Android handler 消息机制源码解读
用过 okhttp 网络请求框架的人都知道，okhttp 的 callback 接口不在主线程。因此要想在 callback 中进行 UI上更新需要切换到主线程，可以handler.post(runable)，那么，handler 是怎么直接就切换到主线程的呢？handler 是怎么处理线程之间的消息传递呢？
本文主要解决的几个问题
- handler 是怎样传递消息的？
- handler.post(runable) 方法是怎么直接切换到主线程的？
- Handler，Looper，MessageQueue，Message 有什么关系？
相关类介绍
Message 消息对象
public int what;
public int arg1;
public int arg2;
public Object obj;
public Messenger replyTo;
private static final Object sPoolSync = new Object();
private static Message sPool;
private static int sPoolSize = 0;
private static final int MAX_POOL_SIZE = 50;
private static boolean gCheckRecycle = true;
这是Message的一些属性，创建一个消息实例一般有两种:
// 第一种，直接新建一个对象
Message msg = new Message();
// 第二种，通过Message 的静态方法获取一个对象
Message msg = Message.obtain();
Message msg = Message.obtain((Message orig);
Message msg = Message.obtain(Handler h);
Message msg = Message.obtain(Handler h, Runnable callback);
Message msg = Message.obtain(Handler h, int what);
Message msg = Message.obtain(Handler h, int what, Object obj);
Message msg = Message.obtain(Handler h, int what, int arg1, int arg2);
Message msg = Message.obtain(Handler h, int what, int arg1, int arg2, Object obj);
这里推荐用第二种。那么两种方式有什么不一样吗？Message.obtain(…)方法最终都是调用的是Message.obtain()，所以我们看一下 obtain() 的源码。
/**
* Return a new Message instance from the global pool. Allows us to
* avoid allocating new objects in many cases.
*/
public static Message obtain() {
synchronized (sPoolSync) {
if (sPool != null) {
Message m = sPool;
sPool = m.next;
m.next = null;
m.flags = 0; // clear in-use flag
sPoolSize--;
return m;
}
}
return new Message();
}
先看注释：从全局池中返回一个新的消息对象，允许我们在很多情况下避免分配新的对象。其实就是复用以前用过的对象，亦可以看出Message是一个链表结构，如果 sPool 为空就新建一个，反之就从链表中取。注意到 sPoolSize 减一，那么最多可以获取多少个Message实例呢？Message 有一个属性 MAX_POOL_SIZE ，值为50，这个属性中在回收Message时被用到。
/**
* Recycles a Message that may be in-use.
* Used internally by the MessageQueue and Looper when disposing of queued Messages.
*/
void recycleUnchecked() {
...
synchronized (sPoolSync) {
if (sPoolSize < MAX_POOL_SIZE) {
next = sPool;
sPool = this;
sPoolSize++;
}
}
}
如果此时消息池中的可用message数量小于MAX_POOL_SIZE，则该message加入链表尾部，同时可用数量加一，否则舍弃。所以最多可获取50个Message实例。
Handler 消息处理类
消息实体类有了，发送消息就简单了，大概分为两种，一种handler.postXXX(Runable, xxx)，一种handler.sendMessageXXX(message)；
// 一种 post
public final boolean post(Runnable r) {
return sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);
}
public final boolean postAtTime(Runnable r, long uptimeMillis){
return sendMessageAtTime(getPostMessage(r), uptimeMillis);
}
public final boolean postAtTime(Runnable r, Object token, long uptimeMillis) {
return sendMessageAtTime(getPostMessage(r, token), uptimeMillis);
}
public final boolean postDelayed(Runnable r, long delayMillis){
return sendMessageDelayed(getPostMessage(r), delayMillis);
}
public final boolean postAtFrontOfQueue(Runnable r) {
return sendMessageAtFrontOfQueue(getPostMessage(r));
}
// 一种sendMessage
public final boolean sendMessage(Message msg) {
return sendMessageDelayed(msg, 0);
}
public final boolean sendEmptyMessage(int what){
return sendEmptyMessageDelayed(what, 0);
}
public final boolean sendEmptyMessageDelayed(int what, long delayMillis) {
Message msg = Message.obtain();
msg.what = what;
return sendMessageDelayed(msg, delayMillis);
}
