Handler机制之消息传递过程源码分析
2018-04-11 本文已影响80人
zYoung_Tang
你真的懂Handler是用来干什么的吗
自从 RxJava 大火之后成为大部分 Android 开发者进行调度线程异步处理的首选工具，那么在 RxJava 还没出现的年代 Android 程序员是怎么切换线程完成异步操作的呢？Handler 就是大家常用的工具，根据大神任玉刚的《Android开发艺术探索》中所描述的Handler 机制是 Android 提供的消息机制，通过它可以轻松地将一个任务切换到 Handler 所在的线程中执行。也就是说我们可以在任何一个线程创建一套 Handler 机制，从而可以轻松调度到这个线程中。但是由于大部分开发者都把 Handler 当做切换到主线程更新UI的工具，所以开发者经常在面试中回答 Handler 是干什么的时候回答是用来更新 UI的。
Handler机制结构
- Handler
处理消息和发送消息的核心，创建Handler的线程就是处理消息的线程，且跟Looper和消息队列相关联Handler机制才能运作
- Looper
一个挂在消息队列上的钩子，消息队列有消息就立马把消息勾走给丢给Handler处理，处于Handler所在线程中
- MessageQueue 消息队列
维护一个单链表，主要包含添加消息到队列和从队列读取并删除一条消息
- Message 消息
消息载体
Handler机制消息传递流程
消息被Handler发送插入消息队列 -> 消息被Looper勾走传给Handler -> Handler处理消息
源码分析消息传递过程
接下来通过查看上面四个关键类的源码了解消息的传递过程。
首先我们先来看看Handler发送消息到消息队列的过程：
// Handler.class
public final boolean sendMessage(Message msg){
return sendMessageDelayed(msg, 0);
}
public final boolean post(Runnable r){
// 把需要 Post 的 runnable 包装为 Message 之后再发送
return sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);
}
private static Message getPostMessage(Runnable r) {
// 从缓存池中获取 Message
Message m = Message.obtain();
// 把 runnable 设置为 Message 的 callback 后返回 Message
m.callback = r;
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) {
// mQueue : 该 Handler 所在线程的消息队列
MessageQueue queue = mQueue;
if (queue == null) { // 若没有消息队列报错
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) {
// 设置 target (目标Handler) 为自己，因为是自己发送最后自己接受的嘛
msg.target = this;
// 设置是否异步
if (mAsynchronous) {
msg.setAsynchronous(true);
}
// 调用消息队列的enqueueMessage()并返回返回值
return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}
根据Handler的源码有两种发送消息到消息队列的方式：
-
直接发送一个
Message到消息队列中 -
post(runnable)一个runnable然后用getPostMessage(runnable)包装为Message后发送到消息队列，注意一下runnable被赋值给了Message.callback，原因后面解释。
两种方式都可以设置延迟时间且最终会调用Handler.enqueueMessage()把消息插入到消息队列中。接下来我们可以看看消息队列的源码看看插入消息的过程，关键点已做注释:
// MessageQueue.class
boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
if (msg.target == null) { // 没有设置目标Handler的话报错
throw new IllegalArgumentException("Message must have a target.");
}
if (msg.isInUse()) { // 如果该Message被标记为 in-use 就报错
throw new IllegalStateException(msg + " This message is already in use.");
}
synchronized (this) {
if (mQuitting) { // 如果 mQuitting = true 表示 Handler 机制要被终止了，报错
IllegalStateException e = new IllegalStateException(
msg.target + " sending message to a Handler on a dead thread");
Log.w(TAG, e.getMessage(), e);
// 回收消息后返回 false
msg.recycle();
return false;
}
// 标记该 Message 为 in-use 状态
msg.markInUse();
// 设置延迟时间
msg.when = when;
// mMessages 是消息队列维护的单链表表头
Message p = mMessages;
boolean needWake;
// 如果插入的消息延迟时间为0或者比表头消息的延迟时间小，就以头部插入的方式插入到消息队列中
// 否则就按延时时间的大小插入到链表中
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.
