Android的Handler消息机制详解

2017-08-28 本文已影响162人蓝灰_q

我们知道，Android里面的线程做了这样的分工：主线程不做耗时操作，子线程不更新UI。
这是因为Android系统是个单线程模型，系统给App分配的进程里，只有一个主线程，主线程是App进程的核心，所有的组件都在主线程里实现、调度和管理，组件的绘制、互动操作和生命周期回调都是主线程处理的，这个线程如果出现阻塞、或多线程死锁、或CPU饥饿，导致事件处理时间过长，甚至没有机会得到处理，系统就会处理为ANR，强制关闭App。
所以主线程不能做耗时操作，耗时操作需要我们在子线程里处理。同时，Android不允许子线程刷新UI，因为Android无法保证多个线程同步操作，这样子线程和主线程之间就需要做协调，比如子线程从网络服务器拿来数据要展示到UI，就需要告知主线程去向UI里刷新数据，这就需要Handler消息机制了。

主线程、Looper和消息队列

Handler消息机制是围绕一个消息队列展开的，系统启动App时，App进程会启动ActivityThread主线程，主线程启动时，会创建一个Looper来循环处理消息，ActivityThread的main函数主要就是让这个Looper做死循环，如果消息循环停止了，App也就停止了：

//ActivityThread源码
Looper.loop();
//主线程会一直loop，如果出了looper，就直接抛异常，关闭app
throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");

Looper自己会去创建和管理一个消息队列，然后就开始不断地处理队列里的消息，子线程向消息队列里发消息，就可以和主线程通信了。
消息队列为空时，主线程会休眠，释放CPU资源。（主线程大部分时间都在休眠）

主线程和子线程通信

但是，Android为了确保主线程安全，Looper的消息队列是ThreadLocal的，禁止其他线程访问，所以子线程不能直接向消息队列里发消息。

线程安全禁止直接操作
这样，就需要在主线程里放一个Handler，Handler在创建时，会引用所在线程的Looper，进而获得Looper中的消息队列，这样，我们就可以用Handler来帮忙处理消息了。

通过Handler处理消息
这样一来，处理消息的主力就是Handler了。

Message

为了配合Handler，Message里面有这样几个主要属性：

what：int值，存放消息ID（Send方式）
callback：Runnable对象（Post方式，所以如果消息的callback非空，就直接处理runnable）
target：Handler对象，指向Handler（消息还是丢给Handler处理）
data: Bundle对象，存放业务数据
next：Message对象，存放队列中的下一个Message（链式）

这几个主要的属性在Handler消息机制中非常重要，Handler要使用这几个属性才能正常运转。

Handler

Handler有两个作用：

发消息，子线程通过Handler，向消息队列发消息
发消息有两种方式，send一个消息ID（msg.what），或者post一个Runnable(msg.callback)，这两种方式最终都是包装为一个Message，通过一个sendMessageAtTime函数，把消息推进队列里。
处理消息，Looper通过Handler，逐个处理队列中的消息
Looper在逐个处理消息时，拿到每个msg后，会去执行msg.target.dispatchMessage(msg)，这里面的target其实就是Handler，这里会做一个判断，如果msg.callback不为空，说明消息里有Runnable（post进来的），就调用msg.callback.run，整个过程其实就是在Handler里调用Runnable的run函数；

 mHandler.post(new Runnable() {
       @Override
       public void run() {
       }
 });

如果msg.callback为空，说明没有Runnable（send进来的），就调用handlemessage，也就是执行Handler的handlemessage函数；

private Handler mHandler = new Handler() {
        @Override
        public void handleMessage(Message msg) {
            super.handleMessage(msg);
        }
    };

这样，Handler消息机制就能正常运转了。
Handler消息机制多见于主线程UI刷新，不过这并不是它的主业，它其实是用来实现Android线程间通信的，所以只要是跨线程的通信，都需要用到Handler，我们可以自己在子线程里写Looper。
如果我们要在子线程里使用Looper，可以使用HandlerThread，它会帮我们维护一个Looper；如果我们直接用Thread，就需要自己在run函数里做Looper的prepare和loop。

HanderThread

HanderThread就是handler+thread+looper，它有这么几个特点：
1.本质上是一个Thread
2.已经准备好了Looper，可以做Looper循环
3.本身是工作线程，其looper不在UI主线程，可以在handleMessage方法中执行异步任务
4.虽然不能并发处理多任务（因为是一个线程，不是线程池），但是性能损耗小
5.因为已经有Looper，所以可以在线程里创建和使用Handler

其他机制

Android的其他异步处理机制，其实都与Handler机制有关：

View.post(Runnable)/View.postDelayed(Runnable, long)，这个机制一般也是走主线程的Handler处理，不过，如果View所在的视图树没有attach到window，就会自己维护一个RunQueue，在视图树performTraversals时，把RunQueue里的消息全部取出来，让视图树集中处理掉。
Activity.runOnUiThread(Runnable)，这个函数其实是也是走的Handler机制，如果当前线程就是UI线程，则立即执行；如果当前线程不是UI线程，就把Runnable发给UI线程的消息队列，排队执行。runOnUiThread的源码大概是这样的：

if (Thread.currentThread() != mUiThread) {
        mHandler.post(action);
    } else {
        action.run();
    }

AsyncTask，AsyncTask实际上是个封装了线程池和handler的轻量级异步框架，它虽然用一个线程池做异步处理，但是处理结果总要提交回主线程，实际上就是使用一个Handler（AsyncTask有一个InternalHandler对象）来向主线程发消息（MESSAGE_POST_RESULT），并在主线程处理消息（handleMessage），这就要求把Handler放在主线程里，以便绑定主线程的Looper和消息队列，所以AsyncTask需要在主线程里创建和调用。
有时候，AsyncTask持有的Activity对象可能会被销毁重建（如屏幕旋转），这就会导致AsyncTask指向的Activity对象无效，新的Activity无法接收AsyncTask的onPostExecute()，出现结果丢失的现象。

Handler的内存泄露

我们使用Handler时，如果用内部类或匿名内部类的方式去使用，就会遇到内部类持有外部对象导致的内存泄露（非静态内部类，在编译后的构造函数中会引用所在的外部类），解决方式有两种：

使用静态内部Handler类（+弱引用）。
在组件的onDestroy中，调用handler.removecallback()方法。

同样的，由于AsyncTask封装了handler，也会有同样的内存泄露问题，解决方法也是使用静态内部类+弱引用，或在onDestroy时及时调用asyncTask.cancel()方法，否则就会内存泄露，甚至导致崩溃（AsyncTask找不到要处理的View对象）。

引用

从Handler.post(Runnable r)再一次梳理Android的消息机制（以及handler的内存泄露）

Android中Thread、Handler、Looper、MessageQueue的原理分析

源码解析Android中AsyncTask的工作原理