丨版权说明 : 《Android Handler机制简单分析》于当前CSDN博客和乘月网属同一原创,转载请说明出处,谢谢。
本文一切从简,将围绕以下流程展开叙述:
接触Android的朋友都知道Handler机制用于多线程方面的通信,这好像是一句废话。
我们知道java几个具有代表性的多线程通信方法,例如:
"wait"和"notify"通知机制
Java中每个类都是Oject的子类(万物皆对象,滑稽~~),也就具备Oject的"wait()"和"notify()"方法特性。简单举例说明:两个线程中,对于某类的对象a,在线程1中执行a.wait(),线程1则一直处于阻塞中,直到在线程2中执行a.notify(),线程1才被唤醒继续执行。
"synchronized"线程锁机制
多个线程共享一个变量,通过上锁( synchronized关键字 )限制线程们对该变量的访问,谁拿到锁,谁便可以对变量进行修改,待其他线程拿到锁访问该变量时,根据变量的变化作出相应的处理,以达到通信的目的。
此处省略n个字…
嗯,上述方法都是利用线程**阻塞
**的方式进行通信。这若在Android中使用?你得先搞清楚3个问题:
Android中多线程通信是为UI线程(主线程)+Worker线程(子线程)的交互服务的。
基于问题1,Android的UI线程不允许阻塞,否则会造成"ANR"( 想了解ANR? 传送门)
基于问题2,为避免"ANR",Android中所有的耗时操作(如网络请求,文件读写)须在子线程中完成,并通知进度或结果给主线程用于UI更新。
综上:
既然java原生方法无法满足Android程序设计方面的要求,那只能另辟新径了。还好google比较良心,自己挖“坑”自己补,于是设计了一系列UI线程与Worker线程通信的方法,如:
先来一段Demo:
......
public class MainActivity extends AppCompatActivity {
private static final int MSG_DOWNLOAD_TASK = 1;
private TextView tv_progress;
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
tv_progress = findViewById(R.id.tv_progress);
}
private Handler mHandler = new Handler() {
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
super.handleMessage(msg);
switch (msg.what) {
case MSG_DOWNLOAD_TASK:
int progress = (int) msg.obj;
tv_progress.setText(progress + "");
break;
}
}
};
/**
* UI上的Button按钮点击事件
* 模拟执行下载任务
*
* @param view
*/
private void download(View view) {
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
int progress = 0;
try {
while (progress >= 100) {
Message msg = Message.obtain();
msg.what = MSG_DOWNLOAD_TASK;
msg.obj = progress;
mHandler.sendMessage(msg);
/**
* 模拟下载进度回调中...
*/
Thread.sleep(1000);
progress++;
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
}
}
上述demo便是Handler的简单用法,希望大家能看懂。为了简练代码,请忽略内存泄漏~~~
好了,知道怎么用了,接下来就得知道为什么这样写可以切换到主线程,这就麻烦了,得看源码!!!
怎么看?直接通过demo看:
mHandler = new Handler() {... }
初始化Handler>>> 下文所有源码均源于Android8.0,为了简练,只保留核心代码 <<<
public Handler() {
this(null, false);//走的是下面的双参构造方法
}
public Handler(Callback callback, boolean async) {
......
mLooper = Looper.myLooper();//把当前线程中Looper对象引用交给Handler
if (mLooper == null) {
throw new RuntimeException(
"Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");
//不能在此线程中创建handler,因为还没有调用过Looper.prepare()
}
mQueue = mLooper.mQueue;//从Looper对象取出MessageQueue对象给Handler
mCallback = callback;//null值
mAsynchronous = async;//false
}
上述代码,我特意把抛异常的说明翻译了一下,Excuse me?我并没有执行啊,怎么没报异常?怎么**Looper.myLooper()**有值的啊?
其实这并不矛盾,在同一个线程中可以创建一个或多个Handler对象,但前提必须是当前线程已创建(通过Looper.prepare()创建)并保存或已存在唯一的Looper对象(不理解没关系,不了解Looper也没有关系,下文会继续说),Android所有线程之间的通信皆如此,主线程亦然。
Android中,app运行入口是在ActivityThread类里的main函数开始的,没错,你没看错,就是java程序的入口main函数,android app也是java写的,当然也是main入口的,那么我们直接看核心源码来解释上面的疑问:
......
public final class ActivityThread {
......
public static void main(String[] args) {//app程序入口
......
//1.其实本质还是走Looper.prepare(),见下面Looper类相关代码便知
Looper.prepareMainLooper();
......
if (sMainThreadHandler == null) {
//2.获取的是Handle子类H对象引用,在H中添加了处理各种消息的业务(不理解没关系,反正就是创建个Handler子类的对象)
sMainThreadHandler = thread.getHandler();
}
......
