参考资料
Android 异步消息处理机制 让你深入理解 Looper、Handler、Message三者关系
目录
- 1）概述
- 2）分析
- 2.1）ThreadLocal工作原理
- 2.2）MessageQueue工作原理
- 2.3）Looper工作原理
- 2.4）Handler总结
1）概述
| 概述 | 说明 |
|---|---|
| MessageQueue | 并不是真正的队列，采用的是单链表的数据结构来存储消息列表 |
| ThreadLocal | 线程内部数据存储类，可以在指定线程内部存储数据 |
| Looper | 无限循环的处理消息，有新消息处理，无则阻塞 |
| Handler | 将一个任务切换到指定线程处理。注意：线程默认没有Looper的，需要自己创建。但主线程ActivityThread在创建的时候会初始化Looper，不用我们管 |
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MQ单链表
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2）分析
2.1）ThreadLocal(线程的本地存储)工作原理
通过ThreadLocal可实现Looper在线程中的存取，以方便Handler获取当前线程的Looper。
//举例,不同线程访问同一ThreadLocal对象，值是不一样的
private ThreadLocal mThreadLocal = new ThreadLocal();
//主线程中设置
mThreadLocal.set(true); //Log: mThreadLocal.get() = true
//子线程1
new Thread("Thread#1"){
@override
public void run(){
mThreadLocal.set(false); //Log: mThreadLocal.get() = false
}
}
//子线程2
new Thread("Thread#2"){
@override
public void run(){
Log.i(mThreadLocal.get()); //Log: null
}
}
ThreadLocal.set(T value)
ThreadLocal.get()
2.2）MessageQueue工作原理
| 方法 | 说明 |
|---|---|
| enqueueMessage(Message msg, long when) | 插入消息 |
| next() | 读取消息并从消息队列移除。无限循环，如果MessageQueue中无消息，next()将会阻塞，有消息到来会返回此消息并从MQ中移除 |
MessageQueue是消息机制的Java层和C++层的连接纽带，大部分核心方法都交给native层来处理
native方法
MQ构造
MessageQueue(boolean quitAllowed) {
mQuitAllowed = quitAllowed;
//通过native方法初始化消息队列，其中mPtr是供native代码使用
mPtr = nativeInit();
}
- MessageQueue是按照Message触发时间的先后顺序排列的，队头的消息是将要最早触发的消息。当有消息需要加入消息队列时，会从队列头开始遍历，直到找到消息应该插入的合适位置，以保证所有消息的时间顺序
MessageQueue.enqueueMessage()
boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
// 每一个普通Message必须有一个target
if (msg.target == null) {
throw new IllegalArgumentException("Message must have a target.");
}
if (msg.isInUse()) {
throw new IllegalStateException(msg + " This message is already in use.");
}
synchronized (this) {
if (mQuitting) { //正在退出时，回收msg，加入到消息池
msg.recycle();
return false;
}
msg.markInUse();
msg.when = when;
Message p = mMessages;
boolean needWake;
if (p == null || when == 0 || when < p.when) {
//p为null(代表MessageQueue没有消息） 或者msg的触发时间是队列中最早的， 则进入该该分支
msg.next = p;
mMessages = msg;
needWake = mBlocked; //当阻塞时需要唤醒
} else {
//将消息按时间顺序插入到MessageQueue。一般地，不需要唤醒事件队列，除非
//消息队头存在barrier，并且同时Message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;
}
//消息没有退出，我们认为此时mPtr != 0
if (needWake) {
nativeWake(mPtr);
}
}
return true;
}
MessageQueue.next()
Message next() {
final long ptr = mPtr;
if (ptr == 0) { //当消息循环已经退出，则直接返回
return null;
}
int pendingIdleHandlerCount = -1; // 循环迭代的首次为-1
int nextPollTimeoutMillis = 0;
for (;;) {
if (nextPollTimeoutMillis != 0) {
Binder.flushPendingCommands();
}
//阻塞操作，当等待nextPollTimeoutMillis时长，或者消息队列被唤醒，都会返回
nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);
synchronized (this) {
final long now = SystemClock.uptimeMillis();
Message prevMsg = null;
Message msg = mMessages;
if (msg != null && msg.target == null) {
//当消息Handler为空时，查询MessageQueue中的下一条异步消息msg，则退出循环。
do {
prevMsg = msg;
msg = msg.next;
} while (msg != null && !msg.isAsynchronous());
}
if (msg != null) {
if (now < msg.when) {
//当异步消息触发时间大于当前时间，则设置下一次轮询的超时时长
nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE);
} else {
// 获取一条消息，并返回
mBlocked = false;
if (prevMsg != null) {
prevMsg.next = msg.next;
} else {
mMessages = msg.next;
}
msg.next = null;
//设置消息的使用状态，即flags |= FLAG_IN_USE
msg.markInUse();
return msg; //成功地获取MessageQueue中的下一条即将要执行的消息
}
} else {
//没有消息
nextPollTimeoutMillis = -1;
}
//消息正在退出，返回null
if (mQuitting) {
dispose();
return null;
}
//当消息队列为空，或者是消息队列的第一个消息时
if (pendingIdleHandlerCount < 0 && (mMessages == null || now < mMessages.when)) {
pendingIdleHandlerCount = mIdleHandlers.size();
}
if (pendingIdleHandlerCount <= 0) {
//没有idle handlers 需要运行，则循环并等待。
mBlocked = true;
continue;
}
if (mPendingIdleHandlers == null) {
mPendingIdleHandlers = new IdleHandler[Math.max(pendingIdleHandlerCount, 4)];
}
mPendingIdleHandlers = mIdleHandlers.toArray(mPendingIdleHandlers);
}
//只有第一次循环时，会运行idle handlers，执行完成后，重置pendingIdleHandlerCount为0.
