Android 并发之Handler、Looper、Messag
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Handler消息机制在Android中的重要性，在Android中Handler消息机制其实也就涉及几个组件：Handler、Looper、MesageQueue、Mesage和ThreadLocal，下面来一个一个说说？
先抛出几个异常？
- Handler消息机制的流程是什么？
- Handler如何处理延迟消息？
- 为什么消息入队列和消息出队列会加同步代码块？会出现呢什么问题？
- 消息时如何进入队列的？
- 消息屏障也就是msg.target == null的消息的作用是什么或者如何处理的？
Handler消息机制的流程
Handler机制.png
Handler创建的时候会获取当前线程的Looper，通过Looper获取MessageQueue，然后通过Handler发消息，最后Looper不断轮训取出消息交给Handler处理。
public Handler(Callback callback, boolean async) {
//获取当前线程的Looper
mLooper = Looper.myLooper();
//如果获取不到Looper则抛出异常，一般主线程中默认系统已经创建了Looper
if (mLooper == null) {
// 如果是在工作线程中，就需要手动调用Looper.prepare()创建Looper
throw new RuntimeException( "Can't create handler inside thre" + Thread.currentThread()+ " that has not called Looper.prepare()");
}
//获取到Looper的MessageQueue
mQueue = mLooper.mQueue;
mCallback = callback;
//是否是异步，后面会讲
mAsynchronous = async;
}
源码有注释就不解析了，在看看sendMessageAtTime方法。
// 不管是同步消息还是异步消息最终发消息都会调用此方法
public boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis) {
//获取消息队列
MessageQueue queue = mQueue;
if (queue == null) {
// 如果没有消息队列，则抛异常
RuntimeException e = new RuntimeException(this + " sendMessageAtTime() called with no mQueue");
return false;
}
// 消息准备进入队列
return enqueueMessage(queue, msg, uptimeMillis);
}
在sendMessageAtTime方法最终调用enqueueMessage 方法并调用MessageQueue的enqueueMessage(msg, uptimeMillis)把消息放入队列：
private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
msg.target = this;
if (mAsynchronous) {
msg.setAsynchronous(true);
}
return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}
来看看消息是如何加入MessageQuueue：
boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
//这里和next方法取出消息时判断msg.target == null不矛盾，因为系统内发消息并不经过此方法
if (msg.target == null) {
throw new IllegalArgumentException("Message must have a target.");
}
// 消息是否正在使用
if (msg.isInUse()) {
throw new IllegalStateException(msg + " This message is already in use.");
}
// 为什么加synchronized？
//因为消息队列内部维护的是单链表，线程不安全，消息入队列可能同时有消息出队列
// 那么消息出队列可能会把消息移除，还有一种情况就是入队时可能会造成顺序错乱
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;
}
//标志消息正在使用
msg.markInUse();
msg.when = when;
// 下面就是链表的操作了
Message p = mMessages; //head
boolean needWake; // 需不需要阻塞
//如果消息为null、时间为0或者时间比队头的小，直接插入在对头，如果队列正在阻塞就唤醒
if (p == null || when == 0 || when < p.when) { //消息入队列，按照时间从小到大排序
msg.next = p;
mMessages = msg;
needWake = mBlocked;
} else {
// 只有在Delay的消息 mBlocked = true并且是异步的，异步消息优先级高的很
//插入队列的中间。 通常我们不必唤醒事件队列，除非队列头部有屏障，并且消息是队列中最早的异步消息。
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;
prev.next = msg;
}
/**
* 在next中，如果有阻塞（没有消息了或者只有Delay的消息），会把mBlocked这个变量标记为true，
* 在下一个Message进队时会判断这个message的位置，如果在队首就会调用nativeWake()方法唤醒线程！
*/
if (needWake) {
nativeWake(mPtr);
}
}
return true;
}
在来看看消息入队列：
Message next() {
final long ptr = mPtr;
if (ptr == 0) {
return null;
}
int pendingIdleHandlerCount = -1; /
int nextPollTimeoutMillis = 0;
// 不断循环取出消息
for (; ; ) {
if (nextPollTimeoutMillis != 0) {
Binder.flushPendingCommands();
}
//挂起，即阻塞
nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);