//3.轮询消息
Looper.loop();
throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
}
}
......
public final class Looper {
......
public static void prepareMainLooper() {
//带参的Looper.prepare(quitAllowed)方法
prepare(false);
synchronized (Looper.class) {
if (sMainLooper != null) {
throw new IllegalStateException("The main Looper has already been prepared.");
//已存在Looper对象了,不要再创建了
}
sMainLooper = myLooper();
}
}
private static void prepare(boolean quitAllowed) {
if (sThreadLocal.get() != null) {
throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
//每个线程只能创建一个Looper对象,其实还是在说已存在Looper对象了,不要再创建了
}
//这里创建了久违的Looper对象
sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));
}
--------------顺便看看Looper.prepare()在干什么--------------------
public static void prepare() {
/**
*本质是走上面的带参的prepare(quitAllowed)方法
*不要太在意quitAllowed参数,反正是传给Looper对象用的
*/
prepare(true);
}
}
--------------再来看Looper的初始化--------------------
private Looper(boolean quitAllowed) {
mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);//传说中的MessageQueue(消息队列)对象是在这里创建的
mThread = Thread.currentThread();//获取当前线程对象
}
小结:
1.由于是app程序入口,main函数一定执行在主线程(UI线程)上,并且程序一开始就为主线程创建并保存好了Looper对象,以便为Handler子类H提供服务,既然已存在,当然不需要自行“Looper.prepare()”了。
2.Android官方已经为我们提供了Handler机制代码模版↓↓↓
逻辑代码写法流程图:
所以,可以这样归纳:主线程与子线程间通信不需要写Looper.prepare(…)和Looper.loop(),子线程与主线程以及子线程与子线程间的通信则需要。
3.MessageQueue(消息队列)对象是在Looper初始化的时候被创建,且一个线程中仅能创建一个Looper对象,所以一个线程中MessageQueue与Looper对象是一对一的关系。
Message msg = Message.obtain();
子线程中发消息前创建Message对象Message.obtain()
源码: /**
* Return a new Message instance from the global pool. Allows us to
* avoid allocating new objects in many cases.
*个人翻译:从全局池返回一个新Message实例(可能是新创建的,也可能是从全局池中重新复用的)。
*允许我们在多数情况下避免分配(创建)过多的新对象
*/
public static Message obtain() {
synchronized (sPoolSync) {//同步锁访问机制
if (sPool != null) {//池不为null,复用已存在的对象
Message m = sPool;//从池中取出Message对象(很明显这个池也是Message类的对象)
sPool = m.next;
/**
*结合上面可以知道这个池其实是由多个Message对象组成的链表结构(不知道链表?找度娘...)
*每次复用的都是表头的Message对象
*表头被取走(复用)后,紧连着表头的另一个Message对象成为新的表头,以此类推
*先不要想这个链表是怎么添加Message对象的,也不要着急看Message类全部源码,因为不是本文重点
*/
m.next = null;//对即将复用的表头(Message对象)进行脱链,从此自由啦!
m.flags = 0; //clear in-use flag (清除“在使用中的”的标记,恢复初始状态以便复用)
sPoolSize--;//复用后,链表长度减1
return m;//返回表头(复用表头)
}
}
return new Message();//池为null时直接创建新Message对象
}
/**
* If set message is in use.
* This flag is set when the message is enqueued and remains set while it
* is delivered and afterwards when it is recycled. The flag is only cleared
* when a new message is created or obtained since that is the only time that
* applications are allowed to modify the contents of the message.
*
* It is an error to attempt to enqueue or recycle a message that is already in use.
*
*个人翻译:这个值表示message在使用中(即:flags=FLAG_IN_USE=1,不是赋值号!!!)。当消息排队时设
*置为该标志(设置为"使用中"状态),并且在传送消息过程中保持该状态,直到之后被回收。
*只有在新创建(“new Message()”)或获取(“Message.obtain()”)一个消息时才会清除该标志,
*这是允许应用程序修改消息内容的唯一时间。
*
*当某消息处于使用中状态时,尝试去排队或回收该消息是错误的。
*
*1 << 0还是等于1,不知道谷歌为啥在很多源码中都有这种骚操作,如果你知道请下方留言告知,万分感谢!
*/
/*package*/ static final int FLAG_IN_USE = 1 << 0;
//使用状态标识,默认为0,即为未使用
/*package*/ int flags;
new Message()
构造方法源码: /**
* Constructor (but the preferred way to get a Message is to call {@link #obtain() Message.obtain()}).