for (int i = 0; i < pendingIdleHandlerCount; i++) {
final IdleHandler idler = mPendingIdleHandlers[i];
mPendingIdleHandlers[i] = null; //去掉handler的引用
boolean keep = false;
try {
keep = idler.queueIdle(); //idle时执行的方法
} catch (Throwable t) {
Log.wtf(TAG, "IdleHandler threw exception", t);
}
if (!keep) {
synchronized (this) {
mIdleHandlers.remove(idler);
}
}
}
//重置idle handler个数为0，以保证不会再次重复运行
pendingIdleHandlerCount = 0;
//当调用一个空闲handler时，一个新message能够被分发，因此无需等待可以直接查询pending message.
nextPollTimeoutMillis = 0;
}
}
MessageQueue.quit()
void quit(boolean safe) {
// 当mQuitAllowed为false，表示不运行退出，强行调用quit()会抛出异常
if (!mQuitAllowed) {
throw new IllegalStateException("Main thread not allowed to quit.");
}
synchronized (this) {
if (mQuitting) { //防止多次执行退出操作
return;
}
mQuitting = true;
if (safe) {
removeAllFutureMessagesLocked(); //移除尚未触发的所有消息
} else {
removeAllMessagesLocked(); //移除所有的消息
}
//mQuitting=false，那么认定为 mPtr != 0
nativeWake(mPtr);
}
}
2.3）Looper工作原理
Looper构造方法
private Looper(boolean quitAllowed){
//创建MQ
mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
//记录当前线程
mThread = Thread.currentThread();
}
Looper.prepare()
public static final void prepare() {
//每个线程只允许执行一次该方法，第二次执行会抛出异常
if (sThreadLocal.get() != null) {
throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
}
sThreadLocal.set(new Looper(true));
}
Looper.loop()会循环调用MessageQueue的next()来获取消息，而next()是一个阻塞操作，当没有消息时，next()会阻塞，导致loop()也一直阻塞。
public static void loop() {
//myLooper() => return sThreadLocal.get();
// 获取sThreadLocal存储的Looper实例，每个线程是不一样的
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.
//确保在权限检查时基于本地进程，而不是基于最初调用进程。
Binder.clearCallingIdentity();
final long ident = Binder.clearCallingIdentity();
//无限循环
for (;;) {
//取出一条消息，如果没有消息则阻塞
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
Printer logging = me.mLogging;
if (logging != null) {
logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " +
msg.callback + ": " + msg.what);
}
//交给Handler的dispatch去处理
msg.target.dispatchMessage(msg);
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);
}
//把分发后的Message回收到消息池，以便重复利用
msg.recycle();
}
}
//为子线程创建Looper
//在没有Looper的子线程中创建Handler会报错！！！！！`
new Thread("Thread#2"){
@override
public void run(){
Looper.prepare();
Handler handler = new Handler();
Looper.loop();
}
}
| 方法 | 说明 |
|---|---|
| loop() | 无限循环调用MQ的next()获取消息 |
| getMainLooper() | 任何地方获取主线程Looper |
| quit | 立刻退出Looper |
| quitSafely | 安全退出，会将MQ中的消息处理完毕 |
PS:子线程中创建的Looper，完成任务后应quit，否则此子线程会一直处于等待状态。
public void quit() {
mQueue.quit(false); //消息移除
}
public void quitSafely() {
mQueue.quit(true); //安全地消息移除
}
2.4）Handler总结
- Looper.prepare()通过ThreadLocal在本线程保存Looper实例，只能调用一次，否则异常。其保存的MQ对象也只能是一个。
- Looper.loop()无限循环读MQ
- Handler的构造方法中获取当前线程保存的Looper实例
- 通过Looper获取MessageQueue
//构造方法
...
mLooper = Looper.myLooper(); //从当前线程的TLS中获取Looper对象
...
mQueue = mLooper.mQueue; //消息队列，来自Looper对象
-
sendXXX调用MQ的enqueueMessage()，然后加入MQ中
最终都是调用MessageQueue.enqueueMessage()
private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
//将自身赋予msg.target
//方便loop()中的msg.target.dispatchMessage(msg)
msg.target = this;
if (mAsynchronous) {
msg.setAsynchronous(true);
}
return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}
- Looper.loop()中的msg.target.dispatchMessage(msg)最终会进入handleMessage
2.5）消息池
- obtain
从消息池取Message，都是把消息池表头的Message取走，再把表头指向next
public static Message obtain() {
synchronized (sPoolSync) {
if (sPool != null) {
Message m = sPool;
sPool = m.next;
m.next = null; //从sPool中取出一个Message对象，并消息链表断开
m.flags = 0; // 清除in-use flag
sPoolSize--; //消息池的可用大小进行减1操作
return m;
}
}
return new Message(); // 当消息池为空时，直接创建Message对象
}
- recycle
把不再使用的消息加入消息池
将Message加入到消息池的过程，都是把Message加到链表的表头
public void recycle() {
if (isInUse()) { //判断消息是否正在使用
if (gCheckRecycle) { //Android 5.0以后的版本默认为true,之前的版本默认为false.
throw new IllegalStateException("This message cannot be recycled because it is still in use.");
}
return;
}
recycleUnchecked();
}
//对于不再使用的消息，加入到消息池
void recycleUnchecked() {
//将消息标示位置为IN_USE，并清空消息所有的参数。
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) {
//静态变量MAX_POOL_SIZE代表消息池的可用大小；消息池的默认大小为50
if (sPoolSize < MAX_POOL_SIZE) { //当消息池没有满时，将Message对象加入消息池
next = sPool;
sPool = this;
sPoolSize++; //消息池的可用大小进行加1操作
}
}
}