- 详解Android Handler 机制 （一）用法全解
- 详解Android Handler 机制 （二）源码解析
- 详解Android Handler 机制 （三）内存泄漏
在这里插入图片描述
ps：这是Handler系列的第二篇文章，让我来带大家分析一遍Android Handler机制的源码，因为技术有限，欢迎指正与补充
Handler简介
大家刚开始对于handler的认识就是切换线程更新UI，但如果你分析过Handler的源码之后，你会发现Handler机制对于整个APP的运行起到了至关重要的作用，而不只是简简单单的用于切换线程
基本用法
这个我在第一篇Handler机制中就已经很详细的说明了，大家可以去我的主页找到这一篇文章
源码分析
先来看一下Handler机制中涉及到的几个核心类：
| 类名 | 描述 |
|---|---|
| Message | 发送消息的实体，类中用几个字段，常用的有what、obj，用来存储信息 |
| MessageQueue | 是一种链表实现的队列的数据结构，用来管理Message，先进先出 |
| Looper | 通过无限循环来监控MessageQueue，每当有Message发送到队列时，从中取出Message来处理 |
| Handler | 处理消息 |
| ThreadLocal | 线程隔离的存储数据的类，可以在一个线程内存储数据 |
先对这几个类有一个大体的了解
消息入队机制
先从我们熟悉的，Handler.sengMessage(Message msg)方法看起：
public final boolean sendMessage(@NonNull Message msg) {
return sendMessageDelayed(msg, 0);
}
public final boolean sendMessageDelayed(@NonNull Message msg, long delayMillis) {
if (delayMillis < 0) {
delayMillis = 0;
}
return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis);
}
public boolean sendMessageAtTime(@NonNull 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);
}
上面三个方法的调用链依次为
sendMessage -> sendMessageAtTime -> sendMessageAtTime
看方法名知其意，这三个方法的作用就是发送消息，方法的参数delayMillis表示消息什么时候从消息队列中被取出，时间的单位是毫秒。
可以看到sendMessage内部调用了sendMessageDelayed方法
return sendMessageDelayed(msg, 0);
也是就是通过handleMessage这个方法发送的消息是立即被处理的，延迟时间为0。
最后调用的是
enqueueMessage(queue, msg, uptimeMillis);
这个方法的作用是将消息入队，这里就接触到了Handler机制中的第一个核心类：MessageQueue，这个方法的作用，正是将发送的Message入队到MessageQueue中。
private boolean enqueueMessage(@NonNull MessageQueue queue, @NonNull Message msg,
long uptimeMillis) {
msg.target = this; //注释1处，标重点
msg.workSourceUid = ThreadLocalWorkSource.getUid();
if (mAsynchronous) {
msg.setAsynchronous(true);
}
return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}
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;
if (p == null || when == 0 || when < p.when) {
// New head, wake up the event queue if blocked.
//注释2处
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;
}
注意注释一处
msg.target = this; //注释1处
这个this当然就是我们new的handler实例，也就是说Message持有的handler的引用。划重点，以后要考。
然后接着看enqueueMessage方法，这个方法的主要逻辑就是链表的入队操作，如果仔细看插入逻辑的话你会发现不是将新的msg插入队尾，而是插入队头
// New head, wake up the event queue if blocked.
//注释2处
msg.next = p;
mMessages = msg;
needWake = mBlocked;
注意mMessages这个成员变量，就是链表的表头，了解过数据结构的话就会知道，链表的表头就是一个链表，因为通过表头可以找到链表中的所有元素。
到这里，Handler机制中的消息入队的部分就分析完毕了。、
有没有发现忽略的一个非常重要的问题，刚才说将发送的消息入队，那这个messagequeue是从哪里获取到的？看一下我们写的代码，只有一个可能，那就是在new Handle()的时候：
public Handler(@Nullable Callback callback, boolean async) {
...