* 个人翻译:构造器(但是推荐的方式是调用"Message.obtain()")
*/
public Message() {
}
嗯哼,如此简单明了的告诉你:其实我的构造方法没啥骚操作,但希望你优先使用Message.obtain()方式获取Message实例,避免铺张浪费。
小结:
关于Message对象的获取,优先考虑全局池(Message链表),有则取表头并作脱链(next= null)和清除"in use"状态(flags=0)的重置操作,无则“new”一个新对象,此时其flags默认值为0,next为null。这与上述翻译的“清除‘in use’状态的唯一时间”相对应。
下面是获取Message对象流程图
msg.what = MSG_DOWNLOAD_TASK......mHandler.sendMessage(msg);
发送消息......
/**
* User-defined message code so that the recipient can identify
* what this message is about. Each {@link Handler} has its own name-space
* for message codes, so you do not need to worry about yours conflicting
* with other handlers.
*个人翻译:用户自定义的消息码,便于接收者(Handler)识别是关于什么的消息。
*每个Handler都有自己消息码命名空间,所以你不用担心与其他Handler冲突
*个人解释:这是一个消息标识,随便你怎么定义这个消息码的值,不用担心因与其他Handler
*的Message消息码相同而冲突,因为Message对象由哪个handler对象发送,就由那个handler
*的handleMessage方法接收该消息(不明白?继续看下文)
*/
public int what;
/**
* An arbitrary object to send to the recipient. When using
* {@link Messenger} to send the message across processes this can only
* be non-null if it contains a Parcelable of a framework class (not one
* implemented by the application). For other data transfer use
* {@link #setData}.
*
* Note that Parcelable objects here are not supported prior to
* the {@link android.os.Build.VERSION_CODES#FROYO} release.
*个人翻译:一个任意对象发送给接收者。如果它是Parcelable实现类,使用Messenger
*跨进程(注意是"跨进程"哦)发送消息,只能是非空的。其它数据使用setData方法传输
*个人解释:可以传递是任何Object类型对象,对于Messenger跨进程不是本文重点,请忽略。对于setData
*方法,方法全名为setData(Bundle data),表示可以传一个Bundle类型数据消息
*/
public Object obj;
......
......
/**
* Pushes a message onto the end of the message queue after all pending messages
* before the current time. It will be received in {@link #handleMessage},
* in the thread attached to this handler.
* 个人翻译:推送一条消息到消息队列,在所有此前处于等待中的消息之后排队等待接收。这个消息
*将由绑定于当前handler对象的线程中被其handleMessage方法接收。
*个人解释:当前时间发送的消息,会按先来后到的顺序排队等待被handler的handleMessage
*方法在handler被创建的线程中接收,好像还是很茫然哈,很正常,往后面看几段你就明白了)
*
* @return Returns true if the message was successfully placed in to the
* message queue. Returns false on failure, usually because the
* looper processing the message queue is exiting.
个人翻译:如果成功放入消息队列返回true,如果失败返回false,通常是这个消息队列被轮询的looper
*退出轮询导致的
*/
public final boolean sendMessage(Message msg)
{
//走下面的方法。前面的方法介绍的很详细,下面的方法就简单介绍了
return sendMessageDelayed(msg,0);
}
/**
*顾名思义,就是延迟delayMillis毫秒后发送消息
*/
public final boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis)
{
if (delayMillis < 0) {
delayMillis = 0;
}
/**
*继续走下面的方法,“SystemClock.uptimeMillis()”表示从系统开机到现在的毫秒数,
*类似于“System.currentTimeMillis()”,但不完全相同,这个不用纠结,反正就是表达“当前时间”。
*那么“+ delayMillis”就是表示从当前时间开始向后延迟delayMillis毫秒
*/
return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis);
}
/**
*同样顾名思义,在指定的时间点开始发送消息,即指定从系统开机时间到uptimeMillis毫秒时开始发送消息
*贯穿上面的解释很好理解,如果uptimeMillis=SystemClock.uptimeMillis()就是从此时开始,
*如果uptimeMillis=SystemClock.uptimeMillis()+delayMillis就是延后delayMillis毫秒开始。
*/
public boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis) {
//通过上文可以知道这个消息队列对象“mQueue”是在Handler初始化时由looper对象赋值给handler的
MessageQueue queue = mQueue;
if (queue == null) {
RuntimeException e = new RuntimeException(
this + " sendMessageAtTime() called with no mQueue");
Log.w("Looper", e.getMessage(), e);
return false;
}
//走下面的方法
return enqueueMessage(queue, msg, uptimeMillis);
}
private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
//当前Handler对象赋值给msg.target,小彩蛋:为了之后告诉looper自己(msg)是被哪个handler对象发送的
msg.target = this;
/**
*是否为异步传输,这个会打乱排队顺序(那排队还有啥用?),所以不推荐使用
*并且通过上文可知Handler初始化时默认mAsynchronous为false,所以这段代码请忽略
*/
if (mAsynchronous) {
msg.setAsynchronous(true);
}
//哎,没完没了了,继续走MessageQueue的enqueueMessage方法
return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}
......