// 唤醒 native
if (needWake) {
nativeWake(mPtr);
}
}
// 插入后返回 true
return true;
}
根据源码消息队列其实维护了一个单链表，且按照延迟时间从小到大排序的。
那么现在我们了解到了消息插入过程，下面我们了解消息被取出的过程：
上面介绍Looper的时候把它形容为一个钩子钩在消息队列上，下面我们先简单了解Looper。
在Android中每个线程创建的时候是没有Looper的，需要下面两行代码运行Looper
Looper.prepare();
// 如果再创建一个Handler，那么这个线程的 Handler机制就可以完整了
// Handler handler = new Handler();
Looper.loop();
看看Looper代码这两个方法做了什么:
// Looper.class
public static void prepare() {
prepare(true);
}
private static void prepare(boolean quitAllowed) {
// 如果sThreadLocal 已经存储了Looper，证明Looper已存在，报错
if (sThreadLocal.get() != null) {
throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
}
// 否则new一个 Looper 并保存在 sThreadLocal
sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));
}
public static @Nullable Looper myLooper() {
return sThreadLocal.get();
}
private Looper(boolean quitAllowed) {
// Looper 构造方法创建消息队列
mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
// mThread 标记当前线程
mThread = Thread.currentThread();
}
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;
// Make sure the identity of this thread is that of the local process,
// and keep track of what that identity token actually is.
Binder.clearCallingIdentity();
final long ident = Binder.clearCallingIdentity();
for (;;) {
// 调用消息队列 next()获取消息，如果队列中没有可以取的任务时会阻塞
Message msg = queue.next(); // might block
if (msg == null) {
// No message indicates that the message queue is quitting.
return;
}
// This must be in a local variable, in case a UI event sets the logger
final Printer logging = me.mLogging;
if (logging != null) {
logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " +
msg.callback + ": " + msg.what);
}
final long slowDispatchThresholdMs = me.mSlowDispatchThresholdMs;
final long traceTag = me.mTraceTag;
if (traceTag != 0 && Trace.isTagEnabled(traceTag)) {
Trace.traceBegin(traceTag, msg.target.getTraceName(msg));
}
final long start = (slowDispatchThresholdMs == 0) ? 0 : SystemClock.uptimeMillis();
final long end;
try {
// 使用消息的目标Handler的dispatchMessage()来分发消息
msg.target.dispatchMessage(msg);
end = (slowDispatchThresholdMs == 0) ? 0 : SystemClock.uptimeMillis();
} finally {
if (traceTag != 0) {
Trace.traceEnd(traceTag);
}
}
if (slowDispatchThresholdMs > 0) {
final long time = end - start;
if (time > slowDispatchThresholdMs) {
Slog.w(TAG, "Dispatch took " + time + "ms on "
+ Thread.currentThread().getName() + ", h=" +
msg.target + " cb=" + msg.callback + " msg=" + msg.what);
}
}
if (logging != null) {
logging.println("<<<<< Finished to " + msg.target + " " + msg.callback);
}
// Make sure that during the course of dispatching the
// identity of the thread wasn't corrupted.
