Android Handler分析

作者: SDY_0656 | 来源:发表于2017-10-26 17:30 被阅读0次

我们经常说的Handler机制是一套包含Handler，Looper，MessageQueue的异步消息处理系统，今天就分析一下这套机制的原理。

1.相关概念
1）Message
定义：消息，理解为线程间通讯的数据单元（Handler接受和处理的消息对象。）
2）Message Queue
定义：消息队列
作用：用来存放通过Handler发过来的消息，按照先进先出执行
提供enqueueMessage 方法，将消息根据时间放置到队列中；
提供next方法，从队列中获取消息，没有消息的时候阻塞。
3）Handler
定义：Handler是Message的主要处理者
作用：负责将Message添加到消息队列&处理Looper分派过来的Message
提供sendMessage方法，将消息放置到队列中
提供handleMessage方法，定义个各种消息的处理方式；
4）Looper
定义：循环器，扮演Message Queue和Handler之间桥梁的角色
作用：主要负责消息循环：循环取出Message Queue的Message；消息派发：将取出的Message交付给相应的Handler。
Looper.prepare()：实例化Looper对象；为当前线程生成一个消息队列；
Looper.loop() ：循环从消息队列中获取消息，交给Handler处理；此时线程处于无限循环中，不停的从MessageQueue中获取Message 消息；如果没有消息就阻塞。

    几个需要注意的地方：
    1）每个线程中只能拥有一个Looper,但是一个Looper可以和多个线程的Handler绑定起来，也就是说很多个线程可以往一个Looper所持有的MessageQueue中发送消息。这就给我们提供了线程之间通信的可能。
    2）Handler在创建的时候可以显示指定Looper，这样在Handler在调用sendMessage()投递消息的时候会将消息添加到指定的Looper里面的MessageQueue。如果不指定Looper，Handler默认绑定的是创建它的线程的Looper。
  下面是Handler机制运行图：

944365-783bc46b43828acd.png

  工作流程图解释：
  异步通信传递机制步骤主要包括异步通信的准备、消息发送、消息循环和消息处理
  1）异步通信的准备
   包括Looper对象的创建&实例化、MessageQueue队列的创建和Handler的实例化。
  2）消息发送
  Handler将消息发送到消息队列中
  3）消息循环
  Looper执行Looper.loop()进入消息循环，在这个循环过程中，不断从该Message Queue取出消息，并将取出的消息派发给创建该消息的Handler
  4）消息处理
  调用该Handler的dispatchMessage(msg)方法，即回调handleMessage(msg)处理消息。

2.工作流程详解
（1）Looper
Looper主要负责：
1）自身的创建&创建Message Queue
2）消息循环（消息取出、派发）
对应职责我们来看下相应的源码：
1）自身的创建&创建Message Queue：prepare()方法

public static final void prepare() {
//判断sThreadLocal是否为null，否则抛出异常
//即Looper.prepare()方法不能被调用两次
//也就是说，一个线程中只能对应一个Looper实例
     if (sThreadLocal.get() != null) {
         throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
     }
//sThreadLocal是一个ThreadLocal对象，用于在一个线程中存储变量
//实例化Looper对象并存放在ThreadLocal
//这说明Looper是存放在Thread线程里的
     sThreadLocal.set(new Looper(true));
}
//再来看下Looper的构造方法
private Looper(boolean quitAllowed) {
//创建了一个MessageQueue（消息队列）
//这说明，当创建一个Looper实例时，会自动创建一个与之配对的MessageQueue（消息队列）
     mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
     mRun = true;
     mThread = Thread.currentThread();
}

    2）消息循环：loop()方法
        ```

public static void loop() {
//myLooper()方法作用是返回sThreadLocal存储的Looper实例，如果me为null，loop()则抛出异常
//也就是说loop方法的执行必须在prepare方法之后运行
//也就是说，消息循环必须要先在线程当中创建Looper实例
final Looper me = myLooper();
if (me == null) {
throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
}
//获取looper实例中的mQueue（消息队列）
final MessageQueue queue = me.mQueue;

    Binder.clearCallingIdentity();
    final long ident = Binder.clearCallingIdentity();

//进入消息循环
for (;;) {
//next()方法用于取出消息队列里的消息
//如果取出的消息为空，则线程阻塞
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);
        }