......
boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
if (msg.target == null) {//结合上文可知msg.target不为null
throw new IllegalArgumentException("Message must have a target.");
}
if (msg.isInUse()) {//判断Message是否为"in use"状态,结合上文可知为0,即非使用状态
throw new IllegalStateException(msg + " This message is already in use.");
}
synchronized (this) {
if (mQuitting) {//mQuitting默认为false,只有调用quit()方法才会为true,先不考虑这里
IllegalStateException e = new IllegalStateException(
msg.target + " sending message to a Handler on a dead thread");
Log.w(TAG, e.getMessage(), e);
msg.recycle();//没错,这里就是Message回收到sPool的方法,不是本文重点,有兴趣的可以看下
return false;//还记得sendMessage上的翻译么?"通常是这个消息...导致的"。说的就是这里
}
msg.markInUse();//msg.flags设为FLAG_IN_USE,即进入使用中状态
msg.when = when;
/**
*这个mMessages便是真正的消息队列实现者,其本质跟sPool一样都是Message链表,
*且表头也是优先级最高的,mMessages默认不会初始化,即mMessages==null
*/
Message p = mMessages;
boolean needWake;
if (p == null || when == 0 || when < p.when) {
// New head, wake up the event queue if blocked.
//新的表头,如果阻塞,唤醒事件队列。
/**
*新的表头?三个任意条件:mMessages==null,即队列还不存在,当前来排队的msg有幸成为
*第一个排队的,当然是表头;when == 0,刚开机就发消息?优先级很高啊,当然放在表头
*(虽然不太现实);when < p.when,比链表的表头时间还小,肯定优先发送,当然要放在表
头。
*/
msg.next = p;
mMessages = msg;//msg正式成为表头
......
} else {
......
/**
*重新组构链表,先按时间从小到大的顺序排列,如果遇到时间点相同的msg则继续按先来
*后到的顺序排列
*小插曲:"先来后到"?是不是觉得很眼熟?上文"sendMessage"注释表达的意思就是下方代
*码的最终实现逻辑。
*/
Message prev;
for (;;) {//从头到尾地拆链表,为寻找msg合适的插入位置
prev = p;
p = p.next;//上下两句代码是在拆链
if (p == null || when < p.when) {
//p为null表示为表尾了,没必要继续拆了
//when < p.when表示当前msg已在排到最合适的位置了
break;
}
......
}
msg.next = p; // invariant: p == prev.next
prev.next = msg; //将msg插入链表中
}
......
}
return true;
}
......
小结:
因为handler发送消息最终走的是sendMessageAtTime()
方法,所以enqueueMessage()
方法下的when
其实是指时间点
。在若干线程中,任意时间发送多个消息,如果最终调用enqueueMessage时传入的when(即uptimeMillis
)值都相同,则它们被接收(处理)的时间点相同
。上文谷歌在sendMessage()
的注释中提到"当前时间"是指调用sendMessage时,传入的when,即"SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis"与消息队列中已有的某些msg
的when
值相同,需要按先来后到的顺序排到这些msg的最后。
下面是消息队列示意图:
嗯哼,既然排好队了,那是不是就等着Looper来轮询了?Demo没有给出轮询代码,因为UI线程为我们写好了,你懂的。 接下来看analyze
收尾篇↓↓↓
Looper.loop();
轮询消息......
/**
* Run the message queue in this thread. Be sure to call
* {@link #quit()} to end the loop.
*个人翻译:在此线程中运行消息队列。 请务必调用 quit( )方法以结束循环。
*/
public static void loop() {
final Looper me = myLooper();
if (me == null) {
throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
//没有Looper对象;"Looper.prepare()"未在此线程中调用。
//这个不用多说了吧?
}
final MessageQueue queue = me.mQueue;//获取MessageQueue对象
......
for (;;) {//轮询
//1.从消息队列里取消息
Message msg = queue.next(); // might block 可能会阻塞
if (msg == null) {
// No message indicates that the message queue is quitting.
//没有消息表明消息队列正在退出。
return;//退出轮询
}
......
try {
msg.target.dispatchMessage(msg);//2.分发消息(交由与之关联的handler接收处理)
......
