简单聊聊Android Handler机制
哈喽，大家好，这次我们来聊聊Handler机制。Handler机制大家都很熟悉，由Handler，Looper，MessageQueue以及Message组成的异步消息处理机制。日常的用法这里就不聊了，主要从源码的角度来分析一下Handler机制的流程。
在开始分析流程之前我先提个问题，大家可以思考一下答案。在阅读完这篇文章后来看看自己的答案是否正确。
- 以下代码执行的时候是否会报错
private class Test implements Runnable {
@Override
public void run() {
Looper.prepare();
Handler handler = new Handler() {
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
textView.setText("test");
}
};
handler.sendEmptyMessage(0);
Looper.loop();
}
}
正文开始：
首先还是简单说说Handler，Looper以及MessageQueue在整个机制中扮演的角色。
- Handler：在Handler机制中扮演一个消息处理的角色，Handler发送的所有消息最后都会调用Handler的dispatchMessage方法来进行处理。
- Looper：在Handler机制中扮演一个传递消息的角色，它会从MessageQueue中拿出将要处理的消息，并将消息交给Handler处理。
- MessageQueue：在Handler机制中扮演了一个消息队列的角色，用来存放，取出消息。MessageQueue是单链表形式实现的。
流程开始
首先我们来看看Looper。
public final class Looper {
private static final String TAG = "Looper";
// sThreadLocal.get() will return null unless you've called prepare().
static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();
private static Looper sMainLooper; // guarded by Looper.class
final MessageQueue mQueue;
final Thread mThread;
private Printer mLogging;
private long mTraceTag;
......
}
这里我们可以看到Looper中有一个MessageQueue，有一个sMainLooper。这里的sMainLooper就是我们主线程的Looper。大家肯定会思考创建Handler实例都需要一个Looper，但Activity我们并没有创建Looper实例，主线程中的Looper是从哪里来的呢？
让我们进入ActivityThread类看看
public static void main(String[] args) {
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "ActivityThreadMain");
......
Process.setArgV0("<pre-initialized>");
Looper.prepareMainLooper();
......
Looper.loop();
throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
}
在ActivityThread类中我们可以看到主函数main中就已经调用了Looper.prepareMainLooper()方法，所以我们在主线程中创建Handler实例不需要自己调用Looper的prepare方法。
我们来看看我们常用的prepare方法。
public static void prepare() {
prepare(true);
}
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));
}
调用prepare方法，创建了一个Looper，并存在了sThreadLocal中。
我们来看看sThreadLocal在Looper中的代码。
// sThreadLocal.get() will return null unless you've called prepare().
static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();
可以看出ThreadLocal就是一个储存类。大家可能平时没怎么用过ThreadLocal，这里做一个简单的介绍。ThreadLocal是一个线程内部的储存类，通过它可以在指定的线程中存储数据。数据存储以后只能在指定线程中获取存储的数据，对于其他线程来说则无法获取到数据。这样我们就可以通过Looper中的myLooper方法（静态方法）在不同的线程中获取相对应的线程。
接着我们来看Looper的初始化方法
private Looper(boolean quitAllowed) {
mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
mThread = Thread.currentThread();
}
我们发现在Looper的构造函数中还创建了MessageQueue。进入MessageQuue的初始化方法
MessageQueue(boolean quitAllowed) {
mQuitAllowed = quitAllowed;
mPtr = nativeInit();
}
MessageQueue的初始化是将mQuitAllowed 变量赋值，mQuitAllowed 是判断MessageQueue是否能退出，主线程的MessageQueue就是不能退出的。然后调用nativeInit方法去初始化Native层的一个MessageQueue并将返回值赋值给mPtr。
Looper和MessageQueue创建过程了解完后，我们来看看Handler的创建
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());
}
}
mLooper = Looper.myLooper();
if (mLooper == null) {
throw new RuntimeException(
"Can't create handler inside thread " + Thread.currentThread()
+ " that has not called Looper.prepare()");
}
mQueue = mLooper.mQueue;
mCallback = callback;
mAsynchronous = async;
}
- 先是对Handler的一些判断，判断是否是内部类等，如果是会在代码上显示警告。
- 然后开始初始化数据，首先是获取Looper对象，这里判断了如果Looper为空，那么将会报错，这就是为什么在创建Handler实例的时候必须要有Looper才行的原因。然后将Looper中的MessageQueue赋值到Handler中，方便后面调用。最后将传进来的两个参数callback和async赋值，这两个参数后面会提到。
在Handler，Looper，MessageQueue都创建好了后，我们看看整个机制是如何运转的。
首先看看消息如何存入MessageQueue，我们通常会调用post或send方法来将消息从线程中发出去，它们最终都会调用Handler的enqueueMessage方法将消息添加到MessageQueue中。
private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
msg.target = this;
if (mAsynchronous) {
msg.setAsynchronous(true);
}
return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}
我们看到这里先是给msg.target进行了赋值，this就是当前的Handler。然后设置了msg是否为异步消息（大部分情况为同步消息）。在最后执行了queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis)方法，这里uptimeMillis是延迟处理消息的时间。然后我们继续跟进。
boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
if (msg.target == null) {
//如果msg的target也就是前面赋值的Handler为空，则抛出异常。
throw new IllegalArgumentException("Message must have a target.");
}
if (msg.isInUse()) {
//如果msg已经是使用状态，则抛出异常。
throw new IllegalStateException(msg + " This message is already in use.");
}
synchronized (this) {
......
