Android 性能优化（二）Handler运行机制原理，源码分析

目录

前言

一、Looper轮询器

二、Handler处理者

三、MessageQueue消息队列

四、Message消息载体

五、小结

面试题：

---

前言

Handler机制是Android中非常重要的技术点，几乎所有的面试都会涉及到这个问题，那么为什么说它这么重要呢？因为Handler机制几乎贯穿了整个应用从启动到结束，包括Throwable抛出异常、View绘制、事件分发、Activity启动、Activity生命周期等都涉及到Handler机制。

我们知道，主线程中不建议耗时操作，子线程中不允许更新UI，所以一般我们在开发中都会Handler机制来保证线程安全。Handle运行依赖于Looper、MessageQueue和Message ，整体流程如下：

在应用启动时会开启一个主线程，默认会创建一个Looper对象关联当前线程，且系统规定一个线程只允许创建一个Looper实例对象。另外，创建Looper对象同时实例化了一个MessageQueue对象，因此一个线程中对应唯一的Looper对象和MessageQueue对象。主线程中完成Looper对象创建后会调用Looper.loop()方法，进行消息循环，不断地获取MessageQueue中的Message对象，然后调用与Message绑定的Handler对象的dispatchMessage方法实现接口回调，从而更新handle所在的主线程的UI。

流程图如下：

 

一、Looper轮询器

Looper是Handler机制运行工作的核心，所以我们先搞懂Looper是怎么回事很关键。我们知道应用的启动通过main方法作为入口，这个main方法在主线程中，查看这个类的main方法可以看到有两个方法：

Looper.prepareMainLooper()、Looper.loop()。

public static final void main(String[] args) {
        ...
        //主线程中调用Looper.prepareMainLooper()方法创建Looper
        Looper.prepareMainLooper();
        if (sMainThreadHandler == null) {
            sMainThreadHandler = new Handler();
        }

        ActivityThread thread = new ActivityThread();
        thread.attach(false);

        if (false) {
            Looper.myLooper().setMessageLogging(new
                    LogPrinter(Log.DEBUG, "ActivityThread"));
        }
        //主线程中调用Looper.loop()，开始轮询，取消息
        Looper.loop();
       ...
    }
}

首先，ActivityThread首先调用的Looper.prepareMainLooper()方法，我们来看一下这个方法源码都做了些什么？

在Looper类中
public static final void prepareMainLooper() {
     prepare();
     setMainLooper(myLooper());
     if (Process.supportsProcesses()) {
        myLooper().mQueue.mQuitAllowed = false;
     }
}

原来，该方法中首先调用本类中的prepare()方法创建Looper对象，并且把该对象setMainLooper()绑定到当前线程中。在这里既然是主线程调用的，那么该Looper对象自然是在主线程当中。继续看里面的prepare()这个方法：

在Looper类中
public static final void prepare() {
    if (sThreadLocal.get() != null) {
        throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
    }
    //把Looper绑定到当前线程
    sThreadLocal.set(new Looper());
}

这个方法只做了一个事情，就是保证当前线程只能存在一个Looper对象，如果已经存在就会抛出异常（Android规定一个线程只允许关联一个Looper）。

继续看new Looper()这个构造方法，我们可以看到：

private Looper() {
    mQueue = new MessageQueue();
    mRun = true;
    mThread = Thread.currentThread();
}

Looper这个类的构造方法是private私有的，不允许外界直接new出来Looper对象，而最重要的是：在创建Looper的时候，同时创建了一个消息队列MessageQueue。所以请注意！MessageQueue是依赖Looper一起创建的。

然后，看ActivityThread调用Looper.loop()方法，开始轮询消息：

   public static final void loop() {
        Looper me = myLooper();
        //通过Looper对象，获取MessageQueue
        MessageQueue queue = me.mQueue;
       ...
        //死循环获取消息
        while (true) {
            //调用MessageQueue的next()方法取消息，这个过程也是死循环
            Message msg = queue.next(); 

            if (msg != null) {
                ...
                //取到消息之后，交给发送该消息的Handler取处理消息
                msg.target.dispatchMessage(msg);
               ...
                //回收消息，在Message中维护的有一个消息池
                msg.recycle();
            }
        }
    }

