Handler机制的结构

2020-11-20 本文已影响0人吕注意

Handler消息机制由四部分组成：

Looper：
MessageQueue：
Handler：
Message

Looper、MessageQueue、Handler、Message 之间的关系
从设计模式角度来看，Handler机制可以说是一个生产者-消费者模式：
Handler 是生产者，生产 Message，并将 Message放入 MessageQueue队列中。而 Looper 是消费者，它从 MessageQueue队列中拿到Message进行处理（消费）。

结构图.png

Handler消息机制的实现

Message类：消息的封装

成员变量	说明
target	调用enqueueMessage()方法的Handler对象实例
next	MessageQueue中下一个Message对象
when	处理时期，在MessageQueue中Message对象按升序排列
...

Message的复用：

因为Android中消息是通过Handler机制驱动的，很多消息都需要用到Handler机制。如果每次消费完一个Message就将对象设置为null，让出内存，在生产Message时又得使用new去重新申请内存，可能会造成内存抖动问题。所以在消费完Message后，不会让出Message内存，而是将其内容置空，留下一个Message壳，在生产下一个Message时可以直接复用该Message。

在Message.recycleUnchecked()方法中，会将Message对象的所有配置都重置，只留下一个Message空壳。

//消费完Message后，重置内容。
void recycleUnchecked() {
 // Mark the message as in use while it remains in the recycled object pool.
 // Clear out all other details.
   flags = FLAG_IN_USE;
   what = 0;
   arg1 = 0;
   arg2 = 0;
   obj = null;
   replyTo = null;
   sendingUid = UID_NONE;
   workSourceUid = UID_NONE;
   when = 0;
   target = null;
   callback = null;
   data = null;

   synchronized (sPoolSync) {
     if (sPoolSize < MAX_POOL_SIZE) {
       next = sPool;
       sPool = this;
       sPoolSize++;
     }
   }
}

在重置完Message对象后，使用obtain()方法可以拿到被重置完的Message对象，并进行复用

public static Message obtain() {
   synchronized (sPoolSync) {
     if (sPool != null) {
       Message m = sPool;
       sPool = m.next;
       m.next = null;
       m.flags = 0; // clear in-use flag
       sPoolSize--;
       return m;
     }
 }
 return new Message();
}


//Activity中
new Handler().sendMessage(Message.obtain());

MessageQueue类：传送带，负责存放Message消息，存放消息方法是enqueueMessage()

成员变量	说明
mQuitAllowed：boolean	如果消息队列可以退出，则为真。主线程中为fasle
mMessages：Message	列表中第一个Message消息。后面message由next获得
mQuitting：boolean	是否正在退出标记位
...

在enqueueMessage()中主要就是将要加入的message根据时间升序加入链表中，然后在需要的时候调用nativeWake()去唤醒Looper。插入链表是按照when升序进行排序的。

 //MessageQueue.java
boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
//省略

  synchronized (this) {
    //如果MessageQueue正在退出
      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;
      }// end 如果MessageQueue正在退出

      msg.markInUse();
      msg.when = when;
      //MessageQueue中保存着第一个Message，即mMessages
      Message p = mMessages;
      //是否需要唤醒标记位
      boolean needWake;
      //按照时间排序，与msg对比，when小的排前面
      if (p == null || when == 0 || when < p.when) {
          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;
      }

      if (needWake) {
          nativeWake(mPtr);
      }
    }
    return true;
}

Handler类：生产(发送)消息的源头

在Handler类中，无论我们调用sendMessage()、postMessage()还是其他的方法，最终都会调用到enqueueMessage()方法上。

enqueueMessage()方法最终走到了MessageQueue.enqueueMessage()上

Handler handler = new Handler();
handler.sendMessage(Message.obtain());


//Handler.java 
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);
}

Looper类：处理消息，主要通过loop()方法中的死循环获取MessageQueue中的Message

主线程的Looper在应用启动时便启动且开始了死循环，它是在ActivityThread.main()方法中初始化并启动的。Looper的初始化调用的是Looper.prepareMainLooper()

//ActivityThread.java
public static void main(String[] args) {
    //省略

    Looper.prepareMainLooper();//<<<<看这里

    //省略

}

在Looper.prepareMainLooper()方法中，调用preapre(false)对Looper进行初始化。其中参数false最终会被设置到MessageQueue中的成员变量mQuitAllowed中，表示该线程对应的MessageQueue不能调用quit()方法。

