Handler机制用法及源码解析
Handler机制用法及源码解析
1.Android 中 Handler 的作用
在Android开发中，我们都知道不能在主线程中执行耗时的任务，避免产生ANR。那在子线程中处理完耗时操作要更新在UI线程中的界面该怎么办呢？
这里就引入了Handler的概念，Handler的主要作用就是线程间异步任务的回调通知， 经常用在子线程中处理耗时操作后通知UI线程进行界面更新操作。
比如我们有一个需求：界面上有一个按钮，点击后去下载一个很大的文件，下载完成后界面上的按钮需要消失。首先下载文件是一个耗时的操作，我们必须开启一个子线程来处理这个未知完成时间的耗时操作，而让按钮消失必须要在UI线程中处理。这就产生了一个问题，子线程与主线程之间如何进行通信。而Handler就是用于解决这个问题的方法之一。
2.Handler 的使用:
Handler 的使用方式可以分为两种
1.通过 Handler + Message 的方式实现
2.通过 Handler + Runnable 的方式实现
下面我们就用demo来了解一下如何用Handler来解决上面描述的问题
2.1通过Handler + Message的解决上面描述的需求
package test.shop.cn.test;
import android.os.Bundle;
import android.os.Handler;
import android.os.Looper;
import android.os.Message;
import android.support.v7.app.AppCompatActivity;
import android.view.View;
import android.widget.TextView;
import android.widget.Toast;
import java.lang.ref.WeakReference;
public class MainActivity extends AppCompatActivity {
private static final int NET_SUCCESS = 0;
private TextView mDownload;
private UIHandler mHandler;
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
mHandler = new UIHandler(this);
mDownload = (TextView) findViewById(R.id.download);
mDownload.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
@Override
public void onClick(View v) {
ToDownloadFile();
}
});
}
/**
* 模拟异步下载文件
*/
private void ToDownloadFile(){
//开启一个子线程
Runnable mDownloadTask = new Runnable() {
@Override
public void run() {
try{
Thread.sleep(5000);//线程休眠5秒模拟下载操作
Message msg = mHandler.obtainMessage(NET_SUCCESS);
msg.obj = "从下载中获取的数据";
mHandler.sendMessage(msg);
}catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
};
mDownloadTask.run();
}
private static class UIHandler extends Handler {
WeakReference<MainActivity> mWeakRef;
public UIHandler(MainActivity ref) {
mWeakRef = new WeakReference<MainActivity>(ref);
}
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
super.handleMessage(msg);
MainActivity activity = mWeakRef.get();
if (activity == null || activity.isFinishing()) {
return;
}
switch (msg.what) {
case NET_SUCCESS:
String tip = (String)msg.obj;
Toast.makeText(activity, tip, Toast.LENGTH_SHORT).show();
activity.mDownload.setVisibility(View.GONE);
break;
default:
break;
}
}
}
@Override
protected void onDestroy() {
super.onDestroy();
if（mHandler != null）{
mHandler.removeCallbacksAndMessages(null);
mHandler = null;
}
}
}
可能会有很多小伙伴会有疑问，为什么上面的代码里要自定义一个静态的UIHandler类继承Handler，而不用系统默认的Handler呢？ 并且为什么要将这个界面的Activity在初始化的时候传入，并用弱引用（ WeakReference<MainActivity>）引用当前Activity呢？ 这是因为可能会存在内存泄露的问题，下面会详细说明
这个就是系统默认使用handler的方式,直接在主线程中初始化：
private Handler mHandler = new Handler() {
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
super.handleMessage(msg);
switch (msg.what) {
case NET_SUCCESS:
String tip = (String)msg.obj;
Toast.makeText(MainActivity.this, tip, Toast.LENGTH_SHORT).show();
mDownload.setVisibility(View.GONE);
break;
default:
break;
}
}
};
这里回答上面的疑问：我们知道在Java中，非静态内部类会隐性地持有外部类的引用，静态内部类则不会。在上面的代码中，我们在子线程中有5秒的耗时操作，如果用户在耗时操作还没完成的时候就退出这个Activity，就会产生内存泄露。这是因为子线程持有Handler对象，Handler对象又隐性地持有了Activity的对象，当退出Activity发生GC内存回收时，因为Handler 持有Acitivity 的引用链导致Activity无法被回收，所以发生了内存泄露的问题。所以我们要在这里使用了静态内部类+弱引用持有当前Activity的方式，防止内存泄露问题，并且在onDestroy中及时清除消息。
2.2 通过Handler + Runnable的方式实现
public class MainActivity extends Activity{
private TextView mDownload;
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
mDownload = (TextView) findViewById(R.id.download);
