Android的Handler机制详解1_framework
Handler消息机制是Android的2大消息机制之一，另一个是Binder IPC机制。
1，组成
- Message：消息分为硬件产生的消息(如按钮、触摸)和软件生成的消息；(持有一个Handler(target)引用)
- MessageQueue：消息队列的主要功能向消息池投递消息(MessageQueue.enqueueMessage)和取走消息池的消息(MessageQueue.next)；(持有一个Message(mMessages)引用)
- Handler：消息辅助类，主要功能向消息池发送各种消息事件(Handler.sendMessage)和处理相应消息事件(Handler.handleMessage)；(持有MessageQueue(mQueue)和Looper(mLooper)引用)
- Looper：不断循环执行(Looper.loop)，按分发机制将消息分发给目标处理者。(持有MessageQueue(mQueue)引用)
2，发送消息
图中可以看到无论哪种发送消息的方法最终都是调用Handler.enqueueMessage(MessageQueue)
2.1 Handler.enqueueMessage(MessageQueue,Message,long)
private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
msg.target = this;
if (mAsynchronous) {
msg.setAsynchronous(true);
}
return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}queue就是mQueue,mQueue是通过Looper(Looper.mQueue/Looper.myQueue())获取的。
2.2 Handler.Handler(Callback,boolean)
public Handler(Callback callback, boolean async) {
if (FIND_POTENTIAL_LEAKS) {
final Class klass = getClass();
if ((klass.isAnonymousClass() || klass.isMemberClass() || klass.isLocalClass()) &&
(klass.getModifiers() & Modifier.STATIC) == 0) {
Log.w(TAG, "The following Handler class should be static or leaks might occur: " +
klass.getCanonicalName());
}
}
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;
mAsynchronous = async;
}无参的构造最终调用的就是这个2个参数的构造方法,Looper获取的是当前线程TLS存储的Looper.
2.3 Handler.Handler()
public Handler() {
this(null, false);
}callback为null,async为false，Looper对象是从当前线程的TLS获取的。
2.4 Handler.Handler(Looper , Callback , boolean )
public Handler(Looper looper, Callback callback, boolean async) {
mLooper = looper;
mQueue = looper.mQueue;
mCallback = callback;
mAsynchronous = async;
}带有Looper的有参构造函数最终都是调用这个构造方法，用来指定Looper，Callback和消息的处理方式(同步或异步)。
2.5 MessageQueue.enqueueMessage(Message , long )
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;
}到此，发送消息的逻辑就处理完了，就是把Message加入到MessageQueue的合适位置。
3，提取消息
Looper通过loop()，不断提取出达到触发条件的Message，并将Message交给target来分发处理。
提取消息我们希望：
1）如果消息队列里目前没有合适的消息可以摘取，那么不能让它所属的线程“傻转”，而应该使之阻塞；
2）队列里的消息应该按其“到时”的顺序进行排列，最先到时的消息会放在队头，也就是mMessages域所指向的消息，其后的消息依次排开；
3）阻塞的时间最好能精确一点儿，所以如果暂时没有合适的消息节点可摘时，要考虑链表首个消息节点将在什么时候到时，所以这个消息节点距离当前时刻的时间差，就是我们要阻塞的时长。
4）有时候外界希望队列能在即将进入阻塞状态之前做一些动作，这些动作可以称为idle动作，我们需要兼顾处理这些idle动作。一个典型的例子是外界希望队列在进入阻塞之前做一次垃圾收集。
3.1 Looper.loop()
public static void loop() {
final Looper me = myLooper(); //获取TLS存储的Looper对象 【见2.4】
if (me == null) {
throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
}
final MessageQueue queue = me.mQueue; //获取Looper对象中的消息队列
Binder.clearCallingIdentity();
//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。
final long ident = Binder.clearCallingIdentity();
for (;;) { //进入loop的主循环方法
Message msg = queue.next(); //可能会阻塞 【见4.2】
if (msg == null) { //没有消息，则退出循环
return;
}
Printer logging = me.mLogging; //默认为null，可通过setMessageLogging()方法来指定输出，用于debug功能
if (logging != null) {
logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " +
msg.callback + ": " + msg.what);
}
msg.target.dispatchMessage(msg); //用于分发Message 【见3.2】
if (logging != null) {
logging.println("<<<<< Finished to " + msg.target + " " + msg.callback);
}
final long newIdent = Binder.clearCallingIdentity(); //确保分发过程中identity不会损坏
if (ident != newIdent) {
//打印identity改变的log，在分发消息过程中是不希望身份被改变的。
}
msg.recycleUnchecked(); //将Message放入消息池 【见5.2】
}
}上面提取的四点希望都是通过 final MessageQueue queue = me.mQueue; //获取Looper对象中的消息队列来完成的，这里我们先把问题放着，下篇文章给你解答。
注意到开头有一个myLooper(),用获取当前线程存储在TLS（线程本地存储区 ，Thread Local Storage）中的Looper对象。
3.2 Looper.myLooper()
public static @Nullable Looper myLooper() {
return sThreadLocal.get();
}3.3 Loopre.prepare(boolean)
private static void prepare(boolean quitAllowed) {
//每个线程只允许执行一次该方法，第二次执行时线程的TLS已有数据，则会抛出异常。