} finally {
......
}
......
msg.recycleUnchecked();//3.消息处理结束,直接回收到全局池sPool
}
}
......
Message next() {
......
/**
* 线程阻塞的时间
*-1:一直阻塞,直到线程被唤醒为止。如果期间有程序唤醒线程会立即向下执行。比如新消息进入队列触发唤醒
* 0:不阻塞
*>0: 最长阻塞nextPollTimeoutMillis毫秒。如果期间有程序唤醒线程会立即向下执行。比如新消息进入队列触发唤醒
*/
int nextPollTimeoutMillis = 0;
for (;;) {
if (nextPollTimeoutMillis != 0) {//需要阻塞
//在底层做好阻塞线程相关准备,主要是释放已挂起的对象
Binder.flushPendingCommands();
}
//阻塞线程
nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);
synchronized (this) {
//Try to retrieve the next message.Return if found.
//尝试轮询下一条消息。 如果找到则返回。
//当前时间
final long now = SystemClock.uptimeMillis();
Message prevMsg = null;
Message msg = mMessages;
......//此处忽略了异步消息代码
if (msg != null) {
if (now < msg.when) {
// Next message is not ready. Set a timeout to wake up when it is ready.
//下一条消息没有准备好。 设置超时以在准备就绪时唤醒。
//消息接收处理的时间还没到,计算休眠时间,以便下次来判断此消息是否可以执行
nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE);
} else {
// Got a message.
//获取一个msg
mBlocked = false;
if (prevMsg != null) {//不为null属于异步范围,本文不考虑
prevMsg.next = msg.next;
} else {
mMessages = msg.next;//对msg(表头)作脱链处理
}
msg.next = null;//msg彻底解放出来了
if (DEBUG) Log.v(TAG, "Returning message: " + msg);
msg.markInUse();//标记为使用中
return msg;//返回msg
}
} else {
// No more messages.
//没有更多的消息了,让线程一直阻塞,直到线程被唤醒(一般有新消息进入队列会直接触发唤醒)
nextPollTimeoutMillis = -1;
}
// Process the quit message now that all pending messages have been handled.
// 处理完所有待处理消息后,立即退出轮询。
if (mQuitting) {//消息队列正在退出
dispose();//native底层注销和释放资源,完成退出
return null;
}
......//此处忽略了执行IdleHandler代码
}
}
/**
* Handle system messages here.
*在这里处理系统消息。
*/
public void dispatchMessage(Message msg) {
if (msg.callback != null) {
/**
* callback!=null表示通过postXXX()方法发送的消息,不需要走handleMessage方法
* 如:new Handler().postDelayed(Runnable r, long delayMillis);
*/
handleCallback(msg);
} else {
/**mCallback!=null表示创建Handler时直接传入CallBack实现
*类,直接调用CallBack的handleMessage方法就好了
*如:new Handler(Callback callback);
*/
if (mCallback != null) {
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
}
}
/**
*嗯哼,没有传callback的话,那就走Handler的handleMessage()方法渠道咯
*这也正是我们Demo所走的渠道,终于等到你,还好我没放弃,额额额...
*/
handleMessage(msg);
}
}
小结:
"Looper.loop()"依赖两个for循环来维持消息轮询和分发,外环重复着三大任务:1.获取消息(queue.next())。2.分发消息(msg.target.dispatchMessage(msg))。3.回收消息(msg.recycleUnchecked())。
外环由msg==null
条件成立而终止,为了让轮询一直维持下去,queue.next()
作为内环既要承担这个任务,也要筛选msg提供给外环分发:1.有合适的msg则返回给外环。2.有消息但没到分发时间点,则阻塞线程,最长阻塞nextPollTimeoutMillis毫秒唤醒,期间可能被一些因素唤醒,如有新消息进入队列。3.无消息,即mMessages==null
,则一直阻塞线程,期间可能被一些因素唤醒,如有新消息进入队列。4.如果消息队列退出,即mQuitting==true
,则返回null,此时外环因msg==null
而终止。
可能还有人在疑问:哪里能看得出handleMessage()
已经切换到目标线程了?这个问题我还真被人问过,这里顺便回答一下:因为"handleMessage()"在"dispatchMessage()"下执行,而"dispatchMessage()"又在"loop()"下执行,"loop()"本身就运行在目标线程,这样够清晰了吗?嗯?
至此,关于Handler机制的分析就告一段落了,写作期间因为各种原因中断了很多次,也隔了很久,导致思路对接不通,不清晰,望请原谅,后期会不断优化更新~~