面试题Android面试相关

Android Handler消息机制原理解析

2019-08-26  本文已影响0人  因为我的心

一、前言：

本文主要详细去解读Android开发中最常使用的Handler，以及使用过程中遇到的各种各样的疑问。

二、Handler基本使用：

在Android开发的过程中，我们常常会将耗时的一些操作放在子线程（work thread）中去执行，然后将执行的结果告诉UI线程（main thread），熟悉Android的朋友都知道，UI的更新只能通过Main thread来进行。那么这里就涉及到了如何将
子线程的数据传递给main thread呢？
 Android已经为我们提供了一个消息传递的机制——Handler，来帮助我们将子线程的数据传递给主线程，其实，当熟悉了Handler的原理之后我们知道，Handler不仅仅能将子线程的数据传递给主线程，它能实现任意两个线程的数据传递。
 接下来，我们便详细的了解下Handler的原理及其使用。
 首先看一下Handler最常规的使用方式：

private Handler mHandler = new Handler(){
        @Override
        public void handleMessage(Message msg) {
            super.handleMessage(msg);
            switch (msg.what) {
                case MESSAGE_WHAT:
                    Log.d(TAG, "main thread receiver message: " + ((String) msg.obj));
                    break;
            }
        }
    };
    
    private void sendMessageToMainThreadByWorkThread() {
        new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                Message message = mHandler.obtainMessage(MESSAGE_WHAT);
                message.obj = "I am message from work thread";
                mHandler.sendMessage(message);
            }
        }.start();
    }
    /*
    * 通常我们在主线程中创建一个Handler，
    * 然后重写该Handler的handlerMessage方法，可以看到该方法传入了一个参数Message，
    * 该参数就是我们从其他线程传递过来的信息。
    *
    * 我们在来看下子线程中如何传递的信息，子线程通过Handler的obtainMessage()方法获取到一个Message实例，
    * 我们来看看Message的几个属性：
    * Message.what------------------>用来标识信息的int值，通过该值主线程能判断出来自不同地方的信息来源
    * Message.arg1/Message.arg2----->Message初始定义的用来传递int类型值的两个变量
    * Message.obj------------------->用来传递任何实例化对象
    * 最后通过sendMessage将Message发送出去。
    *
    * Handler所在的线程通过handlerMessage方法就能收到具体的信息了，如何判断信息的来源呢？当然是通过what值啦。
    * 怎么样很简单吧
    */

文章的开头说过，Handler不仅仅是能过将子线程的数据发送给主线程，它适用于任意两个线程之间的通信。
 下面我们来看下两个子线程之间如何进行通信的。
 很简单啊，在一个线程创建Handler，另外一个线程通过持有该Handler的引用调用sendMessage发送消息啊！
 写程序可不能关说不练啊，我们把代码敲出来看一下！

private Handler handler;
    private void handlerDemoByTwoWorkThread() {
        Thread hanMeiMeiThread = new Thread() {
            @Override
            public void run() {
//                Looper.prepare();
                handler = new Handler() {
                    @Override
                    public void handleMessage(Message msg) {
                        Log.d(TAG, "hanMeiMei receiver message: " + ((String) msg.obj));
                        Toast.makeText(MainActivity.this, ((String) msg.obj), Toast.LENGTH_SHORT).show();
                    }
                };
//                Looper.loop();
            }
        };
        Thread liLeiThread = new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    Thread.sleep(2000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                Message message = handler.obtainMessage();
                message.obj = "Hi MeiMei";
                handler.sendMessage(message);
            }
        };
        hanMeiMeiThread.setName("韩梅梅 Thread");
        hanMeiMeiThread.start();
        liLeiThread.setName("李雷 Thread");
        liLeiThread.start();