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


void quit(boolean safe) {
  //如果 mQuitAllowed == fasle ，即不允许退出。则调用该方法会抛出异常
  if (!mQuitAllowed) {
    throw new IllegalStateException("Main thread not allowed to quit.");
  }

  //省略
}

在prepare()中，会去判断当前线程是否已经存在一个Looper对象实例，如果没有则通过new Looper()新建一个Looper对象实例并保存到sThreadLocal中。如果该线程原本就有了一个Looper对象实例，则抛出异常。因此一个线程只能有一个Looper对象实例。
```
//Looper.java
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));
}
```
如何保证每个线程中Looper的唯一？

答：通过在prepare()方法中对当前线程Looper对象实例是否唯一进行检测，且新建好的Looper会存储在静态常量sThreadLocal中，两部分来保证线程中Looper实例的唯一。
在new Looper()中，会一并初始化MessageQueue对象实例。也就是说每个Looper会持有一个MessageQueue对象，且因为Looper在线程中的唯一性，MessageQueue在线程中也是唯一的。
```
private Looper(boolean quitAllowed) {
  mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
  mThread = Thread.currentThread();
}
```

初始化完Looper后，调用loop()方法进行死循环获取MessageQueue中的message进行操作

//ActivityThread.java
public static void main(String[] args) {
//省略

    Looper.prepareMainLooper();

//省略

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

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

//省略

    Looper.loop();//<<<<<<<<<<<<<<<<<看这里

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

在loop()中

拿到当前线程中的MessageQueue，并且调用了MessageQueue.next(),在next()中继续用死循环获取Message，如果下一个Message处理的时机还没到，会进行阻塞休眠。

Message next() {

  //mPtr 类似线程的id的东西，在休眠和唤醒时有用。在native层初始化
  final long ptr = mPtr;
  if (ptr == 0) {
      return null;
  }

  int pendingIdleHandlerCount = -1; // -1 only during first iteration
  int nextPollTimeoutMillis = 0;
  for (;;) {
      if (nextPollTimeoutMillis != 0) {
        Binder.flushPendingCommands();
  }

//使用native的方法休眠，时长 == nextPollTimeoutMillis
    nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);

  synchronized (this) {
      final long now = SystemClock.uptimeMillis();
      Message prevMsg = null;
      Message msg = mMessages;
   
      //省略
    
    if (msg != null) {
        //通过when判断下一个Message到时间处理没
        if (now < msg.when) {
        //下一个Message还没有准备好。设置一个超时以在它准备好时唤醒。
            nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE);
        } else {
        //下一个Message到时间处理了
            mBlocked = false;
            if (prevMsg != null) {//这个跟异步Message有关
                prevMsg.next = msg.next;
            } else {//一般的同步Message
                //将第二个Message设置给mMessages，
                mMessages = msg.next;
            }
            msg.next = null;
            if (DEBUG) Log.v(TAG, "Returning message: " + msg);
            msg.markInUse();
            return msg;//<<<<<<<<<< 正常情况下返回
        }
    } else {
        // 没有消息，设置 -1 ，将无限期休眠。
        //在下一个循环中调用 nativePollOnce()时休眠
        nextPollTimeoutMillis = -1;
    }
    
    //调用quit()时，mQuitting==true。
    //主线程不能调用
    if (mQuitting) {
        dispose();
        return null;//<<<<<<<<<<< 子线程调用quit()后，会返回null
    }

    //省略
  }
 }

拿到要处理的Message后，判空，如果为空，则退出Loop循环。非空则调用handler中的dispatchMessage()方法进行分发，实现线程间通信。

 public static void loop() {
  final Looper me = myLooper();

  final MessageQueue queue = me.mQueue;

  //省略

  for (;;) {
      Message msg = queue.next(); // might block

      //判空，结束loop死循环
      if (msg == null) {
          return;
      }


      //省略

      try {
          //msg.target == handler
          msg.target.dispatchMessage(msg);
          if (observer != null) {
              observer.messageDispatched(token, msg);
          }
          dispatchEnd = needEndTime ? SystemClock.uptimeMillis() : 0;
      } catch (Exception exception) {
          if (observer != null) {
              observer.dispatchingThrewException(token, msg, exception);
          }
          throw exception;
      } finally {
          ThreadLocalWorkSource.restore(origWorkSource);
          if (traceTag != 0) {
              Trace.traceEnd(traceTag);
        }
   }


    //省略

    //Message清空数据。复用机制
    msg.recycleUnchecked();
  }
}

Handler机制的结构

Handler消息机制的实现

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