Android

【学习】面试必问的Handler

2021-05-24  本文已影响0人  Merbng

概述

在Android中，很多地方是通过消息机制驱动的，例如线程间通信、四大组件的启动等等。
消息机制中主要涉及 的类有：Handler&Looper&MessageQueue&Message,其中Handler可以说是消息机制提供给Java层的上层接口

概念模型

Handler怎么进行线程通信，原理是什么？

消息机制其实并不是Android系统独有的设计，在很多系统设计中都可以看到消息机制的身影，
例如IOS的runLoop、Web的Ajax和Spring的消息队列等。在所有系统设计的消息机制里都会有生产者与消费者的概念，如下模型：

消息机制概念模型
其中消息缓冲区的具体实现可以是栈&队列，因为队列（特别是优先级队列）是最常见的， 所以很多情况都会直接将消息缓冲区称为消息队列。

架构图

【类图】

消息的享元模式

消息机制里需要频繁创建消息对象（Message），因此消息对象需要使用享元模式来缓存，以避免重复分配&回收内存，具体来说，Message使用的是有容量限制的、无头节点的单链表的对象池：



Message的数据结构

Handler核心源码分析

2.1 启动消息循环

问：说一下Looper、handler、线程间的关系，例如一个线程可以对应几个Looper、几个Handler?
问：ThreadLocal的原理，以及在Looper是如何应用的？

每个线程只允许调用一次Looper.prepare()，否则会抛异常，这样设计是因为一个Looper对应了一个消息循环，而一个线程进行多个消息循环是没有意义的（一个线程不可能同时进行两个死循环）。那么Handler是如何保证Looper线程唯一性的呢？
答：首先，Handler主要利用了ThreadLocal在每个线程单独存储副本的特性，保证了一个ThreadLocal<Looper>在不同线程存取的Looper对象相互独立；其次，ThreadLocal是Looper的一个static final变量，这样就保证了整个进程中sThreadLocal对象不可变；第三，Looper.prepare()判断在一个线程里重复调用，则会抛出异常。

消息发送

  • 问：Handler.post(Runable) 是如何执行的？
  • 问：Handler.sendMessage()和Handler.postDelay()的区别？
  • 多个Handler发消息时，消息队列如何保证线程安全？
  • 为什么MessageQueue不设置消息上限？

消息发送的API非常多，最终它们都会调用到Handler.sendMessageAtTime(Message msg,long uptimeMillis)，内部会交给MessageQueue.enqueue(Message msg,long when)处理，梳理如下：

消息发送调用链
消息入队关键源码
小结一下：

消息获取

  • 问：消息队列无消息会怎么样？为什么block不会ANR？
  • 问：Looper死循环为什么不会ANR？
  • 问：Looper死循环为什么不阻塞主线程？
  • 问：Handler内存泄露的原因？
    消息入队后，Looper所在线程就会被唤醒（如果被堵塞），以继续消息循环。
    在消息循环中，Looper.loop()会死循环从MessageQueue获取队首消息，因为消息已经按照处理时间(when)排序，所以每次获取的都是when最小的消息：
    至于Looper死循环为什么不会ANR？
消息队列中无消息怎么处理 block
nativePollOnce 值为-1 表示无限等待，让出cpu时间片给其它线程，本线程等待
0 表示无需等待直接返回
nativePollOnce -> epoll(linux) -> linux层的messagequeue

msg -> 5s  -> ANRmsg
ANR:
5秒内没有响应输入事件，比如按键、屏幕触摸
10秒内没有处理广播
本质：消息队列中其他消息耗时，按键或广播没有及时处理

根本原因不是线程在睡眠，而是消息队列被其他耗时消息堵塞，导致按键或广播消息没有及时处理。

Handler内存泄露的原因
MessageQueue持有Message，Message持有activity
delay多久，message就会持有activity多久
方法：静态内部类、弱引用

取到一个消息时，如果when还不到，则有限等待（nextPollTimeoutMills）nativePoll() 如果消息队列没有消息，则无限等待nativePoll(-1),而消息入队时，会执行nativeWake() ，quit也会nativeWake,唤醒Looper所在线程=> messagequeue返回null=> Looper退出

消息分发

  • 问：Message.callback与Handler.callback 哪个优先？
  • 问：Handler.callback和handlermessage()都存在，但callback返回true，handlerMessage（）还会执行么？

获取需要执行的消息之后，将调用 msg.target.dispatchMessage(msg);处理消息。

public void dispatchMessage(Message msg){
  if(msg.callback !=null){//1.设置了Message.Callback(Runable)
  handleCallback(msg)
}else{
  if(mCallback !=null){//2.设置了 Handler.Callback(Callback)
 if(mCallback.handleMessage(msg)){
  return;
  }
}
//3.未设置Handler.Callback 或返回 false
handleMessage(msg);
}
}
public interface Callback{
  public boolean handleMessage(Message msg);
}

可以看到，除了在Handler.handleMessage(...)中处理消息外，Handler机制还提供了两个Callback来增加消息处理的灵活性。具体来说，若设置了Message.Callback则优先执行，否则判断Handler.Callback的返回结果，如果返回false，则最后分发到Handler.handleMessage(...)

终止消息循环

quit：
mQuitting =true;
removeAllMessage()
nativeWake()唤醒，程序从nativePollOnce(-1)开始执行

主程序Looper不允许退出quit() 抛异常 mQuitAllowed =false
ActivityThread.main Looper.loop() 之后抛异常
原因：是handler驱动的机制，所有的事件都需要Handler处理，例如LAUNCH_ACTIVITY等

Handler同步屏障机制

同步屏障（SyncBarrier）是Handler用来筛选高低优先级消息的机制，即：当开启同步屏障时，高优先级的异步消息优先处理。

同步屏障可以通过MessageQueue.postSyncBarrier函数来设置。该方法发送了一个没有target的Message到Queue中，在next方法中获取消息时，如果发现没有target的message，则在一定的时间内跳过同步消息，优先执行异步消息。换句话说，同步屏障为Handler消息机制增加了一种简单的优先级机制，异步消息的优先级要高于同步消息。在创建Handler时有一个async参数，传true表示此Handler发送的是异步消息。ViewRootImpl.scheduleTraversals方法就是使用了同步屏障，保证UI绘制优先执行。

IdleHandler 机制

问：IdleHandler是什么？怎么使用，能解决什么问题？

闲时机制，IdleHandler是一个回调接口，可以通过MessageQueue的addIdleHandler添加实现类。当MessageQueue中的任务暂时处理完了（没有新任务或者下一个任务延时在之后），这个时候会回调这个接口，
返回false，那么就会移除它，
返回true就会在下次message处理完了的时候继续回调。
相关链接 ：
https://www.jianshu.com/p/1dc73c8ab6a1
https://mp.weixin.qq.com/s/mR7XIVbaKsB4q-Rxe1ip2g

Handler应用场景

Looper.loop()为什么不会阻塞主线程

Android 是基于事件驱动的，即所有Activity的生命周期都是通过Handler事件驱动的。looper方法中会调用MessageQueue的next方法获取下一个message，当没有消息时，基于Linux pipe/epoll 机制会阻塞在loop的queue.next()中的nvtivePollOnce()方法里，并不会消耗CPU
事件只会阻塞Looper，而Looper不会阻塞事件。

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