//注释1处
mLooper = Looper.myLooper();
if (mLooper == null) {
throw new RuntimeException(
"Can't create handler inside thread " + Thread.currentThread()
+ " that has not called Looper.prepare()");
}
//注释2处
mQueue = mLooper.mQueue;
mCallback = callback;
mAsynchronous = async;
}
这样就出现了Handler机制中的第二个核心类：Looper。这里的queue正是通过Looper拿到的，然后看一下Looper.myLooper();
public static @Nullable Looper myLooper() {
return sThreadLocal.get();
}
又出现了第三个核心类，ThreadLoal，这个类的作用就是存储线程范围的数据，也就是说，通过ThreadLocal拿到了当前线程的Looper，因为Handler是在主线程new出来的，所以这里拿到的是主线程的Looper，然后再通过Looper得到MessageQueue。在这里可以分析出来，一个线程只有一个Looper，而Looper中有一个MessageQueue，所以一个线程只有一个Looper和一个MessageQueue：
到这里消息入队部分差不多就结束了，还有一个问题是：Looper什么时候设置给主线程的？我们接着往下看
分析
整个流程分析到这里，仅仅是发送消息，将消息入队到MessageQueue。并没有看到有哪里去调用使用handler是要覆写的handleMessage方法。到底是哪里去调用的呢？
前面说到Looper这个类，其实就是通过looper无限循环来不断询问MessageQueue是否有新消息插入，如果有的话就取出消息并处理。那是从哪里去开启的无限循环呢？很容易就会想到应用程序的入口，ActivityThread的main函数（如果你了解过Activity的启动流程，实际上是通过Zygote进程，使用反射，来调用的这个main函数）
APP能一直运行不退出，其实就是因为Looper一直在不断循环。
循环机制
public static void main(String[] args) {
...
//注释1处
Looper.prepareMainLooper();
// Find the value for {@link #PROC_START_SEQ_IDENT} if provided on the command line.
// It will be in the format "seq=114"
long startSeq = 0;
if (args != null) {
for (int i = args.length - 1; i >= 0; --i) {
if (args[i] != null && args[i].startsWith(PROC_START_SEQ_IDENT)) {
startSeq = Long.parseLong(
args[i].substring(PROC_START_SEQ_IDENT.length()));
}
}
}
ActivityThread thread = new ActivityThread();
//注释2处
thread.attach(false, startSeq);
if (sMainThreadHandler == null) {
sMainThreadHandler = thread.getHandler();
}
if (false) {
Looper.myLooper().setMessageLogging(new
LogPrinter(Log.DEBUG, "ActivityThread"));
}
// End of event ActivityThreadMain.
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
//注释3处
Looper.loop();
//注释4处
throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
}
果不其然看到了熟悉的身影，先看注释1处
Looper.prepareMainLooper();
public static void prepareMainLooper() {
prepare(false);
synchronized (Looper.class) {
if (sMainLooper != null) {
throw new IllegalStateException("The main Looper has already been prepared.");
}
sMainLooper = myLooper();
}
}
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));
}
就是在这里，APP启动过程中，就已经给在主线程创建了Looper对象，然后将Looper对象设置给ThreadLocal。然后看一下Looper的构造方法
private Looper(boolean quitAllowed) {
mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
mThread = Thread.currentThread();
}
这里new出了messagequeue对象，刚才分析入队机制时，就是通过Looper来给Message赋值，正是因为Looper初始化时就已经new出了MessageQueue。
从这里可以看到Looper和messagequeue的关系：Looper包含messagequeue，messagequeue是looper对象的一个成员变量，一个线程只有一个messagequeue。
四个类的关系
分析到这里，已经可以找到四个类的关系了：
Looper ---->(引用) MessageQueue ---->(引用) Message ---> (引用)Handler
//后者都是前者的一个成员变量
//知道引用关系之后，你可以试着分析，使用Handler为什么会存在内存泄漏问题？
//第三篇，讲解内存泄漏时会回答这个问题
到这里prepareMainLooper()方法就分析完了，这个方法一共做了哪几件事呢？
- 创建Looper对象，存入ThreadLocal类中，线程独有
- 创建MessageQueue对象，MessagEqueue是Looper的一个成员变量，因此MessagEqueue也是线程独有
至此，主线程的looper和messageQueue对象创建完毕，那是哪里开启循环的呢，当然是下面的注释3处的loop方法
//注释3处
Looper.loop();
public static void loop() {
//这个方法之前介绍过，就是得到当前线程的looper对象
final Looper me = myLooper();
//如果在子线程创建过handler，而没有手动开启循环的话
//就会报这个异常，原因显而易见，你没有在当前线程调用
//looper.prepare()方法来创建当前线程的looper对象和messageQueue对象
if (me == null) {
throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
}
//得到当前线程的MessageQueue对象
final MessageQueue queue = me.mQueue;
.
