浅析Android消息机制 handler之原理分析
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作者：月下西楼
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前言
在日常的开发过程中我们经常会用到Android消息机制，其中Handler尤为常见。比如当我们执行一些耗时操作，例如读写文件，网络IO时是不建议在主线程也就是UI线程上直接进行，而是重新开一个子线程去完成这些耗时操作，而有一些耗时操作需要更改UI，比如我们需要从网络上下载一些图面显示在界面上，当图片下载完成时，由于Android的机制，子线程是无法更改UI的，所以这时候就需要切换到主线程去更改UI，而这个过程就是由Handler配合完成的。当然更新UI只是Handler的一个功能，它还有更多有趣的功能，对于Handler的实际应用我们在下一篇文章会具体展示。
ThradLocal
在正式介绍Handler之前我们先了解一下ThreadLocal,ThreadLocal是一个线程内部存储类，通过它可以在指定的线程存储数据，数据存储以后，只有在指定的线程才能获取到数据，是不是很有意思，同一个ThreadLocal在不同的线程可以取到不同的数据，它是用于获取我们后面提到的Looper，因为每一个线程都可以有一个Looper。我们以下面这个例子来说明这个过程。
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
mBooleanThreadLocal.set(true);
Log.d("HandlerDemo", "MainThread: " + mBooleanThreadLocal.get());
new Thread("Thread1") {
@Override
public void run() {
mBooleanThreadLocal.set(false);
Log.d("HandlerDemo", "Thread1: " + mBooleanThreadLocal.get());
}
}.start();
new Thread("Thread2") {
@Override
public void run() {
Log.d("HandlerDemo", "Thread2: " + mBooleanThreadLocal.get());
}
}.start();
}
}
我们可以看到我们声明了一个ThreadLocal，我们在主线程中设为true，获取主线程的ThreadLocal为true，在Thread1中设为false，获取ThreadLocal为false，Thread2没有设置则为空。我们可以把线程联想成一个小区，ThreadLocal是门牌号，虽然门牌号相同，但是小区不同所住的人肯定不一样。
Android消息机制原理
Android消息机制的原理如下图所示。
我们以一个例子来说明这个过程，假如我们需要下载一个文件，这是一个耗时操作，我们需要重新开一个线程去下，下载后Toast完成下载，如果直接在子线程中使用Toast会报错，所以就需要使用Handler来完成这个过程。代码如下
import android.os.Bundle;
import android.os.Handler;
import android.widget.Toast;
import androidx.appcompat.app.AppCompatActivity;
public class MainActivity extends AppCompatActivity {
private Handler handler;
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
handler = new Handler();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
handler.post(new Runnable() {
@Override
public void run() {
Toast.makeText(getApplicationContext(), "Success", Toast.LENGTH_LONG).show();
}
});
}
}).start();
}
}
我们首先可以看到handler调用了post方法。post方法源码如下。
public final boolean post(@NonNull Runnable r) {
return sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);
}
我们可以看到post方法调用了sendMessageDelayed方法，从名字可以看出这是延迟发送消息，post是它的一个特殊情况。sendMessageDelayed的源码如下
public final boolean sendMessageDelayed(@NonNull Message msg, long delayMillis) {
if (delayMillis < 0) {
delayMillis = 0;
}
return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis);
}
而sendMessageDelayed方法调用了方法sendMessageAtTime方法，从名字我们也可以看出这是一个在固定时间点发送消息，它的源码如下
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);
}
这里很关键，我们看到了Android 消息机制的第一个幕后英雄MessageQueue，我们现在捋一下思路，当我们在子线程经过耗时操作得到结果，然后通过handler的post来发送消息，post的方法经过一系列的调用来到这里，首先获取一个MessageQueue，如果MessageQueue不存在则报错，如果存在则调用了enqueueMessage方法，源码如下。
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);
}
从名字我们看出这个函数主要作用是把Message插入消息队列MessageQueue，MessageQueue虽然名字叫队列，可是有些人表面上说是队列，实际上却是个链表。我们可以看到在这里将msg的target设置为this，也就是这个handler，这是一个伏笔，之后将会了解它的作用。现在我们还是按照这个流程走下去，最后调用了MessageQueue的enqueueMessage，其源码如下。
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.");
}
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);
}
}
return true;
}
终于走到了这一步，从源码我们可以看出，我们已经将Message插入了MessageQueue，我们还可以看出发送的时间when决定了在Message的位置。之后可以通过Looper.loop来获取MessageQueue的消息，关键代码如下。这里就可以看到之前的伏笔msg.target,也就是最初的那个handler，调用了dispatchMessage。
public static void loop() {
final Looper me = myLooper();
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 (;;) {
Message msg = queue.next(); // might block
if (msg == null) {
// No message indicates that the message queue is quitting.
return;
}
msg.target.dispatchMessage(msg);
}
Handler的dispatchMessage源码如下:
public void dispatchMessage(@NonNull Message msg) {
if (msg.callback != null) {
handleCallback(msg);
} else {
if (mCallback != null) {
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
}
}
handleMessage(msg);
}
}
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