从上述源码中简单的注解，我们可以直观明白主线程的Looper和对应的MessageQueue之间最直接的关系了。但是我们带着一个问题如何把Message消息从子线程交给Handler在主线程中处理的？继续分析msg.target.dispatchMessage()源码：

public void dispatchMessage(Message msg) {
    if (msg.callback != null) {
        handleCallback(msg);
    } else {
        if (mCallback != null) {
            if (mCallback.handleMessage(msg)) {//注意这个方法调用
                return;
            }
        }
        handleMessage(msg);
    }
}

我们可以知道Looper.loop()方法里的死循环是不断地获取MessageQueue中的Message，然后调用与Message绑定的Handler对象的dispatchMessage方法。最后，我们终于明白原来Handler的handleMessage就在这里调用的，其实就是一个接口回调啊。

 

二、Handler处理者

我们知道Handler的工作主要就是发送和处理消息。其实Handler的构造方法有多种，但都会获取当前线程的Looper对象和MessageQueue对象。这个其实也没什么，看看就好：

//Handler的构造方法1
public Handler() {
    ...
    //获取当前线程的Looper对象
    mLooper = Looper.myLooper();
    if (mLooper == null) {
        throw new RuntimeException(
            "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");
    }
    //获取消息队列对象
    mQueue = mLooper.mQueue;
    mCallback = null;
}

//Handler的构造方法2
public Handler(Callback callback) {
   ...
    mLooper = Looper.myLooper();
    if (mLooper == null) {
        throw new RuntimeException(
            "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");
    }
    mQueue = mLooper.mQueue;
    mCallback = callback;
}

//Handler的构造方法3
public Handler(Looper looper) {
    mLooper = looper;
    mQueue = looper.mQueue;
    mCallback = null;
}

//Handler的构造方法4
public Handler(Looper looper, Callback callback) {
    mLooper = looper;
    mQueue = looper.mQueue;
    mCallback = callback;
}

发送消息可以通过一系列send方法，也可以通过一系列post方法，不过post方法最终还是通过send方法去实现。
用send方法，最终也会调用一个方法如下：

//在Handler中
public boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis)
{
    boolean sent = false;
    MessageQueue queue = mQueue;
    if (queue != null) {
        //调用msg.target的方法把Message和发送它的Handler绑定，所以Looper能够把正确的Message交给发送它的Handler处理
        msg.target = this;
        //调用MessageQueue的enqueueMessage方法把消息加入消息队列
        sent = queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
    }
    else {
        RuntimeException e = new RuntimeException(
            this + " sendMessageAtTime() called with no mQueue");
        Log.w("Looper", e.getMessage(), e);
    }
    return sent;
}

可以看到，Handler发送消息的过程就是向消息队列中插入一条消息。前面已经讲到，MessageQueue调用next方法去轮询消息，那么当MessageQueue拿到消息之后，把消息传递给Looper，最终交给Handler去处理，即dispatchMessage方法会被调用。此时，Handler开始处理消息。值得一提的是，在消息队列中可能有不同Handler发送的多个消息，通过在发送消息的时候把Message和发送它的Handler绑定，Looper就会把消息正确的交给发送它的Handler来处理。dispatchMessage方法如下:

//Handler中
public void dispatchMessage(Message msg) {
    if (msg.callback != null) {
        handleCallback(msg);
    } else {
        if (mCallback != null) {
            if (mCallback.handleMessage(msg)) {
                return;
            }
        }
        handleMessage(msg);
    }
}

Handler处理消息的过程：

第一步，查看Message的callback是否为null，不为null就通过handleCallback(msg)方法处理消息。这里的callback实际上就是一个Runnable对象。如果以post方式去发送消息，最终就会调用handleCallback(msg)方法去处理，这个方法内容为：

 private final void handleCallback(Message message) {
     message.callback.run();
 }

第二步，检查mCallBack是否为null，如果不为null就调用mCallBack的handleMessage(msg)方法。这个mCallBack是CallBack接口的子类对象，前面已经说过Handler的构造方法中有两个可以用到这个CallBack。如果mCallBack为null，最终就会调用Handler的handleMessage(msg)方法，这个方法通常是在创建Handler时被使用者重写的方法。

---

需要说明：在主线程当前我们创建Handler时并没有自己创建Looper对象，这是因为主线程已经为我们创建好了；如果要在子线程当前创建Handler，一定要在之前创建Looper对象，即调用Looper.prepare()方法。