public final boolean sendEmptyMessageAtTime(int what, long uptimeMillis) {
Message msg = Message.obtain();
msg.what = what;
return sendMessageAtTime(msg, uptimeMillis);
}
public final boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis){
if (delayMillis < 0) {
delayMillis = 0;
}
return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis);
}
public boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis) {
MessageQueue queue = mQueue;
if (queue == null) {
RuntimeException e = new RuntimeException(
this + " sendMessageAtTime() called with no mQueue");
Log.w("Looper", e.getMessage(), e);
return false;
}
return enqueueMessage(queue, msg, uptimeMillis);
}
public final boolean sendMessageAtFrontOfQueue(Message msg) {
MessageQueue queue = mQueue;
if (queue == null) {
RuntimeException e = new RuntimeException(
this + " sendMessageAtTime() called with no mQueue");
Log.w("Looper", e.getMessage(), e);
return false;
}
return enqueueMessage(queue, msg, 0);
}
其实调到最后也是一种而已，因为 post 类最后也是把参数转为Message，然后调用sendMessage()方法的，看源码由 getPostMessage(Runable)这个方法。
private static Message getPostMessage(Runnable r) {
Message m = Message.obtain();
m.callback = r;
return m;
}
而 sendMessageXXX()方法最后会调用 enqueueMessage 方法，所以我们重点看一下这个方法。
private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
msg.target = this;
if (mAsynchronous) {
msg.setAsynchronous(true);
}
return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}
可以看出 msg.target 是个 handler 类型的对象，把当前 handler 赋值给它。最后调用 queue.enqueueMessage 方法。quene 是一个MessageQueue 类型的对象。MessageQueue，顾名思义就是消息队列，我们通过 handler 发送的消息都会被放到这样的一个队列里面。我们继续看 enqueueMessage 的源码。
boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
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) {
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;
}
msg.markInUse();
msg.when = when;
Message p = mMessages;
boolean needWake;
// 如果这是第一个消息，或者这个消息需要马上执行，或者这个消息要比之前的消息先执行
if (p == null || when == 0 || when < p.when) {
// New head, wake up the event queue if blocked.
// 把这个消息放在最前面
msg.next = p;
mMessages = msg;
needWake = mBlocked;
} else {
// Inserted within the middle of the queue. Usually we don't have to wake
// up the event queue unless there is a barrier at the head of the queue
// and the message is the earliest asynchronous message in the queue.
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; // invariant: p == prev.next
prev.next = msg;
}
// We can assume mPtr != 0 because mQuitting is false.
if (needWake) {
nativeWake(mPtr);
}
}
return true;
}
前面做一些状态判断，不符合就抛出异常。后面把 mMessages 赋值给 p。前面我们说过，Message 其实是一个链表结构。这里后面的两个if - else 里面就是把发来的消息按延迟的时间排序。 if 里面的条件 (p == null || when == 0 || when < p.when)，如果这是第一个消息，或者这个消息需要马上执行，或者发来的消息要比队列里第一个消息先执行，那么把这个消息放在链表的第一个位置（原来是msg ，p，变成 msg —> p）。else 里面有一个循环，先把 p 的头部赋值给 prev ，然后 p.next 赋值给 p ，如果 p 为空或者当前消息比 p 先执行，那么就跳出循环。此时的 p 是执行时间比 msg 要晚,而prev 又比当前 msg 执行时间早。然后做一个链表的插入操作。插入前顺序为prev---->p，插入后顺序为 prev ----> msg ----> p。
发来的消息顺序也排好了，那么什么时候去处理消息呢？我们使用 handler 的时候一般会这样使用：
private Handler mHandler = new Handler() {
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
super.handleMessage(msg);
if (msg.what == 1) {
Toast.makeText(MainActivity.this, "刷新UI", Toast.LENGTH_SHORT).show();
}
}
};
重写 handlerMessage 方法，去实现自己的操作。那么什么时候调用的这个方法呢？从 handler 类中有一个dispatchMessage的方法。
/**
* Handle system messages here.