mDownload.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
@Override
public void onClick(View v) {
ToDownloadFile();
}
});
}
private void ToDownloadFile(){
new Handler().postDelayed(new Runnable(){
@Override
public void run() {
mDownload.setVisibility(View.GONE);
}
}, 2000);
}
}
Handler + Runnable的方式在实际需求开发中用到的比较少，之所以分开Runnable和Message两种方式来实现，是因为很多人都搞不清楚为什么Handler可以推送Runnable和Message两种对象。
其实，无论Handler将Runnable还是Message加入MessageQueue，最终都只是将Message加入到MessageQueue。Handler的post Runnable对象这个方法只是对post Message进行了一层封装，所以最终我们都是通过Handler推送了一个Message罢了。在下文源码中会对原理进行解析
3.Handler 的源码解析
文中贴出的源码删除了部分无关的代码，保留了重点部分，也会给出源码地址自行观看
在了解源码之前首先要对以下的关键对象有个初步的了解：
MessageQueue：消息队列，先进先出管理Message，当有消息的时候如果loop()处于休眠，则调用nativeWake(mPtr)方法唤醒loop()。在Looper对象初始化的时候会创建（new）一个与之关联的MessageQueue;
Looper：通过TheadLocal保证每个线程只能够有一个Looper，通过轮询管理MessageQueue，不断地从队列中取出Message分发给对应的Handler处理;（原理是用了死循环不断执行循环，没消息时阻塞休眠等待消息）
Handler：作用就是发送与处理信息，如果希望Handler正常工作，在当前线程中要有个Looper对象
Message：Handler接收与处理的消息对象，可用来传递的参数与不同消息的标识
TheadLocal：ThreadLocal的作用是不同的线程拥有该线程独立的变量，同名对象不会被受到不同线程间相互使用出现异常的情况。
即：你的程序拥有多个线程，线程中要用到相同的对象，但又不允许线程之间操作同一份对象。那么就可以使用ThreadLocal来解决。每一个ThreadLocal能够放一个线程级别的变量，可是它本身能够被多个线程共享使用，并且又能够达到线程安全的目的，且绝对线程安全。
初步了解完上述的关键对象后，我们开始从源码的角度来看是Handler 是如何实现线程间异步任务的回调通知
首先我们从Handler这个类看起 ：Handler类的源码地址
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());
}
}
//上面中说的默认使用的方式 初始化后会调到这个方法，通过Looper.myLooper()获得主线中的Looper对象
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;
}
从Handler源码中我们可以看到，在我们代码中初始化Handler对象的时候源码中就会初始化Looper和MessageQueue对象，通过调用Looper.myLooper()获取当前线程绑定的Looper对象（由于我们是在onCreate方法中初始化的，所以此线程是UI线程），然后将该Looper对象保存到名为mLooper的成员字段中。
接着我们看一下Looper.myLooper()这个方法返回looper对象的原理 ：Looper类的源码地址
Looper类中通过ThreadLocal保存了所有线程的Looper引用，并提供get和set方法：
static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();
public static @Nullable Looper myLooper() {
return sThreadLocal.get();
}
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));
}
这里可能很多人会疑问，为什么Looper.myLooper()能够直接获取到looper对象而不是空值，我们并没有传looper呀？我们看一下下面这段代码
public static void main(String[] args) {
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "ActivityThreadMain");
//为当前线程（主线程）创建一个Looper对象
Looper.prepareMainLooper();
ActivityThread thread = new ActivityThread();
thread.attach(false, startSeq);
if (sMainThreadHandler == null) {
//为当前线程设置Handler
sMainThreadHandler = thread.getHandler();
}
if (false) {
Looper.myLooper().setMessageLogging(new
LogPrinter(Log.DEBUG, "ActivityThread"));
}
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
// 执行从消息队列中获取Message，并调用Handler进行处理的无限循环；
//所有和主线程相关的消息处理都在该方法中执行
Looper.loop();
throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
}
这一段代码是ActivityThread类中的main方法,是Android应用的入口，每个apk中都包含一个且仅有一个ActivityThread类，并作为应用的主线程类。ActivityThread类管理主线程（UI线程）的执行，负责调度和运行应用中的activity，广播，以及其他操作。
上述代码涉及到了Android进程的启动原理，这里不过多叙述，不是本章的重点，大家有个概念就行，在apk启动的时候就会执行main方法，main方法中会初始化主线程中的Looper对象，并执行主线程Looper对象的loop()方法，无限循环处理主线程中消息队列中的Message信息，这也解释了上面的问题，为什么Looper.myLooper()方法能够直接获取到主线程的looper对象，是因为apk启动的时候就已经初始化好了looper对象并保存在Looper类中的静态变量ThreadLocal<Looper> sThreadLocal中
紧接着我们看一下Looper.loop();方法是如何处理MessageQueue中的消息的
public static void loop() {
final Looper me = myLooper();
final MessageQueue queue = me.mQueue;
for (;;) {
//取出下一条消息，当next()返回为空时，next()中会休眠loop()
Message msg = queue.next(); // might block
if (msg == null) {
// No message indicates that the message queue is quitting.