if (sThreadLocal.get() != null) {
throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
}
//创建Looper对象，并保存到当前线程的TLS区域
sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));
}其实我们常用的是无参prepare()方法。
3.4 Looper.prepare()
public static void prepare() {
prepare(true);
}无参的prepare()默认调用的是prepare(true)，表示的是这个Looper运行退出，而对于false的情况则表示当前Looper不运行退出。
3.5 ThreadLocal.set(T)
public void set(T value) {
Thread currentThread = Thread.currentThread(); //获取当前线程
Values values = values(currentThread); //查找当前线程的本地储存区
if (values == null) {
//当线程本地存储区，尚未存储该线程相关信息时，则创建Values对象
values = initializeValues(currentThread);
}
//保存数据value到当前线程this
values.put(this, value);
}将value存储到当前线程的TLS区域。
3.6 ThreadLocal.get()
public T get() {
Thread currentThread = Thread.currentThread(); //获取当前线程
Values values = values(currentThread); //查找当前线程的本地储存区
if (values != null) {
Object[] table = values.table;
int index = hash & values.mask;
if (this.reference == table[index]) {
return (T) table[index + 1]; //返回当前线程储存区中的数据
}
} else {
//创建Values对象
values = initializeValues(currentThread);
}
return (T) values.getAfterMiss(this); //从目标线程存储区没有查询是则返回null
}获取当前线程TLS区域的数据。
4，分发消息
分发消息是Handler的dispatchMessage(Message)操作的。
4.1 Handler.dispatchMessage(Message)
public void dispatchMessage(Message msg) {
if (msg.callback != null) {
//当Message存在回调方法，回调msg.callback.run()方法；
handleCallback(msg);
} else {
if (mCallback != null) {
//当Handler存在Callback成员变量时，回调方法handleMessage()；
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
}
}
//Handler自身的回调方法handleMessage()
handleMessage(msg);
}
}分发消息的流程也很清楚：
- 当
Message的回调方法不为空时，则回调方法msg.callback.run()，其中callBack数据类型为Runnable,否则进入步骤2； - 当
Handler的mCallback成员变量不为空时，则回调方法mCallback.handleMessage(msg),否则进入步骤3； - 调用
Handler自身的回调方法handleMessage()，该方法默认为空，Handler子类通过覆写该方法来完成具体的逻辑。
对于很多情况下，消息分发后的处理方法是第3种情况，即Handler.handleMessage()，一般地往往通过覆写该方法从而实现自己的业务逻辑。
5，处理消息
处理消息的逻辑看4.1
其实Handler简单消息流程2~5就已经结束了，发送消息(MessageQueue.enqueueMessage(Message,long))→提取消息(Looper.loop())→分发消息(Handler.dispatchMessage(Message))→处理消息
6，MessageQueue.IdleHandler
回过头看3.1中有这么一行代码Message msg = queue.next(); // might block它就是用来获取下一个消息的。
6.1 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;
}
}当处于空闲时，往往会执行IdleHandler中的方法。当nativePollOnce()返回后，next()从mMessages中提取一个消息。
6.2 MessageQueue.addIdleHandler(IdleHandler)
public void addIdleHandler(@NonNull IdleHandler handler) {
if (handler == null) {
throw new NullPointerException("Can't add a null IdleHandler");
}
synchronized (this) {
mIdleHandlers.add(handler);
}
}向MessageQueue添加IdleHandler.
6.3 IdleHandler
public static interface IdleHandler {
/**
* Called when the message queue has run out of messages and will now
* wait for more. Return true to keep your idle handler active, false
* to have it removed. This may be called if there are still messages
* pending in the queue, but they are all scheduled to be dispatched
* after the current time.
*/
boolean queueIdle();
}简而言之，就是在looper里面的message暂时处理完了，这个时候会回调这个接口，返回false，那么就会移除它，返回true就会在下次message处理完了的时候继续回调。
7，barrier token
我们注意到6.1的方法中有这样一段代码：
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());
}根据4，消息分发的逻辑每一个普通Message必须有一个target，对于特殊的message是没有target，即同步barrier token，这个消息的价值就是用于拦截同步消息，它就像一个卡子，卡在消息链表中的某个位置，当消息循环不断从消息链表中摘取消息并进行处理时，一旦遇到这种barrier token，那么即使在分割栏之后还有若干已经到时的普通Message，也不会摘取这些消息了。请注意，此时只是不会摘取“普通Message”了，如果队列中还设置有“异步Message”，那么还是会摘取已到时的“异步Message”的，所以并不会唤醒Looper。拦截同步消息的逻辑就是有上面代码控制的。由于barrier token没有target所以不能用MessageQueue.enqueueMessage(Message , long )发送消息。
7.1 MessageQueue.postSyncBarrier()
public int postSyncBarrier() {
return postSyncBarrier(SystemClock.uptimeMillis());
}
private int postSyncBarrier(long when) {
// Enqueue a new sync barrier token.