//消息派发：把消息派发给msg的target属性，然后用dispatchMessage方法去处理
//Msg的target其实就是handler对象，下面会继续分析
msg.target.dispatchMessage(msg);

        if (logging != null) {
            logging.println("<<<<< Finished to " + msg.target + " " + msg.callback);
        }

        final long newIdent = Binder.clearCallingIdentity();
        if (ident != newIdent) {
            Log.wtf(TAG, "Thread identity changed from 0x"
                    + Long.toHexString(ident) + " to 0x"
                    + Long.toHexString(newIdent) + " while dispatching to "
                    + msg.target.getClass().getName() + " "
                    + msg.callback + " what=" + msg.what);
        }

//释放消息占据的资源
msg.recycle();
}
}
```
总结一下Looper的作用：
1）实例化本身、与当前线程绑定、创建与之相应的MessageQueue：prepare()方法，一个线程只会有一个Looper实例，同时一个Looper实例也只有一个MessageQueue。
2）消息循环（消息取出、消息派发）：loop()方法
不断从MessageQueue中去取消息，派发给消息的target属性的Handler，然后调用相应Handler的dispatchMessage()方法进行消息处理。

（2）Handler
Handler主要负责：
1）在子线程发送消息给MessageQueue
2）处理Looper派发过来的消息
Handler是需要和线程绑定在一起的，在初始化Handler的时候一般通过指定Looper对象从而绑定相应线程，即给Handler指定Looper对象=绑定到了Looper对象所在的线程中，Handler的消息处理回调会在那个线程中执行。一般有两种方法创建：
1）通过Loop.myLooper()得到当前线程的Looper对象/通过Loop.getMainLooper()可以获得当前进程的主线程的Looper对象。
2）不指定Looper对象，那么这个Handler绑定到了创建这个线程的线程上，消息处理回调也就在创建线程中执行。
首先看一下Handler的构造方法

public Handler() {
       this(null, false);
}
public Handler(Callback callback, boolean async) {
       if (FIND_POTENTIAL_LEAKS) {
           final Class<? extends Handler> klass = getClass();
           if ((klass.isAnonymousClass() || klass.isMemberClass() || klass.isLocalClass()) &&
                   (klass.getModifiers() & Modifier.STATIC) == 0) {
               Log.w(TAG, "The following Handler class should be static or leaks might occur: " +
                   klass.getCanonicalName());
           }
       }
//通过Looper.myLooper()获取了当前线程保存的Looper实例，如果线程没有Looper实例那么会抛出异常
//这说明在一个没有创建Looper的线程中是无法创建一个Handler对象的
//所以说我们在子线程中创建一个Handler时首先需要创建Looper，并且开启消息循环才能够使用这个Handler。
       mLooper = Looper.myLooper();
       if (mLooper == null) {
           throw new RuntimeException(
               "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");
       }
//获取了这个Looper实例中保存的MessageQueue（消息队列）
//这样就保证了handler的实例与我们Looper实例中MessageQueue关联上了

       mQueue = mLooper.mQueue;
       mCallback = callback;
       mAsynchronous = async;
   }

  上述说明：当Handler初始化时，可通过构造方法自动关联Looper和相应的MessageQueue。
   Handler发送消息有send和post两种，下面分别看一下这两种方法：

        1）send的发送方法：sendMessage()

public final boolean sendMessage(Message msg)
    {
        return sendMessageDelayed(msg, 0);
    }

//我们往下扒
   public final boolean sendEmptyMessageDelayed(int what, long delayMillis) {
        Message msg = Message.obtain();
        msg.what = what;
        return sendMessageDelayed(msg, delayMillis);
    }


 public final boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis)
    {
        if (delayMillis < 0) {
            delayMillis = 0;
        }
        return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis);
    }


 public boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis) {
//直接获取MessageQueue
        MessageQueue queue = mQueue;
        if (queue == null) {
            RuntimeException e = new RuntimeException(
                    this + " sendMessageAtTime() called with no mQueue");
            Log.w("Looper", e.getMessage(), e);
            return false;
        }
//调用了enqueueMessage方法
        return enqueueMessage(queue, msg, uptimeMillis);
    }

//调用sendMessage方法其实最后是调用了enqueueMessage方法
 private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
//为msg.target赋值为this，也就是把当前的handler作为msg的target属性
//如果大家还记得Looper的loop()方法会取出每个msg然后执行msg.target.dispatchMessage(msg)去处理消息，其实就是派发给相应的Handler
        msg.target = this;
        if (mAsynchronous) {
            msg.setAsynchronous(true);
        }
//最终调用queue的enqueueMessage的方法，也就是说handler发出的消息，最终会保存到消息队列中去。
        return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
    }

      2）Post的发送方法：sendMessage()
  ```

showhandler.post(new Runnable() {
@Override
public void run() {
String line = "\n";
StringBuffer text = new StringBuffer(show.getText());
text.append(line).append("angelababy:Yes,I do");
show.setText(text);
}