        /*
        * 搞定，我们创建了两个Thread，liLeiThread和hanMeiMeiThread两个线程，很熟悉的名字啊！
        * 跟之前的代码没太大区别hanMeiMeiThread创建了Handler，liLeiThread通过Handler发送了消息。
        * 只不过此处我们只发送一个消息，所以没有使用what来进行标记
        * 运行看看，我们的李雷能拨通梅梅吗？
        * 啊哦，出错了
        * 05-13 17:08:17.709 20673-20739/? E/AndroidRuntime: FATAL EXCEPTION: 韩梅梅 Thread
                                                   Process: design.wang.com.designpatterns, PID: 20673
                                                   java.lang.RuntimeException: Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()
                                                       at android.os.Handler.<init>(Handler.java:200)
                                                       at android.os.Handler.<init>(Handler.java:114)
        *Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()
        * -----------》它说我们创建的handler没有调用Looper.prepare();
        * 好的，我们在实例化Handler之前调用下该方法，看一下。加上是不是没有报错了呢。
        * 等等，虽然没有报错，但是hanMeiMeiThread也没有接到消息啊，消息呢？别急。
        * 我们在Handler实例化之后加上Looper.loop();看一看，运行一下，是不是收到消息了呢。
        * 这是为什么呢？
        * 接下来我们就去看看Handler是怎么实现的发消息呢，弄清楚了原理，这里的原因也就明白了。
        */
    }

三、Handler解析：

好了，卖了半天的关子，终于要开始真正的主题了。

首先我们来看下，为什么在子线程里实例化的时候不调用Looper.prepare()就会报错呢？

//我们先来看看new Handler();时出错的原因。后续讲解源码分析只贴出关键部分。
//如下是Handler构造函数里抛出上文异常的地方，可以看到，由于mLooper对象为空才抛出的该异常。
mLooper = Looper.myLooper();
        if (mLooper == null) {
            throw new RuntimeException(
                "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");
        }
/*
  异常的原因看到了，接下来我们看看Looper.prepare()方法都干了些什么？
*/
public static void prepare() {
    prepare(true);
}

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));
}
/*
 可以看到，该方法在当前thread创建了一个Looper(), ThreadLocal主要用于维护线程的本地变量，  
*/
 private Looper(boolean quitAllowed) {
    mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
    mThread = Thread.currentThread();
}
//而Looper的构造函数里面又为我们创建了一个MessageQueue()对象。

了解到此，我们已经成功引出了Handler机制几个关键的对象了，Looper、MessageQueue、Message。
 那么，肯定也有人又产生新的疑问了——为什么在主线程中创建Handler不需要要用Looper.prepare()和Looper.loop()方法呢？
 其实不是这样的，App初始化的时候都会执行ActivityThread的main方法，我们可以看看ActivityThread的main()方法都做了什么？

        Looper.prepareMainLooper();
        ActivityThread thread = new ActivityThread();
        thread.attach(false);
        if (sMainThreadHandler == null) {
            sMainThreadHandler = thread.getHandler();
        }
        if (false) {
            Looper.myLooper().setMessageLogging(new
                    LogPrinter(Log.DEBUG, "ActivityThread"));
        }
        // End of event ActivityThreadMain.
        Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
        Looper.loop();
/*
 真相只有一个，是的在创建主线程的时候Android已经帮我们调用了Looper.prepareMainLooper()
 和Looper.loop()方法，所以我们在主线程能直接创建Handler使用。
*/

四、我们接着来看Handler发送消息的过程：

//调用Handler不同参数方法发送Message最终都会调用到该方法
public boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis) {
        MessageQueue queue = mQueue;
        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);
    }

sendMessage的关键在于enqueueMessage(),其内部调用了messageQueue的enqueueMessage方法

boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
        ...
        synchronized (this) {
            if (mQuitting) {
                IllegalStateException e = new IllegalStateException(
                        msg.target + " sending message to a Handler on a dead thread");
                Log.w(TAG, e.getMessage(), e);
                msg.recycle();
                return false;
            }

            msg.markInUse();
            msg.when = when;
            Message p = mMessages;
            boolean needWake;
            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 {
                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.
            if (needWake) {
                nativeWake(mPtr);
            }
        }
        return true;
    }
    /*从代码可以看出Message被存入MessageQueue时是将Message存到了上一个Message.next上， 
      形成了一个链式的列表，同时也保证了Message列表的时序性。
    */