// We don't need to wake the queue because the purpose of a barrier is to stall it.
synchronized (this) {
final int token = mNextBarrierToken++;
final Message msg = Message.obtain();
msg.markInUse();
msg.when = when;
msg.arg1 = token;
Message prev = null;
Message p = mMessages;
if (when != 0) {
while (p != null && p.when <= when) {
prev = p;
p = p.next;
}
}
if (prev != null) { // invariant: p == prev.next
msg.next = p;
prev.next = msg;
} else {
msg.next = p;
mMessages = msg;
}
return token;
}
}注意：MessageQueue.postSyncBarrier()是一个hide方法。barrier token就是通过它发送的。
7.2 MessageQueue.removeSyncBarrier(int)
public void removeSyncBarrier(int token) {
synchronized (this) {
Message prev = null;
Message p = mMessages;
//从消息队列找到 target为空,并且token相等的Message
while (p != null && (p.target != null || p.arg1 != token)) {
prev = p;
p = p.next;
}
if (p == null) {
throw new IllegalStateException("The specified message queue synchronization "
+ " barrier token has not been posted or has already been removed.");
}
final boolean needWake;
if (prev != null) {
prev.next = p.next;
needWake = false;
} else {
mMessages = p.next;
needWake = mMessages == null || mMessages.target != null;
}
p.recycleUnchecked();
if (needWake && !mQuitting) {
nativeWake(mPtr);
}
}
}8，其它方法
8.1 退出
8.1.1 Looer.quit()
public void quit() {
mQueue.quit(false);
}8.1.2 Looper.quit(boolean)
public void quitSafely() {
mQueue.quit(true);
}8.1.3 MessageQueue.quit(boolean)
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);
}
}8.2 MessageQueue.removeMessages(Handler, int, Object)
void removeMessages(Handler h, int what, Object object) {
if (h == null) {
return;
}
synchronized (this) {
Message p = mMessages;
//从消息队列的头部开始，移除所有符合条件的消息
while (p != null && p.target == h && p.what == what
&& (object == null || p.obj == object)) {
Message n = p.next;
mMessages = n;
p.recycleUnchecked();
p = n;
}
//移除剩余的符合要求的消息
while (p != null) {
Message n = p.next;
if (n != null) {
if (n.target == h && n.what == what
&& (object == null || n.obj == object)) {
Message nn = n.next;
n.recycleUnchecked();
p.next = nn;
continue;
}
}
p = n;
}
}
}9，消息池
在代码中，可能经常看到recycle()方法，咋一看，可能是在做虚拟机的gc()相关的工作，其实不然，这是用于把消息加入到消息池的作用。这样的好处是，当消息池不为空时，可以直接从消息池中获取Message对象，而不是直接创建，提高效率。
静态变量sPool的数据类型为Message，通过next成员变量，维护一个消息池；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。
消息池常用的操作方法是obtain()和recycle()。9.1 Message.obtain()
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
}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;
9.2 Message.recycle()
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();
}
9.3 Message.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) {
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
}
}
}recycle()，将Message加入到消息池的过程，都是把Message加到链表的表头；
10，总结：
10.1 handler机制消息经历过程
1，Handler通过sendMessage()发送Message到MessageQueue队列
2，Looper通过loop()，不断提取出达到触发条件的Message，并将Message交给target来处理
3，经过dispatchMessage()后，交回给Handler的handleMessage()来进行相应地处理
4，将Message加入MessageQueue时，处往管道写入字符，可以会唤醒loop线程；如果MessageQueue中没有Message，并处于Idle状态，则会执行IdelHandler接口中的方法，往往用于做一些清理性地工作。
10.2 消息分发优先级
1，Message的回调方法：message.callback.run()，优先级最高
2，Handler的回调方法：Handler.mCallback.handleMessage(msg)，优先级仅次于1
3，Handler的默认方法：Handler.handleMessage(msg)，优先级最低。
10.3 图
Handler是消息机制中非常重要的辅助类，更多的实现都是MessageQueue, Message中的方法，Handler的目的是为了更加方便的使用消息机制。
参考文章：
独家分享|你知道android的MessageQueue.IdleHandler吗？
Android消息机制1-Handler(Java层)
聊一聊Android的消息机制