*/
public void dispatchMessage(Message msg) {
if (msg.callback != null) {
handleCallback(msg);
} else {
if (mCallback != null) {
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
}
}
handleMessage(msg);
}
}
这个方法里面最后调用了 handlerMessage 方法。又是谁调用这个方法呢？handler 类中并没有什么地方调用，一顿搜索之后，发现是 Looper 里面的 loop() 方法调用了该方法。但是我们平时使用handler 的时候并没有接触到这个类，是什么地方使用的呢？这里就要看 handler 的构造函数了。
public Handler() {
this(null, false);
}
public Handler(Callback callback) {
this(callback, false);
}
public Handler(Looper looper) {
this(looper, null, false);
}
public Handler(Looper looper, Callback callback) {
this(looper, callback, false);
}
public Handler(boolean async) {
this(null, async);
}
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;
}
public Handler(Looper looper, Callback callback, boolean async) {
mLooper = looper;
mQueue = looper.mQueue;
mCallback = callback;
mAsynchronous = async;
}
大概分为两类，参数传 looper 和不传 looper，最后都是得到一个 Looper 实例。不传 looper 的最后会调用 Looper.myLooper() 去得到一个 looper，同时也得到一个 MessageQueue 。如果 looper 为空就会抛出异常，看这个异常描述是不是很熟悉？如果你在子线程中直接创建一个 handler 就会抛这个异常。为什么在主线程中不会报异常呢？因为主线程启动的时候，系统已经帮我们调用了这个方法，所以就不会报错了。接下来我们看一下 Looper 的 loop() 方法。
/**
* Run the message queue in this thread. Be sure to call
* {@link #quit()} to end the loop.
*/
public static void loop() {
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.
Binder.clearCallingIdentity();
final long ident = Binder.clearCallingIdentity();
for (;;) {
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
final Printer logging = me.mLogging;
if (logging != null) {
logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " +
msg.callback + ": " + msg.what);
}
final long slowDispatchThresholdMs = me.mSlowDispatchThresholdMs;
final long traceTag = me.mTraceTag;
if (traceTag != 0 && Trace.isTagEnabled(traceTag)) {
Trace.traceBegin(traceTag, msg.target.getTraceName(msg));
}
final long start = (slowDispatchThresholdMs == 0) ? 0 : SystemClock.uptimeMillis();
final long end;
try {
msg.target.dispatchMessage(msg);
end = (slowDispatchThresholdMs == 0) ? 0 : SystemClock.uptimeMillis();
} finally {
if (traceTag != 0) {
Trace.traceEnd(traceTag);
}
}
if (slowDispatchThresholdMs > 0) {
final long time = end - start;
if (time > slowDispatchThresholdMs) {
Slog.w(TAG, "Dispatch took " + time + "ms on "
+ Thread.currentThread().getName() + ", h=" +
msg.target + " cb=" + msg.callback + " msg=" + msg.what);
}
}
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);
}
msg.recycleUnchecked();
}
}
先看注释：在当前线程运行消息队列，确保使用{@link #quit()} 结束循环。所以如果我们是在主线程中实例化 handler，那么这个消息队列就运行在主线程中了，那么用 handler.post() 就可以直接操作 UI了。
总结
总结一下：
- 在创建 handler 的时候，会在 handler 所在的线程中创建一个Looper 对象，同时Looper 也会创建一个 MessageQueue 对象。通过 Looper.loop() 开启一个死循环，从MessageQueue 中不断取出 Message，然后通过 handler 将消息分发传回handler所在的线程。
- MessageQueue 名字叫做消息队列，实质上是一个链表结构，传来的消息都按照执行时间进行了排序。
另外，关于 handler 还有很多需要我们注意的地方，具体内容参考下一篇，handler 消息机制需要注意的地方有哪些？