return;
}
try {
msg.target.dispatchMessage(msg);
} finally {
}
msg.recycleUnchecked();
}
}
我们来看一下上面代码中几个关键的地方:
-
final Looper me = myLooper() ； final MessageQueue queue = me.mQueue；
获取到当前线程所绑定的Looper对象，以及当前线程所关联的MessageQueue； -
for (;;){}
开启死循环； -
Message msg = queue.next();
不断从MessageQueue队列中取出消息，当next()返回为空时，next()中会休眠loop()，至于为什么next()方法能够休眠loop,本文不会进行讲解，有兴趣的小伙伴可以看一下这一篇文章 链接
(注)如果有小伙伴想要了解为何Android中为什么主线程不会因为Looper.loop()里的死循环阻塞可以看一下这一篇文章 链接 -
msg.target.dispatchMessage(msg);
msg的target属性是Handler对象，从而就是调用Handler的dispatchMessage方法将当前要处理的msg分发出去。(注1：下文中会说明为什么msg的target属性是Handler)
到此Looper的所有工作就已经结束了，然后我们看一下dispatchMessage()是如何分发消息的
public void dispatchMessage(Message msg) {
if (msg.callback != null) {
handleCallback(msg);
} else {
if (mCallback != null) {
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
}
}
handleMessage(msg);
}
}
/**
* Subclasses must implement this to receive messages.
*/
public void handleMessage(Message msg) {
}
private static void handleCallback(Message message) {
message.callback.run();
}
1.dispatchMessage方法中首先会判断msg.callback存不存在，msg.callback是Runnable类型，只有通过上文demo中Handler + Runnable的方式实现，msg.callback才会存在,并回调run()方法
2.如果是以上文demo中通过Handler + Message的方式实现，则在dispatchMessage(Message msg) 方法中会调用handleMessage(msg)方法; 源码中handleMessage方法是一个空方法，而在我们最开始的demo中我们重载了这方法
private static class UIHandler extends Handler {
WeakReference<MainActivity> mWeakRef;
public UIHandler(MainActivity ref) {
mWeakRef = new WeakReference<MainActivity>(ref);
}
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
super.handleMessage(msg);
MainActivity activity = mWeakRef.get();
if (activity == null || activity.isFinishing()) {
return;
}
switch (msg.what) {
case NET_SUCCESS:
String tip = (String)msg.obj;
Toast.makeText(activity, tip, Toast.LENGTH_SHORT).show();
activity.mDownload.setVisibility(View.GONE);
break;
default:
break;
}
}
}
到此handler的处理message的过程就结束了：
以Handler + Message的方式实现成功回调通知到我们重载的handleMessage方法中；
以Handler + Runnable的方式实现则成功回调Runnable的run方法；
Handler除了分发的过程之外，还有一个发送message到MessageQueue中的过程,下面是我们之前demo中的一段代码
/**
* 模拟异步下载文件
*/
private void ToDownloadFile(){
//开启一个子线程
Runnable mDownloadTask = new Runnable() {
@Override
public void run() {
try{
Thread.sleep(5000);//线程休眠5秒模拟下载操作
Message msg = mHandler.obtainMessage(NET_SUCCESS);
msg.obj = "从下载中获取的数据";
mHandler.sendMessage(msg);
}catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
};
mDownloadTask.run();
}
private void ToDownloadFile(){
new Handler().postDelayed(new Runnable(){
@Override
public void run() {
mDownload.setVisibility(View.GONE);
}
}, 5000);
}
从代码中我们看到，
1.我们创建了一个message对象，通过mHandler对象的sendMessage方法将message传递到Handler中；
2.我们创建了一个Handler对象，调用了postDelayed方法，传入了创建的Runnable对象
下面看一下源码中sendMessage()和postDelayed()是如何发送消息的
//以Message方式实现调用sendMessage方法
public final boolean sendMessage(Message msg) {
return sendMessageDelayed(msg, 0);
}
public final boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis) {
if (delayMillis < 0) {
delayMillis = 0;
}
return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis);
}
//以Runnable 方式实现调用postDelayed方法
public final boolean postDelayed(Runnable r, long delayMillis) {
return sendMessageDelayed(getPostMessage(r), delayMillis);