// 为什么加synchronized？
//因为消息队列内部维护的是单链表，线程不安全，消息入队列可能同时有消息出队列
// 那么消息出队列可能会把消息移除，还有一种情况就是入队时可能会造成顺序错乱
synchronized (this) {
final long now = SystemClock.uptimeMillis();
Message prevMsg = null;
Message msg = mMessages;
// 同步屏障点，优先处理所有的异步消息
if (msg != null && msg.target == null) {
do {
prevMsg = msg;
msg = msg.next;
} while (msg != null && !msg.isAsynchronous());
}
if (msg != null) {
/**
*
* 1、每个入MessageQueue之前是都有出发时间when，是按照出发使劲按从小到大排序的，默认触发时间为当前系统时间；
* 2、延迟发送的话：系统时间 + 延迟时间；
* 3、MessageQueue轮询时会判断：如果 触发时间 > 系统时间 说明时延迟消息，暂时不处理并阻塞对应的触发时间减去系统时间
*/
if (now < msg.when) {// 触发时间 > 系统时间 延迟消息
nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE);
} else { // 正常消息
mBlocked = false;
if (prevMsg != null) {
prevMsg.next = msg.next;
} else {
mMessages = msg.next;
}
msg.next = null;
msg.markInUse();
return msg;
}
} else {
/**
*
* 1.如果nextPollTimeoutMillis=-1，一直阻塞不会超时。
*
* 2.如果nextPollTimeoutMillis=0，不会阻塞，立即返回。
*
* 3.如果nextPollTimeoutMillis>0，最长阻塞nextPollTimeoutMillis毫秒(超时)，如果期间有程序唤醒会立即返回。
*/
nextPollTimeoutMillis = -1;
}
if (mQuitting) {
dispose();
return null;
}
/**
* 如果有阻塞（没有消息了或者只有Delay的消息），会把mBlocked这个变量标记为true，
* 在下一个Message进队时会判断这个message的位置，如果在队首就会调用nativeWake()方法唤醒线程！
* 也就是在enqueueMessage方法中调用nativeWake()方法唤醒线程！
* 注意：nativePollOnce 方法有两种唤醒方式：1、超时；2、nativeWake方法*/
if (pendingIdleHandlerCount < 0 && (mMessages == null || now < mMessages.when)) {
pendingIdleHandlerCount = mIdleHandlers.size();
}
if (pendingIdleHandlerCount <= 0) {
mBlocked = true;
continue;
}
if (mPendingIdleHandlers == null) {
mPendingIdleHandlers = new IdleHandler[Math.max(pendingIdleHandlerCount, 4)];
}
mPendingIdleHandlers = mIdleHandlers.toArray(mPendingIdleHandlers);
}
boolean keep = false;
try {
keep = idler.queueIdle();
} catch (Throwable t) {
Log.wtf(TAG, "IdleHandler threw exception", t);
}
if (!keep) {
synchronized (this) {
mIdleHandlers.remove(idler);
}
}
}
nextPollTimeoutMillis = 0;
}
}
注释已经很清楚了
前面讲到Handler创建时会取出当前线程的Looper，并获取Looper中的MessageQueue，然后发消息到MessageQueue，通过Looper不断轮训取出消息交给Handler处理，看看Looper是如何创建？
//构造方法
private Looper(boolean quitAllowed) {
mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
mThread = Thread.currentThread();
}
// Looper 创建
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));
}
Looper的构造方法是private的，Looper通过 Looper.prepare()方法创建，Looper创建成功并且将Looper实例保存在ThreadLocal中，在Looper创建时，会创建一个MessageQueue消息队列。
调用Looper.loop()方法开始轮训同步取出消息交给Handler处理；
loop
public static void loop() {
//获取当前线程绑定的Looper，如果为null则抛出异常，否则取出MessageQueue
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;
// 开始不断轮训取出消息
for (; ; ) {
Message msg = queue.next(); // MessageQueue 可能会被挂起或阻塞，底层管道发通知
// 如果消息不为null，调用dispatchMessage分发消息
if (msg == null) { return; }
msg.target.dispatchMessage(msg);
//把消息放入消息池中
msg.recycleUnchecked();
}
}
loop
public static @Nullable Looper myLooper() {
return sThreadLocal.get(); //获取与当前线程绑定的Looper
}
Handler中的dispatchMessage方法对消息进行分发
public void dispatchMessage(Message msg) {
if (msg.callback != null) {
handleCallback(msg);
} else {
if (mCallback != null) {