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);
}
// 消息被处理后回收消息
msg.recycleUnchecked();
}
}
先从Looper.prepare()看起
- 内部调用了
prepare(boolean quitAllowed)，通过sThreadLocal获取该线程的Looper，在这里先解释下mThreadLocal是ThreadLocal对象，这个类很特别，可以存放一个指定类型的对象，但是不同线程通过get()获取的值是不同的，我们暂时不需要了解ThreadLocal的实现细节，所以在这里用ThreadLocal来保存每个线程的Looper，如果sThreadLocal.get() != null证明该线程已经存在Looper，一个线程只能和一个Looper关联，所以报错，否则创建Looper并保存在sThreadLocal中。 - 查看
Looper的构造函数发现消息队列是在创建Looper的时候创建并关联起来的，所以Looper和消息队列都在创建Handler的线程中。
接下来看Looper.loop()
- 这个方法是Handler机制的启动方法，内部其实是一个无限for循环，只有当调用
消息队列的next()方法返回null的时候才会退出循环，并且终止Looper运作。如果大家好奇为什么平时使用Handler的时候这个for循环不会阻塞主线程的话，可以参考下 知乎 的回答 - 从
消息队列中得到消息后Looper会用根据Message.target找到目标Handler，然后调用handler.dispatchMessage(msg)把消息传给Handler让其处理消息。 - 消息被处理后回收消息，进入下一次for循环。
看到这里我们知道了Looper是怎么从消息队列中把消息一个个勾出来传给Handler处理的，那么回头我们看看消息队列的next()做了什么:
// MessageQueue.class
Message next() {
// Return here if the message loop has already quit and been disposed.
// This can happen if the application tries to restart a looper after quit
// which is not supported.
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();
}
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());
}
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 {
// No more messages.
nextPollTimeoutMillis = -1;
}
// Process the quit message now that all pending messages have been handled.
if (mQuitting) {
dispose();
return null;
}
// If first time idle, then get the number of idlers to run.
// Idle handles only run if the queue is empty or if the first message
// in the queue (possibly a barrier) is due to be handled in the future.
if (pendingIdleHandlerCount < 0
&& (mMessages == null || now < mMessages.when)) {
pendingIdleHandlerCount = mIdleHandlers.size();
}
if (pendingIdleHandlerCount <= 0) {
// No idle handlers to run. Loop and wait some more.
mBlocked = true;
continue;
}
if (mPendingIdleHandlers == null) {
mPendingIdleHandlers = new IdleHandler[Math.max(pendingIdleHandlerCount, 4)];
}
mPendingIdleHandlers = mIdleHandlers.toArray(mPendingIdleHandlers);
}
// Run the idle handlers.
// We only ever reach this code block during the first iteration.
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;
// While calling an idle handler, a new message could have been delivered
// so go back and look again for a pending message without waiting.
nextPollTimeoutMillis = 0;
}
}
next()的代码比较长，我们暂时不需要深入了解其实现细节，只需要了解大概流程即可：
- 单链表表头消息为null时表示消息队列中没有消息，等待直到有消息
- 如果表头消息延迟时间还没过证明当前消息还不能被处理，等待直到延迟时间过去
- 确定表头消息可以被处理的时候把该消息从链表中脱离开，然后标记为 in-use 状态，然后返回该消息给Looper
最后我们了解Handler接收到消息之后是怎么处理的，看 Handler.dispatchMessage():
// Handler.class
public void dispatchMessage(Message msg) {
if (msg.callback != null) { // post(runnable) 会走这里
handleCallback(msg);
} else {
if (mCallback != null) { // 使用Handler(Callback callback, boolean async)创建Handler的时候会走这里
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
}
}
// 使用 new Hander() 的时候走这里
handleMessage(msg);
}
}
private static void handleCallback(Message message) {
message.callback.run();
}
- 还记得发送消息的时候其中一种方式是 post 一个 runnable 吗，且包装的时候把 runnable 赋值给消息的 callback ，原因现在终于清楚了，原来
Handler接收到以 post 方式发送过来的消息时，会直接 run 这个 runnable，就达到了我们前面说的把一个任务传到Handler 所在线程中执行的效果了 - 如果创建
Handler的时候使用的构造方法是Handler(Callback callback, boolean async)，就会回调callback.handleMessage()，如果使用的是Handler()的话就回调我们创建时覆写的handleMessage()
到现在我们已经把 Handler机制 中的消息传递过程通过查看源码了解一遍了。
如果想要了解Handler机制的终止流程的话可以到我的另一篇博客看看：Handler机制之Looper.quit()和Looper.quitsafely()