//msg变为使用状态
msg.markInUse();
//将延迟时间赋值给msg
msg.when = when;
//将消息队列中的头赋值给p
Message p = mMessages;
boolean needWake;
if (p == null || when == 0 || when < p.when) {
//如果p为空，或者延迟时间为0，或者当前新消息延迟时间小于p的延迟时间
//那么将msg插入到队列头部
msg.next = p;
mMessages = msg;
needWake = mBlocked;
} else {
//先判断是否需要唤醒
needWake = mBlocked && p.target == null && msg.isAsynchronous();
Message prev;
for (;;) {
prev = p;
p = p.next;
if (p == null || when < p.when) {
//找到新消息合适的添加位置
break;
}
if (needWake && p.isAsynchronous()) {
needWake = false;
}
}
//将新消息添加到MessageQueue中
msg.next = p; // invariant: p == prev.next
prev.next = msg;
}
// 根据needWake来判断是否需要唤醒队列
if (needWake) {
nativeWake(mPtr);
}
}
return true;
}
在代码中我加入了解释，如果还有不太理解的地方欢迎大家咨询我。这样我们就将消息成功的添加到了MessageQueue中。
消息存入Messagequeue中后，Looper会通过方法loop将消息取出，并交给Handler来处理。
public static void loop() {
final Looper me = myLooper();
if (me == null) {
//先获取当前线程Looper是否为空，如果为空，则抛出异常
throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
}
final MessageQueue queue = me.mQueue;
......
boolean slowDeliveryDetected = false;
for (;;) {
//这里调用MessageQueue的next方法获取到消息
Message msg = queue.next(); // might block
if (msg == null) {
//msg为空的，直接return。
return;
}
......
final long dispatchStart = needStartTime ? SystemClock.uptimeMillis() : 0;
final long dispatchEnd;
try {
//最终调用了msg的target（Handler）的dispatchMessage方法将消息传给了Handler。
msg.target.dispatchMessage(msg);
dispatchEnd = needEndTime ? SystemClock.uptimeMillis() : 0;
} finally {
if (traceTag != 0) {
Trace.traceEnd(traceTag);
}
}
......
}
}
代码中我已经做了代码简化，并加入了解释。
下面我们具体看看上面获取消息的方法，MessageQueue的next方法。
Message next() {
//这里先判断Native层的MessageQueue是否正常，否则直接返回空。
final long ptr = mPtr;
if (ptr == 0) {
return null;
}
int pendingIdleHandlerCount = -1; // -1 only during first iteration
int nextPollTimeoutMillis = 0;//等待时间
for (;;) {
if (nextPollTimeoutMillis != 0) {
Binder.flushPendingCommands();
}
//nextPollTimeoutMillis 为0，不阻塞
//nextPollTimeoutMillis 为-1，一直阻塞
//nextPollTimeoutMillis 大于0，阻塞nextPollTimeoutMillis 长的时间
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;
//如果msg的target（Handler）是为空，那么这个消息是一个屏障，用来过滤后面的同步消息，
//只能处理异步消息。我们一般的消息都为同步消息，这里的msg.isAsynchronous()为加入队列
//时调用msg.setAsynchronous(true)设置。
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());
}
if (msg != null) {
if (now < msg.when) {
// 如果还没有到消息处理时间，还剩多少时间用nextPollTimeoutMillis 记录。
nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE);
} else {
//从队列中取出消息，并将消息返回
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 {
// 如果没有更多消息，则nextPollTimeoutMillis 为-1。表示一直阻塞。
nextPollTimeoutMillis = -1;
}
// Process the quit message now that all pending messages have been handled.