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
}
}
handleMessage(msg);
}
}
Message中的recycleUnchecked方法：
void recycleUnchecked() {
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++;
}
}
}
ThreadLocal
Looper是存放在ThreadLocal中，ThreadLocal的实例代表了一个线程局部的变量，每条线程都只能看到自己的值，并不会意识到其它的线程中也存在该变量。它采用采用空间来换取时间的方式，解决多线程中相同变量的访问冲突问题，所以Looper使用ThreadLocal保存在当前线程中，其他线程对它不可见，这样就解决了，每个线程只有一个Looper实例。
public void set(T value) {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
map.set(this, value);
else
createMap(t, value);
}
public T get() {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null) {
ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
if (e != null) {
T result = (T)e.value;
return result;
}
}
return setInitialValue();
}
ThreadLocal作为Looper的静态成员变量，即Looper全局仅仅只有一个ThreadLocal，而存放Looper对象的并不是TheradLocal，而是ThreadLocalMap，ThreadLocalMap是ThreadLocal的内部类是一个自定义的HashMap，而ThreadLocalMap又作为Thread类的成员成员变量即每一个Thread的实例仅有一个ThreadLocalMap，所以总结就是ThreadLocal仅仅是使用了装饰模式封装了ThreadLocalMap并对ThreadLocalMap的功能进行了增强，中一个过程就是，Looper调用ThreadLocal，然后ThreadLocal通过Thread得到当前线程的ThreadLocalMap，并将Looper作为value存储到ThreadLocalMap中而Key是ThreadLocal。
每个Thread的对象都有一个ThreadLocalMap，而ThreadLocalMap是ThreadLocal的静态内部类，当创建一个ThreadLocal的时候，就会将该ThreadLocal对象作为Key添加到该Map中，其中Key就是ThreadLocal，值可以是Looper。
在该类中，我觉得最重要的方法就是两个：set()和get()方法。当调用ThreadLocal的get()方法的时候，会先找到当前线程的ThreadLocalMap，然后再找到对应的值。set()方法也是一样。
下面贴出一张Looper保存到TheadLocal中的时序图：
looper_and_threadlocal.png
回答问题：
-
Handler消息机制的流程是什么？（文章首部有图）
1、Handler创建的时候会获取当前线程的Looper；
2、通过Handler通过Looper获取MessageQueuer发消息；
3、Looper不断轮训取出消息交给Handler处理。 -
Handler如何处理延迟消息？
1、每个消息都有触发时间when，消息进入队列是按照触发时间按从小到大排序的；
2、默认触发时间为当前系统时间，延迟发送的：系统时间 + 延迟时间；
3、MessageQueue轮询时会判断：如果触发时间 > 系统时间 说明时延迟消息暂时不处理并阻塞对应的触发时间减去系统时间；
4、Handler发消息进入队列时是根据时间wahen的消息排序的，在取消息时根据当前系统时间对比，如果系统时间now < when,说明是延迟消息，
那么 when - now = nextPollTimeoutMillis，调用nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis)进行挂起（底层的技术），
注意：nativePollOnce有超时换新，当然在消息入队列也会判断是否唤醒nativeWake(mPtr) -
为什么消息入队列和消息出队列会加同步代码块？会出现呢什么问题？
1、因为消息队列内部维护的是单链表，是线程不安全的，
2、消息入队列可能同时有消息出队列 那么消息出队列可能会把消息移除，还有一种情况就是入队时可能会造成顺序错乱。 -
为什么两个锁在两个不同方法的同步代码块能起到同步？
1、实际上是同一个对象，即MessageQueue，所以他们是同一个监视器。
如果想更进一步了解synchronized请移步Android 并发之synchronized锁住的是代码还是对象（二）介绍 -
消息时如何进入队列的？
1、消息队列内部维护一个单链表，消息进入队列时是根据时间wahen的消息排序的，从小到大排序 -
消息屏障也就是msg.target == null的消息的作用是什么或者如何处理的？
1、消息屏障是为了区别同步消息和异步消息的优先级；
2、在Handler中异步消息优先处理，而我们平时发送的消息全是同步消息，一般异步消息系统发的，如：系统发送更新UI的消息，这样能够在第一时间更新UI。 -
为什么在子线程中创建Handler会crach，在主线程中就不会发生呢？
1、这个问题如果要展开来讲，就是一篇文章，为了回答这个问题，我先上ActivityThread部分代码：public static void main(String[] args) { // ...此处省略一万行代码 // 准备主线程的 Looper Looper.prepareMainLooper(); // 创建 ActivityThread实例，用于管理应用程序进程中主线程的执行 ActivityThread thread = new ActivityThread(); // 进入 attach 方法 thread.attach(false, startSeq)； // ...此处省略一万行代码 // 开始 Looper Looper.loop();}
大家都知道App启动一般都是先进入ActivityThread的 main 方法，看到Handler的身影。在安卓中都是以消息进行驱动，在这里也不例外，我们可以看到先进行 Looper 的准备，在最后开启 Looper 进行轮训获取消息，用于处理传到主线程的消息。这也是为什么我们在主线程不需要先进行 Looper 的准备和开启而子线程则必须要进行 Looper 的准备和开启。