 

三、MessageQueue消息队列

前面的内容已经讲了很多关于MessageQueue的东西，这里就总结下了。MessageQueue主要包含两个操作：插入消息（enqueueMessage方法）和读取消息（next方法）。读取的过程也伴随着删除操作。MessageQueue的的内部实际上是通过一个单链表的数据结构来维护消息列表，这主要也是因为单链表在插入和删除上比较有优势。

   final boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
    ...
        Message p = mMessages;
        if (p == null || when == 0 || when < p.when) {
            // 当前发送的message需要马上被处理调，needWake唤醒状态置true
            msg.next = p;
            mMessages = msg;
            needWake = mBlocked; // new head, might need to wake up
         } else {
              // 当前发送的message被排队到其他message的后面，needWake唤醒状态置为false
                Message prev = null;
                while (p != null && p.when <= when) {
                    prev = p;
                    p = p.next;
                }
                msg.next = prev.next;
                prev.next = msg;
                needWake = false; // still waiting on head, no need to wake up
            }
    }
    // 是否唤醒主线程
    if (needWake) {
        nativeWake(mPtr);
    }
    return true;
}

enqueueMessage的主要操作其实就是单链表的插入操作，根据时间看当前发送的Message是否需要马上处理。这个enqueueMessage方法是Handler发送消息的时候调用。

下面来看next方法：

final Message next() {
    int pendingIdleHandlerCount = -1; // -1 only during first iteration
    int nextPollTimeoutMillis = 0;

    for (;;) {
        if (nextPollTimeoutMillis != 0) {
            Binder.flushPendingCommands();
        }
        nativePollOnce(mPtr, nextPollTimeoutMillis);

        synchronized (this) {
            // Try to retrieve the next message.  Return if found.
            final long now = SystemClock.uptimeMillis();
            final Message msg = mMessages;
            if (msg != null) {
                final long when = msg.when;
                if (now >= when) {
                    mBlocked = false;
                    mMessages = msg.next;
                    msg.next = null;
                    if (Config.LOGV) Log.v("MessageQueue", "Returning message: " + msg);
                    return msg;
                } else {
                    nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(when - now, Integer.MAX_VALUE);
                }
            } else {
                nextPollTimeoutMillis = -1;
            }

        ...
}

注意"return msg"，是next方法返回一个Message对象。next方法中也是采用阻塞的方式去获取消息队列中的消息，一旦有消息立即返回并且将它从单链表中移除。如果没有消息就一直阻塞。前面已经提到，这个取消息的next方法是在Looper的loop()方法中调用。

 

四、Message消息载体

Message只有一个无参构造方法，但是Message有多个obtain静态方法来返回Message对象。

采用哪种方式创建Message对象都可以，但是建议采用obtain方法来创建。这是因为Message通过在内部构建一个链表来维护一个被回收的Message对象池。当用户调用obtain方法时会优先从池中获取，如果池中没有则创建新的Message对象。同时在使用完毕之后，进入池中以便于复用。这个在Looper.loop()方法可以看到一点端倪，在使用完毕时候调用了Message的recycle()方法。

下面是obtain方法创建Message对象的流程：

public static Message obtain() {
    synchronized (sPoolSync) {
        if (sPool != null) {
            Message m = sPool;
            sPool = m.next;
            m.next = null;
            sPoolSize--;
            return m;
        }
    }
    return new Message();
}

 

五、小结

• 在应用启动时会开启一个主线程，默认创建一个Looper对象绑定当前线程，且不同线程间的Looper不能共享。
• 一个Thread线程对应一个Looper对象、对应一个MessageQueue对象。
• 主线程中调用Looper的loop()方法，会开启消息循环，不断的从消息队列中拿到消息。
• Looper拿到消息之后调用Handler的dispatchMessage方法来处理消息。
• 一个Thread线程对应多个Handler。
• Handler通过send、post方法，把消息加入消息队列MessageQueue中。
• 子线程中创建Handler需先创建Looper对象，Thread与Handler共享一个Looper与MessageQueue。

 

面试题：

Looper.loop()为什么不会阻塞主线程？

IdHandler(闲时机制）？

postDelay()的具体实现？

post()与sendMessage()区别？

使用Handler时怎么解决内存泄漏的问题的?