}
//通过getPostMessage(r)来将Runnable对象来转为Message
private static Message getPostMessage(Runnable r) {
Message m = Message.obtain();
m.callback = r;
return m;
}
public final boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis) {
if (delayMillis < 0) {
delayMillis = 0;
}
return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis);
}
//最后其实都是调用sendMessageAtTime方法
public boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis) {
MessageQueue queue = mQueue;//当前线程的消息队列
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);
}
private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
msg.target = this;//将当前handler保存到msg.target中
if (mAsynchronous) {
msg.setAsynchronous(true);
}
//将Message绑定到MessageQueue中
return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}
1.共同点是：从Handler源码中我们可以了解到，无论是上面说的Handler+Message方式还是Handler+Runnable方式发送消息，最终都会调到sendMessageAtTime方法。
2.区别不过是：post方法的底层调用sendMessageDelayed的时候，却是通过getPostMessage(r)来将Runnable对象来转为Message。
3.最后都通过enqueueMessage方法将Message绑定到MessageQueue中；并且将当前handler保存到msg.target中
4.这也解释了上文Looper类 注释1中为什么msg.target是handler的情况。
接着我们再看一下MessageQueue是如何添加Message的
boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
synchronized (this) { //同步锁
// 消息队列正在退出，回收 Message
if (mQuitting) {
msg.recycle();
return false;
}
//将消息添加到MessageQueue的具体操作
//每来一个新的消息，就会按照延迟时间的先后重新进行排序
msg.markInUse(); // 标记 Message 正在使用
msg.when = when; // 设置 Message 的触发时间
Message p = mMessages;// mMessages 记录着 MessageQueue 的队头的消息
boolean needWake;
// MessageQueue 没有消息、Message 触发时间为 0、Messgae 触发时间比队头 Message 早
// 总之这个 Message 在 MessageQueue 中需要最先被分发
if (p == null || when == 0 || when < p.when) {
// New head, wake up the event queue if blocked.
msg.next = p; // 将以前的队头 Message 链接在这个 Message 后面
mMessages = msg; // 将这个 Message 赋值给 mMessages
needWake = mBlocked; // 队列是否阻塞
} else {
// 标记队列是否阻塞
needWake = mBlocked && p.target == null && msg.isAsynchronous();
Message prev;
// 按照时间顺序将 Message 插入消息队列
for (;;) {
prev = p; // prev 记录队头
p = p.next; // p 记录队头的后一个
// 队头后面没有消息或者其触发事件比要插入的 Message 晚，跳出循环
if (p == null || when < p.when) {
break;
}
if (needWake && p.isAsynchronous()) {
needWake = false;
}
}
// 将 Message 插入队列
msg.next = p;
prev.next = msg;
}
//如果Looper.loop()是休眠状态
//则调用native方法唤醒loop()
//---重点---Looper的唤醒
if (needWake) {
nativeWake(mPtr);
}
}
return true;
}
整个enqueueMessage方法的过程就是先持有MessageQueue.this锁，然后将Message放入队列中，放入队列的过程是：
-
如果队列为空，或者当前处理的时间点为0（
when的数值，when表示Message将要执行的时间点），或者当前Message需要处理的时间点先于队列中的首节点，那么就将Message放入队列首部，否则进行第2步。 -
遍历队列中
Message，找到when比当前Message的when大的Message，将Message插入到该Message之前，如果没找到则将Message插入到队列最后。 -
判断是否需要唤醒
loop()，当loop()处于休眠情况下，则调用nativeWake(mPtr)方法，会调用native层方法唤醒loop()。 -
执行完后，会释放持有的
MessageQueue.this的锁。这样整个enqueueMessage方法算是完了。
4.到此整个Handler+Message+MessageQueue+Looper的源码已经全部讲完了
总结一下原理，整个过程就好比是一个工厂的流水线，MessageQueue是一条传送带，Message是个货物，传送带的动力是Looper，Handler负责从子线程将Message放到传送带上，并且在传送带终点主线程中将货物取走。
备注：在本文中并未对native中以下两点进行说明：
1.MessageQueue中 nativeWake(mPtr)方法是如何唤醒Looper
2.以及上文提到的Looper类中queue.next()方法为空时是如何休眠loop()的
这两点设计到了native层的原理，以下两个链接会对这两点进行详细的说明，有兴趣的同学可以了解一下
https://www.2cto.com/kf/201610/556770.html
https://www.jianshu.com/p/4fac27284475
