper

从上面可以看到在Handler创建前后，通过Looper的prepare和loop方法，创建了Looper对象和开启消息循环。

1. 构造函数

   private Looper(boolean quitAllowed) {
      mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
      mThread = Thread.currentThread();
   }
   

   1. 创建了MessageQueue对象，这个对象是消息队列，主要用来存放我们的消息，会在下面具体分析。
   2. 获取当前的线程并保存起来

2. prepare

   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));
   }
   

   1. 判断ThreadLocal中在当前线程是否已经存在了Looper对象，如果存在，则抛出异常，所以可以得出在同一个线程中只能存在一个Looper对象。
   2. 在ThreadLocal存入当前线程的Looper对象。
   3. ThreadLocal对象是一个线程内部的数据存储类，通过它可以在指定的线程存储数据，当存储数据之后，就只能在指定的线程中获取到存储的数据，其他线程是不能获取到数据的。

3. loop

   public static void loop() {
      final Looper me = myLooper();
      // 获取消息队列
      final MessageQueue queue = me.mQueue;
       // 死循环来轮询的从消息队列中获取消息
      for (;;) {
          Message msg = queue.next(); // might block
          if (msg == null) {
              return;
          }
          
          try {
              msg.target.dispatchMessage(msg);
          } finally {
              if (traceTag != 0) {
                  Trace.traceEnd(traceTag);
              }
          }
   
          msg.recycleUnchecked();
      }
   }
   

   1. loop函数会不断的从消息队列中取出消息，当queue.next()为空的时候就直接阻塞住
   2. msg不为空，调用msg.target.dispatchMessage(msg)处理消息，而msg.target其实就是Handler对象，取出消息之后就交给Handler来处理发送的消息了。

4. quit

   public void quit() {
      mQueue.quit(false);
   }
   public void quitSafely() {
       mQueue.quit(true);
   }
   

   调用MessageQueue的quit方法来退出Looper。其中上面的是直接退出，下面的是安全的退出，也就是只标记一下，当消息队列中的消息全部执行完成之后安全的退出。

   当我们在子线程中创建Looper和Handler的时候，如果我们不调用quit方法的话，子线程就会一直处于等待状态，所以我们需要调用quit方法退出Looper。

MessageQueue

在Looper中大量的使用到了MessageQueue，而MessageQueue主要就是两个操作插入消息和读取消息并删除消息，我们来一起分析下：

1. 构造函数

   MessageQueue(boolean quitAllowed) {
      mQuitAllowed = quitAllowed;
      mPtr = nativeInit();
   }
   

   在构造函数中，调用了nativeInit方法在Native层创建了NativeMessageQueue和Looper，并将Looper设置给当前的线程。这个时候Java层和Native层都有了MessageQueue和Looper。
   在Native层的Looper中，创建了一个管道，本质上就是一个文件，一个管道中有读和写两个文件操作符，通过读和写来将消息写入和读取。

2. enqueueMessage 插入消息

   boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
       synchronized (this) {
          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 {
              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;
   }
   

   enqueueMessage其实就是构建好msg，并插入到单链表中。

3. next 读取消息并删除消息

   Message next() {
       for (;;) {
           nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);
       }
   }
   

   next方法是一个无限循环方法，当消息队列中没有消息的时候，next方法会被阻塞在这里，当有新的消息的时候，next方法会最终返回这条消息并从单链表中移除。

Handler

1. 构造函数

   public Handler(Callback callback, boolean async) {
   
      mLooper = Looper.myLooper();
      if (mLooper == null) {
          throw new RuntimeException(
              "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");
      }
      mQueue = mLooper.mQueue;
      mCallback = callback;
      mAsynchronous = async;
   }
   

   1. 首先获取Looper对象，如果Looper对象为空，则抛出异常，所以当我们在子线程中创建Handler的时候，首先要通过Looper.prepare()来创建子线程的Looper对象。
   2. 通过Looper获取到MessageQueue

2. 发送消息

   Handler的发送消息主要是post的方法和send的方法，而他们最终调用的都是：

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

   Handler主要就是向消息队列中插入了一条消息，这个时候MessageQueue就会调用插入的方法来插入消息。

3. 读取消息

   当Handler发送消息之后，MessageQueue就会通过next方法读取出这个消息，那么Looper的loop就不会被阻塞住，取出消息之后就调用了msg.target.dispatchMessage(msg)方法，最终交给Handler的dispatchMessage来执行。

   /**
   * Handle system messages here.
   */
   public void dispatchMessage(Message msg) {
      if (msg.callback != null) {
          handleCallback(msg);
      } else {
          if (mCallback != null) {
              if (mCallback.handleMessage(msg)) {
                  return;
              }
          }
          handleMessage(msg);
      }
   }
   

   1. 检查Message的callback是否为空，不为空则通过handleCallback来处理，而callback就是通过post传递过来的Runnable对象。直接调用run方法执行。

      private static void handleCallback(Message message) {
          message.callback.run();
      }
      

   2. 检查mCallback是否为空，不为空则调用mCallback.handleMessage方法处理消息。而mCallback就是我们在创建Handler的时候传递过去的callback。

      public interface Callback {
          public boolean handleMessage(Message msg);
      }
      public Handler(Callback callback) {
          this(callback, false);
      }
      

   3. 调用handleMessage(msg)处理消息。