Message的发送实际是放入到了Handler对应线程的MessageQueue中，那么，Message又是如何被取出来的呢？
 细心的朋友可能早早就发现了，之前抛出异常的地方讲解了半天的Loop.prepare()方法，一直没有说到Loop.loop()方法。同时，在之前的例子中也看到了，如果不调用Looper.loop()方法，Handler是接受不到消息的，所以我们可以大胆的猜测，消息的获取肯定和它脱不了关系！当然关怀疑还不行，我们还必须找出真相来证明我们的猜想？那还等什么，先看看loop()方法吧。

public static void loop() {
//可以看到，在调用Looper.prepare()之前是不能调用该方法的，不然又得抛出异常了
        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 (;;) {
            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 traceTag = me.mTraceTag;
            if (traceTag != 0) {
                Trace.traceBegin(traceTag, msg.target.getTraceName(msg));
            }
            try {
                msg.target.dispatchMessage(msg);
            } finally {
                if (traceTag != 0) {
                    Trace.traceEnd(traceTag);
                }
            }

            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);
            }

            msg.recycleUnchecked();
        }
    }
/*
这里我们看到，mLooper()方法里我们取出了，当前线程的looper对象，然后从looper对象开启了一个死循环 
不断地从looper内的MessageQueue中取出Message，只要有Message对象，就会通过Message的target调用
dispatchMessage去分发消息，通过代码可以看出target就是我们创建的handler。我们在继续往下分析Message的分发
*/
public void dispatchMessage(Message msg) {
    if (msg.callback != null) {
        handleCallback(msg);
    } else {
        if (mCallback != null) {
            if (mCallback.handleMessage(msg)) {
                return;
            }
        }
        handleMessage(msg);
    }
}
/*好了，到这里已经能看清晰了
可以看到，如果我们设置了callback（Runnable对象）的话，则会直接调用handleCallback方法
*/
private static void handleCallback(Message message) {
        message.callback.run();
    }
//即，如果我们在初始化Handler的时候设置了callback（Runnable）对象，则直接调用run方法。比如我们经常写的runOnUiThread方法：
runOnUiThread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                
            }
        });
public final void runOnUiThread(Runnable action) {
      if (Thread.currentThread() != mUiThread) {
          mHandler.post(action);
      } else {
          action.run();
      }
  }
  /*
而如果msg.callback为空的话，会直接调用我们的mCallback.handleMessage(msg)，即handler的handlerMessage方法。由于Handler对象是在主线程中创建的，
所以handler的handlerMessage方法的执行也会在主线程中。
  */

五、总结

  1. 在使用handler的时候，在handler所创建的线程需要维护一个唯一的Looper对象， 每个线程对应一个Looper，每个线程的Looper通过ThreadLocal来保证，如需了解ThreadLocal，点击查看详细讲解 ,
    Looper对象的内部又维护有唯一的一个MessageQueue，所以一个线程可以有多个handler，
    但是只能有一个Looper和一个MessageQueue。
  2. Message在MessageQueue不是通过一个列表来存储的，而是将传入的Message存入到了上一个
    Message的next中，在取出的时候通过顶部的Message就能按放入的顺序依次取出Message。
  3. Looper对象通过loop()方法开启了一个死循环，不断地从looper内的MessageQueue中取出Message，
    然后通过handler将消息分发传回handler所在的线程。
流程图.png

六、Handler补充：

1. Handler在使用过程中，需要注意的问题之一便是内存泄漏问题。

为什么会出现内存泄漏问题呢？
首先Handler使用是用来进行线程间通信的，所以新开启的线程是会持有Handler引用的，
如果在Activity等中创建Handler，并且是非静态内部类的形式，就有可能造成内存泄漏。

  1. 首先，非静态内部类是会隐式持有外部类的引用，所以当其他线程持有了该Handler，线程没有被销毁，则意味着Activity会一直被Handler持有引用而无法导致回收。
  2. 同时，MessageQueue中如果存在未处理完的Message，Message的target也是对Activity等的持有引用，也会造成内存泄漏。

