很多同学如果只看过博客的解析,可能没有完全了解到整个Handler机制中的实现,我们了解Handler不能浮于表面,在面试的过程中,发现很多同学并没有从根本上了解这一机制,此篇文章我们去好好捋一捋,重新认识一下他的实现。
我们写过JAVA知道,他总是由一个 public static void main(String[] args)方法开始的,同样我们通过zygote fork的进程也是由此法开始。按照进程的规则,会伴随一个主线程的创建,而我们在main方法里执行的就是主线程的方法。
public static void main(String[] args) {
Looper.prepareMainLooper();
ActivityThread thread = new ActivityThread();
thread.attach(false);
if (sMainThreadHandler == null) {
sMainThreadHandler = thread.getHandler();
}
Looper.loop();
}
其中涉及到Looper.prepareMainLooper()和Looper.loop()两个方法,我们看看啊这个looper在干什么,首先看prepare。
public static void prepare() {
prepare(true);
}
private static void prepare(boolean quitAllowed) {
if (sThreadLocal.get() != null) {
throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
}
sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));
}
public static void prepareMainLooper() {
prepare(false);
synchronized (Looper.class) {
if (sMainLooper != null) {
throw new IllegalStateException("The main Looper has already been prepared.");
}
sMainLooper = myLooper();
}
}
public static @Nullable Looper myLooper() {
return sThreadLocal.get();
}
prepareMainLooper()分了两步行为,一个是调用prepare方法,实际上及时new 一个Looper对象,并设置到线程的ThreadLocal里。第二步则是设置静态变量sMainLooper为刚才创建的Looper,目的则是可让其他线程也可以调用到sMainLooper,这样我们其实就能看到为啥可以通过looper来切换线程了。下面我们看重要的loop实现:
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;
for (;;) { // 代码一
Message msg = queue.next(); // 代码二
final long start = (slowDispatchThresholdMs == 0) ? 0 : SystemClock.uptimeMillis();
final long end;
try {
msg.target.dispatchMessage(msg); // 代码三
end = (slowDispatchThresholdMs == 0) ? 0 : SystemClock.uptimeMillis();
} finally {
if (traceTag != 0) {
Trace.traceEnd(traceTag);
}
}
if (slowDispatchThresholdMs > 0) {
final long time = end - start;
}
msg.recycleUnchecked();
}
}
可以看到代码一处开了一个死循环,代码二处是从MessageQueue中取一个message。代码三处则是调用message中的target进行处理。这里引出了两个重要的组件:MessageQueue、Message。
我们一般使用Handler的时候,都会执行两种方法(极其衍生)。一种是
public final boolean post(Runnable r)
{
return sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);
}
一种是
public final boolean sendMessage(Message msg)
{
return sendMessageDelayed(msg, 0);
}
那实际上,我们看到他们都会执行到sendMessageDelayed方法。其中一个getPostMessage实现从字面上可以知道就是包装Runnable到一个message里面:
private static Message getPostMessage(Runnable r) {
Message m = Message.obtain();
m.callback = r;
return m;
}
也就是Runnable成为了Message的成员变量callback。OK,我们接下来看sendMessageDelayed方法:
public final boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis)
{
if (delayMillis < 0) {
delayMillis = 0;
}
return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis); // 代码一
}
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); // 代码二
}
代码一处看到sendMessageDelayed实际也会走入到sendMessageAtTime,那他的时间怎么计算的呢SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis,其中**SystemClock.uptimeMillis()表示系统真实开机到现在运行的时间,这个跟客观存在的物理时间System.currentTimeMillis()**存在区别,需要注意。
代码二处我们同样看到与MessageQueue有关的调用,也就是
enqueueMessage(queue, msg, uptimeMillis):
private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
msg.target = this;
if (mAsynchronous) {
msg.setAsynchronous(true);
}
return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}