     相比send方法，post方法最大的不同在于，更新UI操作可直接在重写的run方法定义。
    其实Runnable并没有创建什么线程，而是发送了一条消息，下面看源码：

public final boolean post(Runnable r)
{
return sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);
}

private static Message getPostMessage(Runnable r) {
//创建了一个Message对象
//创建Message对象可以new，也可以使用Message.obtain()方法；
//但是更建议使用obtain方法，因为Message内部维护了一个Message池用于Message的复用，避免使用new 重新分配内存。
Message m = Message.obtain();
//将我们创建的Runable对象作为callback属性，赋值给了此message.
m.callback = r;
//创建了一个Message对象
return m;
}

public final boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis)
{
if (delayMillis < 0) {
delayMillis = 0;
}
return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis);
}

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);
}

        从上面的源码发现了吧？和send中的handler.sendMessage是一样的。调用了sendMessageAtTime，然后调用了enqueueMessage方法，给msg.target赋值为handler，最终Handler将消息加入MessagQueue。
        但是细心的你会发现，在使用Post方法时会将我们创建的Runable对象作为callback属性赋值给了此message，那么msg的callback和target都有值，那么会执行哪个呢？我们已知回调发送消息的方法是：dispatchMessage()

public void dispatchMessage(Message msg) {
//一开始就会进行判断
//如果msg.callback属性不为null，则执行callback回调，也就是我们的Runnable对象
if (msg.callback != null) {
handleCallback(msg);
} else {
if (mCallback != null) {
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
}
}
handleMessage(msg);
}
}

      可以看到dispathMessage()方法里调用了 handleMessage()方法，但handleMessage()是一个空方法。
      因为Handler发送消息过来是希望进行一定的处理，至于怎么处理消息是该Handler最终控制的，所以我们在创建handler时需要通过复写handleMessage()方法从而实现我们需要的消息处理方式，然后根据msg.what标识进行消息处理。
       需要注意的地方:
在一个Android应用启动的时候，会创建一个主线程，即ActivityThread（也叫UI线程），在ActivityThread中有一个静态的main方法：应用程序的入口点。

//一个进程会默认生成一个主线程
public static void main(String[] args) {
......
//主线程生成时自动通过prepareMainLooper方法为主线程创建一个Looper
//prepare()方法是用于在子线程中创建一个Looper对象，在子线程中是可以退出消息循环的：调用消息队列的quit方法
//Looper生成时会自动生成与之配套的消息队列
Looper.prepareMainLooper();
ActivityThread thread = new ActivityThread();
thread.attach(false);
......
//loop()方法开启消息循环
//主线程的消息循环是不允许被退出的
Looper.loop();
throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
}

   （3）MessageQueue
          即消息队列，用于存放Handler发送过来的消息，为了提高插入删除的效率，采用单链表的方式实现。下面分别看一下MessageQueue的入队和出队操作。
         1）MessageQueue入队

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 {
        // 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);
    }
}
return true;

}

        消息的入队（插入）过程
         首先判断消息队列里有没有消息，没有的话则将当前插入的消息作为队头，并且这时消息队列如果处于等待状态的话则将其唤醒。
        若是在中间插入，则根据Message创建的时间进行插入。
        
        2）MessageQueue出队

Message next() {

......

int nextPollTimeoutMillis = 0;
for (;;) {
    if (nextPollTimeoutMillis != 0) {
        Binder.flushPendingCommands();
    }

// nativePollOnce方法在native层，若是nextPollTimeoutMillis为-1，这时候消息队列处于等待状态。　　
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) {
            // Stalled by a barrier.  Find the next asynchronous message in the queue.
            do {
                prevMsg = msg;
                msg = msg.next;
            } while (msg != null && !msg.isAsynchronous());
        }

//按照我们设置的时间取出消息
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 {
// Got a message.
mBlocked = false;
if (prevMsg != null) {
prevMsg.next = msg.next;
} else {
mMessages = msg.next;
}
msg.next = null;
if (DEBUG) Log.v(TAG, "Returning message: " + msg);
msg.markInUse();
return msg;
}
} else {
// 如果消息队列中没有消息，将nextPollTimeoutMillis设为-1，下次循环消息队列则处于等待状态
nextPollTimeoutMillis = -1;
}

//退出消息队列，返回null，这时候Looper中的消息循环也会终止。
if (mQuitting) {
dispose();
return null;
}

        ......
    }

    .....
}

}


参考文章：http://www.jianshu.com/p/9fe944ee02f7

Android Handler分析

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