Handler通信 - 源码分析和手写Handler框架

作者: Darren的徒弟 | 来源:发表于2019-03-26 09:11 被阅读0次

记得第一次接触 handler 是用来更新 UI，在线程中用 handler.sendMessage(message)，只知道这么做就能在线程中更新 UI 了。第二次接触是为了面试，当时反正也看不懂源码，就在网上找各种资料背它一背，笔试还好，当着面试官说的时候往往不知道怎么说。第三次接触是因为公司要引入人才，发现大家功夫还不错，经常就问问 MessageQueue 为什么要采用链表的方式，ThreadLocal 是怎么保证线程安全的，Activity 的生命周期为什么用 Handler 发送执行等等。

有的时候还真不是为难别人，而是怕别人上班的时候吃不消。总之一个字 “变”，岗位会 “变” ，项目会不断的“变”，新知识也会不断的“变”。但是基本的程序设计理论和算法不会变，如果你接触过 iOS 其实发现很多是相通的，尤其 android 出了 Kotlin 而 iOS 也有 Swift。良好的编码习惯永远都不会变，强大的学习能力和旺盛的求知欲永远都不会变，积极乐观的心态永远都不会变。鸡汤就灌到这里，下面我们从源码的角度出发，加上手写，来稍微了解一下 handler ，不能说是彻底。

1. MessageQueue 消息队列

线程中更新 UI 的时候经常是调用 sendMessage() 和 sendMessageDelayed() 这样，我跟踪代码进入到 Handler 的 sendMessage() 方法：

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

public final boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis){
    if (delayMillis < 0) {
        delayMillis = 0;
    }
    // SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis   当前时间加上延迟时间
    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);
}

private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
    msg.target = this;
    // new Handler 源码的时候是 false 
    if (mAsynchronous) {
        msg.setAsynchronous(true);
    }
    return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}

最后我们发现调用的是 MessageQueue 的 enqueueMessage() 方法：

boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
        // 判断有没有 target 
        if (msg.target == null) {
            throw new IllegalArgumentException("Message must have a target.");
        }
        // 有没有在使用 
        if (msg.isInUse()) {
            throw new IllegalStateException(msg + " This message is already in use.");
        }
        // 对当前消息队列加锁。
        synchronized (this) {
            // 判断消息队列是否弃用（通常因为线程已死）
            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;
            }
            // 标记消息正在使用中
            msg.markInUse();
            msg.when = when;
            Message p = mMessages;
            boolean needWake;
            // 第一次添加数据到队列中，或者当前 msg 的时间小于 mMessages 的时间
            if (p == null || when == 0 || when < p.when) {
                // New head, wake up the event queue if blocked.
                // 把当前 msg 添加到链表的第一个
                msg.next = p;
                mMessages = msg;
                needWake = mBlocked;
            } else {
                // 不是第一次添加数据，并且 msg 的时间 大于 mMessages(头指针) 的时间
                // 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 (;;) {
                    // 不断的遍历找到合适的位置
                    prev = p;
                    p = p.next;
                    if (p == null || when < p.when) {
                        break;
                    }
                    if (needWake && p.isAsynchronous()) {
                        needWake = false;
                    }
                }
                // 把当前 msg 插入到列表中
                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;
    }

上面的这些代码，我们始终没有看到 Handler 调用 handleMessage() 方法，但是有了一个重要的结论，我们每发送一个消息都被保存到了 MessageQueue 消息队列中，消息队列中采用的是单链表的方式。上面一看就能看出来，如果不是特别了解这种方式，可以看下我之前写的 Android图片压缩加密上传 - JPEG压缩算法解析。也就是说我如果用下面这段代码发送消息，在 MessageQueue 中应该是如图所示。

// 发送 Message1
Message message1 = new Message();
mHandler.sendMessageDelayed(message1, 500);

// 发送 Message2
Message message2 = new Message();
mHandler.sendMessage(message2);

// 发送 Message3
Message message3 = new Message();
mHandler.sendMessageDelayed(message3, 1000);

image

2. Loop 消息循环

我们始终没有看到 Handler 调用 handleMessage() 方法，到底什么时候会执行这个方法。待会解释，先看一种现象，有时候我们像下面这么写会报错：

new Thread(){
    @Override
    public void run() {
        Handler handler = new Handler();
    }
}.start();

image

必须要下面这样写才正常：

new Thread(){
    @Override
    public void run() {
        Looper.prepare();
        Handler handler = new Handler();
        Looper.loop();
    }
}.start();

我们在 Activity 中从来都没有调用过 Looper.prepare(); 这行代码，为什么就从来不报错呢？我想你可能要去了解一下应用的启动流程，或者看下我之前写的 Android插件化架构 - Activity的启动流程分析，这里我直接把 main 方法的代码贴出来：

public static void main(String[] args) {
    // ... 省略部分代码

    Looper.prepareMainLooper();

    ActivityThread thread = new ActivityThread();
    thread.attach(false);

    if (sMainThreadHandler == null) {
        sMainThreadHandler = thread.getHandler();
    }

    Looper.loop();

    throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
}

其实不是不报错，而是在 ActivityThread 的 main() 方法中系统早就帮我们写好了，接下来我们岂不是只需要知道 Looper.prepareMainLooper() 和 Looper.loop() 这两行源码岂不就好了。先来看下 Looper.prepareMainLooper()：

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();
}

这些代码相对就比较简单了，主要还是 ThreadLocal 的 set 方法，用来保证一个线程只有一个 Looper 对象，这样就保证了线程的安全。接下来看一下 Looper.loop() 这行：

public static void loop() {
    final Looper me = myLooper();
    final MessageQueue queue = me.mQueue;
    // 一个死循环
    for (;;) {
        // 不断的从消息队列里面取消息
        Message msg = queue.next(); // might block
        if (msg == null) {
            // No message indicates that the message queue is quitting.
            return;
        }

        try {
            // 通过 target 去 dispatchMessage 而 target 就是绑定的 Handler
            msg.target.dispatchMessage(msg);
        } finally {
            // 消息回收循环利用
            msg.recycleUnchecked();
        }
    }
}

看到这里我们总算清楚了，Looper.prepareMainLooper() 创建了一个 Looper 对象，而且保证一个线程只有一个 Looper；Looper.loop() 里面是一个死循环，不断的从消息队列 MessageQueue 中取消息，然后通过 Handler 执行。很多细节代码我就不做过多的讲解，相信学习能力强的肯定能自己去看，如果不太明白的我只能通过视频直播的方式给你讲解然后手写。不要小看了这些细节，有的时候我们可以把部分代码 copy 出来用到我们自己的项目中。下篇文章正式进入到设计模式的讲解，我将 copy 部分代码用到自己的架构中。下面我用一个 Java 工程，自己手写一下，我们对整个系统的源码会更加深刻，这里写几个简单的类来验证一下：