也就是调用的MessageQueue的enqueueMessage逻辑。首先将Handler作为target设置到Message里面,并且根据当前Handler属性设置其是不是支持异步的,如果是则将Message默认都设置为异步的,即msg.setAsynchronous。
前两节,我们不管是研究发送Message还是Looper处理Message,我们都走到MessageQueue的逻辑里,我们首先看Handler发送的Message如何处理的吧。
boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
synchronized (this) {
if (mQuitting) { // 代码一
msg.recycle();
return false;
}
msg.when = when; // 代码二
Message p = mMessages;
boolean needWake;
if (p == null || when == 0 || when < p.when) { // 代码三
msg.next = p;
mMessages = msg;
needWake = mBlocked;
} else { // 代码四
needWake = mBlocked && p.target == null && msg.isAsynchronous(); // 实现一:如果发现当前队头元素是个barrier(target = null的msg),并且当前消息是异步的,才唤醒。
Message prev;
for (;;) {
prev = p;
p = p.next;
if (p == null || when < p.when) {
break;
}
if (needWake && p.isAsynchronous()) { // 实现二:如果当前对重有异步消息,则表示不用唤醒,主要是为了规避实现一处的部分场景(头部是barrier,但是有异步消息在执行)。
needWake = false;
}
}
msg.next = p; // invariant: p == prev.next
prev.next = msg;
}
if (needWake) { // 代码五
nativeWake(mPtr);
}
}
return true;
}
代码做了截取,其中包含一些打是否使用标记的逻辑被删掉。我们看代码一的实现,表示判断当前MessageQueue是否退出,如果已经退出,则直接不处理Message,MessageQueue的退出则完全由Looper里面方法调用实现,我们也只有有相应接口,这里不再讨论:
public void quit() {
this.mQueue.quit(false);
}
public void quitSafely() {
this.mQueue.quit(true);
}
代码二,设置Message的处理时间,也就是设置到Message.when中,由此可以when这个变量是不对外开放设置的。
代码三,如果当前没有预处理的msg(mMessages表示一个链表的头元素,头元素就表示首个要被处理的元素),或者处理时间when是先于预处理的msg的,则将当前的Msg作为首个处理,并且如果原来线程在休眠,则设置needWake = mBlocked,后面会根据needWake唤醒线程。
代码四:遍历链表(这里链表实现就是一个队列),找到一个Msg的when时间大于当前Msg的when的,并将其插入。由于这种消息插入的时候,一般都有Msg在处理,所以默认情况下不用唤醒线程,除非存在异步消息
(并且当前线程由于barrier被休眠了),这个我们最后再讲。有两处实现不好理解,可以参见代码中标注。
代码五:如果线程需要唤醒了,也就是needWake为true,则唤醒线程。
以上提到的线程就是Looper所在的线程。
我们再看一下next()方法:
Message next() {
final long ptr = mPtr;
if (ptr == 0) {
return null;
}
int pendingIdleHandlerCount = -1;
int nextPollTimeoutMillis = 0;
for (;;) {
if (nextPollTimeoutMillis != 0) {
Binder.flushPendingCommands();
}
nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);
synchronized (this) {
final long now = SystemClock.uptimeMillis();
Message prevMsg = null;
Message msg = mMessages;
// 代码一
if (msg != null && msg.target == null) {
do {
prevMsg = msg;
msg = msg.next;
} while (msg != null && !msg.isAsynchronous());
}
// 代码二
if (msg != null) {
if (now < msg.when) {
nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE);
} else {
mBlocked = false;
if (prevMsg != null) {
prevMsg.next = msg.next;
} else {
mMessages = msg.next;
}
msg.next = null;
msg.markInUse();
return msg;
}
} else {
nextPollTimeoutMillis = -1;
}
if (mQuitting) {
dispose();
return null;
}
if (pendingIdleHandlerCount < 0
&& (mMessages == null || now < mMessages.when)) {
pendingIdleHandlerCount = mIdleHandlers.size();
}
if (pendingIdleHandlerCount <= 0) {
mBlocked = true;
continue;
}
if (mPendingIdleHandlers == null) {
mPendingIdleHandlers = new IdleHandler[Math.max(pendingIdleHandlerCount, 4)];
}
mPendingIdleHandlers = mIdleHandlers.toArray(mPendingIdleHandlers);
}
for (int i = 0; i < pendingIdleHandlerCount; i++) {
final IdleHandler idler = mPendingIdleHandlers[i];
mPendingIdleHandlers[i] = null;
boolean keep = false;
try {
keep = idler.queueIdle();
} catch (Throwable t) {