if (mQuitting) {
dispose();
return null;
}
//如果没有消息的话，会处理IdleHandler的任务
if (pendingIdleHandlerCount < 0
&& (mMessages == null || now < mMessages.when)) {
pendingIdleHandlerCount = mIdleHandlers.size();
}
if (pendingIdleHandlerCount <= 0) {
// 如果没有IdleHandler任务，队列会进入阻塞状态
mBlocked = true;
continue;
}
if (mPendingIdleHandlers == null) {
mPendingIdleHandlers = new IdleHandler[Math.max(pendingIdleHandlerCount, 4)];
}
mPendingIdleHandlers = mIdleHandlers.toArray(mPendingIdleHandlers);
}
//处理IdleHandler任务
for (int i = 0; i < pendingIdleHandlerCount; i++) {
final IdleHandler idler = mPendingIdleHandlers[i];
mPendingIdleHandlers[i] = null; // release the reference to the handler
boolean keep = false;
try {
keep = idler.queueIdle();
} catch (Throwable t) {
Log.wtf(TAG, "IdleHandler threw exception", t);
}
if (!keep) {
synchronized (this) {
mIdleHandlers.remove(idler);
}
}
}
// Reset the idle handler count to 0 so we do not run them again.
pendingIdleHandlerCount = 0;
// 在处理IdleHandler任务的时候可以下一个消息的等待时间已经到了，所以这里将nextPollTimeoutMillis 设置成0.
nextPollTimeoutMillis = 0;
}
}
上面是MessageQueue取消息的方法，代码有点多，大家可以慢慢看，我在代码中加入了解释。
最后我们来看看Handler的dispatchMessage方法
public void dispatchMessage(Message msg) {
if (msg.callback != null) {
handleCallback(msg);
} else {
if (mCallback != null) {
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
}
}
handleMessage(msg);
}
}
这里我们可以看到有三种情况
- msg.callback如果不为空，将调用handleCallback来处理消息。
- mCallback是Handler初始化的时候出入的Callback，如果传入的Callback不为空，这里将会调用Callback来处理消息。
- 如果上面的条件都没有达到，我们将调用Handler自身的handleMessage来处理消息，这也是我们最常用的方式。
这里来解释一下第一种情况，Handler发送消息有send和post，第一种情况就是在使用post的时候发生的。我们来看看代码。
public final boolean post(Runnable r)
{
return sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);
}
private static Message getPostMessage(Runnable r) {
Message m = Message.obtain();
m.callback = r;
return m;
}
我们可以看到在调用post方法并传入Runnable时，会调用getPostMessage方法将其转换为一个Message，并将callback赋值为传入的Runnable。所以上面的msg.callback就是我们传入的Runnable。
private static void handleCallback(Message message) {
message.callback.run();
}
然后再看看上面执行的handleCallback方法，其实就是调用Runnable的run方法来执行代码。
到这里Handler机制就大致明了了。
最后，我们回顾下最开始提出的问题。
- 以下代码执行的时候是否会报错
private class Test implements Runnable {
@Override
public void run() {
Looper.prepare();
Handler handler = new Handler() {
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
textView.setText("test");
}
};
handler.sendEmptyMessage(0);
Looper.loop();
}
}
答案是会，因为即使在线程中我们创建了Handler，但是Looper的loop方法同样是在线程中执行的。消息是Looper的loop方法将其传递给Handler来的，所以Handler最后任然是在线程中处理的消息。而View在更新的时候会判断是否在主线程，由于这里并不是主线程，所以会报错。这里也看出来了Handler机制是如何切换线程的。
Handler机制不算太复杂，但也不简单，里面有很多东西值得学习。如果文章中有错误的地方欢迎大家提出，我会及时修改，如果有不懂的地方或者想讨论的话欢迎大家联系我。