解决的办法：

(1). 使用静态内部类+弱引用的方式:

静态内部类不会持有外部类的的引用，当需要引用外部类相关操作时，可以通过弱引用还获取到外部类相关操作，弱引用是不会造成对象该回收回收不掉的问题，不清楚的可以查阅JAVA的几种引用方式的详细说明。

private Handler sHandler = new TestHandler(this);

static class TestHandler extends Handler {
    private WeakReference<Activity> mActivity;
    TestHandler(Activity activity) {
        mActivity = new WeakReference<>(activity);
    }

    @Override
    public void handleMessage(Message msg) {
        super.handleMessage(msg);
        Activity activity = mActivity.get();
        if (activity != null) {
            //TODO:
        }
    }
}

(2). 在外部类对象被销毁时，将MessageQueue中的消息清空。例如，在Activity的onDestroy时将消息清空。

@Override
protected void onDestroy() {
    handler.removeCallbacksAndMessages(null);
    super.onDestroy();
}

2. 在使用Handler时，通常是通过Handler.obtainMessage()来获取Message对象的，而其内部调用的是Message.obtain()方法，那么问题来了，为什么不直接new一个Message，而是通过Message的静态方法obtain()来得到的呢？

下面就通过代码来一探究竟

public static Message obtain() {
        synchronized (sPoolSync) {
            if (sPool != null) {
                Message m = sPool;
                sPool = m.next;
                m.next = null;
                m.flags = 0; // clear in-use flag
                sPoolSize--;
                return m;
            }
        }
        return new Message();
    }

其实在在Message中有一个static Message变量sPool，这个变量是用于缓存Message对象的，在obtain中可以看到当需要一个Message对象时，如果sPool不为空则会返回当前sPool（Message），而将sPool指向了之前sPool的next对象，（之前讲MessageQueue时讲过Message的存储是以链式的形式存储的，通过Message的next指向下一个Message，这里就是返回了sPool当前这个Message，然后sPool重新指向了其下一个Message），然后将返回的Message的next指向置为空（断开链表），sPoolSize记录了当前缓存的Message的数量，如果sPool为空，则没有缓存的Message，则需要创建一个新的Message（new Message）。

image.png

接着看下sPool中缓存的Message是哪里来的？

public void recycle() {
        if (isInUse()) {
            if (gCheckRecycle) {
                throw new IllegalStateException("This message cannot be recycled because it "
                        + "is still in use.");
            }
            return;
        }
        recycleUnchecked();
    }

void recycleUnchecked() {
        // Mark the message as in use while it remains in the recycled object pool.
        // Clear out all other details.
        flags = FLAG_IN_USE;
        what = 0;
        arg1 = 0;
        arg2 = 0;
        obj = null;
        replyTo = null;
        sendingUid = -1;
        when = 0;
        target = null;
        callback = null;
        data = null;

        synchronized (sPoolSync) {
            if (sPoolSize < MAX_POOL_SIZE) {
                next = sPool;
                sPool = this;
                sPoolSize++;
            }
        }
    }

recycle()是回收Message的方法,在Message处理完或者清空Message等时会调用。
recycleUnchecked（）方法中可以看到，将what、arg1、arg2、object等都重置了值，如果当前sPool（Message缓存池）的大小小于允许缓存的Message最大数量时，将要回收的Message的next指向sPool，将sPool指向了回收的Message对象（即将Message放到了sPool缓存池的头部）

image.png

总结：

由此可见，使用obtain获取Message对象是因为Message内部维护了一个数据缓存池，回收的Message不会被立马销毁，而是放入了缓存池，
在获取Message时会先从缓存池中去获取，缓存池为null才会去创建新的Message。

3. Handler sendMessage原理解读。

引入问题！

  1. sendMessageDelayed是如何实现延时发送消息的？
  2. sendMessageDelayed是通过阻塞来达到了延时发送消息的结果，那么会不会阻塞新添加的Message？

详细分析请移步下篇文章：Handler进阶之sendMessage原理探索

————————————————
原文链接：https://blog.csdn.net/wsq_tomato/article/details/80301851

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