Android - Handler 消息机制

本文不涉及底层原理，仅把知识串一下

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2020.5.17 更新

1. 是什么（线程消息通信机制（共享内存模型和消息传递模型）；主要场景是子线程切换到主线程）
2. 为什么存在（主线程不能进行耗时操作；子线程不能更新 UI（UI 线程不安全；加锁耗时+逻辑复杂）；）
3. 核心 API（Message、MessageQueue、Looper、Handler、ThreadLocal）
4. 原理
   1. Looper.loop() 和 MessageQueue.next() 内部都是 for(;;) 无限循环，
   2. Looper.loop() 通过 MessageQueue.next() 获取 msg，然后调用 msg.target.dispatchMessage(msg) 即交给 Handler 处理消息
   3. MessageQueue.next() 1. 有消息时返回msg；2.没消息时通过 nativePollOnce 阻塞；3. 队列退出返回 null
   4. 根据 msg.when 系统相对时间进行 MessageQueue 的插入或排队
   5. dispatchMessage 处理优先级 msg.callback > mCallback > handleMessage
5. 使用方式
   1. 主线程
   2. 子线程
   3. HandlerThread，IntentService
   4. 第三方库 RxJava、EventBus
6. 注意事项
   1. 切换线程的本质 ThreadLocal
   2. MessageQueue 是一个链表
   3. Handler 依赖 Looper 处理消息，而 Looper 和线程绑定
   4. Handler.post/postAtTime/postDelayed/postAtFrontOfQueue 系列方法通过 getPostMessage(Runnable r){msg.callback = r} 最终调用 Handler.sendMessage/sendMessageDelayed/sendMessageAtTime/sendEmptyMessage/sendEmptyMessageDelayed/sendEmptyMessageAtTime/sendMessageAtFrontOfQueue 系列方法
   5. 内存泄漏（静态内部类+弱引用；移除消息；）
   6. 主线程死循环问题（程序运行本质保证不会退出；主线程的消息循环机制；Linux的循环异步pipe/epoll方式不占用资源）
   7. 主线程卡顿问题（运行在子线程交互；onCreate/onStart/onResume的超时 ANR）
7. 其他
   1. 子线程更新 UI 的方式。1. 实现 Handler；2. runOnUiThread；3.view.post(Runnable)
   2. 子线程不能更新 UI 的原因，ViewRootImpl 的 checkThread()在 Activity 维护的 View 树的行为
   3. 子线程 Toast 、showDialog，是在 Window.addView，并非在 ViewRootImpl，所以可以在子线程更新 UI，需要初始化子线程的 Looper.prepare()/.loop
   4. 切记调用 Looper.myLooper().quit()
   5. interface IdleHandler { boolean queueIdle()}，空闲 Handler，方法返回 false表示只回调一次

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Handler 是 Android 消息机制的上层接口。
作用：将一个任务切换到某个指定的线程中去执行
使用场景：通常是在子线程进行耗时I/O等操作，然后回到主线程更新UI；

1 背景

1. Android 规定访问UI只能在主线程中进行，ViewRootImpl#checkThread。
2. Android 建议不要在主线程进行耗时操作，否则会导致 ANR

鉴于以上两者存在矛盾，Android提供了Handler这个功能。

补充：

1. 为什么不允许在子线程访问UI？这是Android的UI控件不是线程安全的，如果在多线程并发访问可能导致UI控件处于不可预期的状态。
2. 为什么不对UI控件的访问加上锁机制？缺点有两个：1. 会让UI访问逻辑变得复杂；2. 降低UI访问的效率；

扩展：

1. 区分 Eventbus 消息机制的跨线程发送消息，观察者模式

2 关键字

Handler、Looper、MessageQueue、ThreadLocal

3 原理描述

3.1 ThreadLocal

作用：某些数据是以线程为作用域，不同的线程具有不同的数据副本

使用场景：Looper、ActivityThread、AMS

其他实现方式：提供全局哈希表管理

3.2 MessageQueue

名字是队列，其实采用单链表的数据结构，在插入和删除上有优势。

包含两个操作：插入enqueueMessage 和读取next（while读取，读取操作伴随着删除操作）

next方法是一个无限循环的方法，如果消息队列中没有消息，那么next方法会一直阻塞在这里，当有新消息到来时，next方法会返回这条消息并将其从单链表中移除。

3.3 Looper

扮演消息循环的角色，不停的从MessageQueue中查看是否有新消息，如果有就会立刻处理，否则就一直阻塞在那里

子线程使用

new Thread(){
    @Override
    public void run(){
        Looper.prepare(); // 为当前线程创建一个Looper
        Handler handler = new Handler();
        Looper.loop();//开启消息循环***
    }
}.start();

Looper.quit(); 直接退出
Looper.quitSafely();把消息队列中的已有消息处理完毕后才安全退出

Looper 最重要的方法是 loop方法，只有调用了loop后，消息系统才会真正地起作用。

1. loop是一个死循环，会调用MessageQueue的next方法获取新消息
2. 没消息时，next是一个阻塞操作，也导致loop会阻塞。
3. 有消息时，会处理消息，执行 msg.target.dispatchMessage(msg); 其中 msg.target就是发送这条消息的Handler对象，在enqueueMessage添加时赋值。

3.4 Handler

主要工作：消息的发送和接收过程。

发送：通过post或send一系列方法实现（post最终调用send），这个过程只是向消息队列插入了一条消息。

接收：Looper不断循环从队列中取消息，然后调用Handler的dispatchMessage处理消息。共有以下三个互斥方式处理，三个优先级高低依次为1、2、3

public void dispatchMessage(@NonNull Message msg) {
    if (msg.callback != null) {
        handleCallback(msg); //  1、 post发送消息所传递的Runnable参数
    } else {
        if (mCallback != null) {
            if (mCallback.handleMessage(msg)) { // 2、初始化Handler时设置的Callback回调
                return;
            }
        }
        handleMessage(msg); // 3、派生子类重写handleMessage方法
    }
}

4 主线程 Handler 使用示例

主线程的消息循环

Android的主线程就是ActivityThread，在入口方法main中创建Looper并开启循环

public static void main(String[] args) {
    ...
    Looper.prepareMainLooper(); // 创建Looper 和 MessageQueue
    ...
    Looper.loop(); // 开启循环
    ...
}

主线程的Handler是内部类 H

ActivityThread和AMS的进程间通信通过ApplicationThread（是Binder，不是线程）进行。

ActivityThread - AMS 通信

内存泄漏问题

在Java中，非静态内部类 & 匿名内部类都默认持有 外部类的引用

解决方案1：静态内部类+弱引用

解决方案2：当外部类结束生命周期时，清空Handler内消息队列

5 参考资料

语雀 Handler面试知识点
《Android开发艺术探索》第10章 Android的消息机制
Android中为什么主线程不会因为Looper.loop()里的死循环卡死？
为什么 Android 要采用 Binder 作为 IPC 机制？