Log.wtf(TAG, "IdleHandler threw exception", t);
}
if (!keep) {
synchronized (this) {
mIdleHandlers.remove(idler);
}
}
}
nextPollTimeoutMillis = 0;
}
}
代码一,如果发现当前msg为barrier(msg.target == null),则找到第一个异步的消息,也就是异步的队头msg。其中不改变barrier的队列结构,barrier在mMessages也在prevMsg中表示,所以如果有barrier,只有异步消息能进入到下一步处理,不然就会设置nextPollTimeoutMillis为-1,这就会进入到无限的休眠,等待唤醒。
代码二,为实现主体,如果发现当前时间小于msg.when,也就是还没到当前最先要执行msg的时间。此时设置nextPollTimeoutMillis为msg.when-now的时间差,这个用来干嘛的,我们可以回到循环的一开始的代码:
for (;;) {
if (nextPollTimeoutMillis != 0) {
Binder.flushPendingCommands();
}
nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);
这个nativePollOnce就是表示让线程休眠nextPollTimeoutMillis时间,目的很简单,因为队头元素还没到时间,那就将线程休眠。这就跟我们前面加入msg的逻辑对应上了。
如果发现当前已经到了msg.when的时间呢?首先置标志位mBlocked = false。然后将本msg从队列中移除,由于还有不处理的prevMsg(也就是barrier),所以,需要把当前msg设置为prevMsg.next:
if (prevMsg != null) {
prevMsg.next = msg.next;
}
当然如果没有不处理的prevMsg,就是将队头直接设置为msg.next:
mMessages = msg.next;
然后直接返回当前msg,给上层处理。我们再回到第二节中讲到的
msg.target.dispatchMessage(msg)。就可以发现,target其实就是handler,那就相当于执行了handler.dispatchMessage(msg)方法。这个代码我们再看一下实现:
public void dispatchMessage(Message msg) {
if (msg.callback != null) {
handleCallback(msg);
} else {
if (mCallback != null) {
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
}
}
handleMessage(msg);
}
}
private static void handleCallback(Message message) {
message.callback.run();
}
msg.callback是什么,我们上面提到,其实就是post的Runnable。
mCallback是什么,这其实我们在构造handler的时候,可以设置一个默认的callback:
public Handler(Looper looper, Callback callback, boolean async) {
mLooper = looper;
mQueue = looper.mQueue;
mCallback = callback;
mAsynchronous = async;
}
最后handleMessage(msg),就是我们很熟悉的,经常去复写用于处理msg的方法了。
所以这三个结构,是这样一步一步的下来,需要记清。
这个接口hide的,不是上层的api接口,但是系统很多知识都有涉及,我们看一下实现:
public int postSyncBarrier() {
return postSyncBarrier(SystemClock.uptimeMillis());
}
private int postSyncBarrier(long when) {
synchronized (this) {
// 代码一
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) {
// 代码二
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;
}
}
代码一,就是包装msg,可以看到没有包装msg.target。
代码二,根据when时间,找到mMessages队列中,barrier所在的位置,与前面类似。
从前面我们也看到,异步消息,只是用来和barrier配合使用的,barrier就是用来封堵同步消息的,可以在有barrier的时候,不执行msg。
由于Looper会设置为线程的唯一的ThreadLocal,所以每个线程只能创建一个,MessageQueue则跟随Looper一起创建,所以也是唯一的。那Handler是我们使用的时候才创建,理论上我们可以生成多个。那多个Handler同时使用一个Looper,会造成消息混乱吗?当然不会,因为实现的机制里,我们发现每个msg都会把发送其的handler放到msg.target中,而处理时同样还是取出了msg.target,然后调用了其dispatchMessage方法。所以Handler可以整个过程,保持着谁发送,谁处理的原则。我们简单看一个removeMessage的实现:
Handler的removeMessage方法:
public final void removeMessages(int what) {
mQueue.removeMessages(this, what, null);
}
调用到对应的MessageQueue的removeMessages方法:
void removeMessages(Handler h, int what, Object object) {
if (h == null) {
return;
}
synchronized (this) {
Message p = mMessages;
// 代码一
while (p != null && p.target == h && p.what == what
&& (object == null || p.obj == object)) {
Message n = p.next;
mMessages = n;
p.recycleUnchecked();
p = n;
}
// 代码二
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;
}
}
}
代码一,找到队列中,所有同时满足handler一样(p.target == h),msg.what一样(p.what == what)、obj一样的(object == null || p.obj == object)。直到不满足的为止。
代码二,以此为队列头,往后再次搜索满足条件的msg,并进行移除。这个记录队头的目的,是因为要重新构建队列。