.
.
//这里开启无限循环
for (;;) {
//从消息队列中拿到下一个Message
Message msg = queue.next(); // might block
if (msg == null) {
// No message indicates that the message queue is quitting.
return;
}
.
.
.
try {
//注释1处
//这里通过msg的target字段(眼熟吗)的dispatchMessage方法对msg进行处理
msg.target.dispatchMessage(msg);
if (observer != null) {
observer.messageDispatched(token, msg);
}
dispatchEnd = needEndTime ? SystemClock.uptimeMillis() : 0;
}
//将msg回收
//这个方法内部就是将msg的每个字段都设置为null或者默认值
//然后将这个msg放入缓存池
//其实缓存池的大小只有1
msg.recycleUnchecked();
}
}
至此，终于找到开启无限循环的地方，这个方法里面有几处很重要
- queue.next() ，得到messageQueue的下一个message。
- msg.target.dispatchMessage(msg); 将message交给handler处理。
其余的一些重要的地方我写有注释
Message的next()方法也很重要，虽然作用很简单，就是得到下一个消息链表中的消息，但是代码实现没有这么简单，这里我就不作分析，大家有兴趣可以自己下来看 ，我把代码贴出来，需要注意的一点是，当队列中没有消息时，next()方法会堵塞，而不是让for循环无休止的运行，消耗cpu资源。
@UnsupportedAppUsage
Message next() {
// Return here if the message loop has already quit and been disposed.
// This can happen if the application tries to restart a looper after quit
// which is not supported.
final long ptr = mPtr;
if (ptr == 0) {
return null;
}
int pendingIdleHandlerCount = -1; // -1 only during first iteration
int nextPollTimeoutMillis = 0;
for (;;) {
if (nextPollTimeoutMillis != 0) {
Binder.flushPendingCommands();
}
nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);
synchronized (this) {
// Try to retrieve the next message. Return if found.
final long now = SystemClock.uptimeMillis();
Message prevMsg = null;
Message msg = mMessages;
if (msg != null && msg.target == null) {
// Stalled by a barrier. Find the next asynchronous message in the queue.
do {
prevMsg = msg;
msg = msg.next;
} while (msg != null && !msg.isAsynchronous());
}
if (msg != null) {
if (now < msg.when) {
// Next message is not ready. Set a timeout to wake up when it is ready.
nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE);
} else {
// Got a message.
mBlocked = false;
if (prevMsg != null) {
prevMsg.next = msg.next;
} else {
mMessages = msg.next;
}
msg.next = null;
if (DEBUG) Log.v(TAG, "Returning message: " + msg);
msg.markInUse();
return msg;
}
} else {
// No more messages.
nextPollTimeoutMillis = -1;
}
// Process the quit message now that all pending messages have been handled.
if (mQuitting) {
dispose();
return null;
}
// If first time idle, then get the number of idlers to run.
// Idle handles only run if the queue is empty or if the first message
// in the queue (possibly a barrier) is due to be handled in the future.
if (pendingIdleHandlerCount < 0
&& (mMessages == null || now < mMessages.when)) {
pendingIdleHandlerCount = mIdleHandlers.size();
}
if (pendingIdleHandlerCount <= 0) {
// No idle handlers to run. Loop and wait some more.
mBlocked = true;
continue;
}
if (mPendingIdleHandlers == null) {
mPendingIdleHandlers = new IdleHandler[Math.max(pendingIdleHandlerCount, 4)];
}
mPendingIdleHandlers = mIdleHandlers.toArray(mPendingIdleHandlers);
}
// Run the idle handlers.
// We only ever reach this code block during the first iteration.
for (int i = 0; i < pendingIdleHandlerCount; i++) {
final IdleHandler idler = mPendingIdleHandlers[i];
mPendingIdleHandlers[i] = null; // release the reference to the handler
boolean keep = false;
try {
keep = idler.queueIdle();
} catch (Throwable t) {
Log.wtf(TAG, "IdleHandler threw exception", t);
}
if (!keep) {
synchronized (this) {
mIdleHandlers.remove(idler);
}
}
}
// Reset the idle handler count to 0 so we do not run them again.
pendingIdleHandlerCount = 0;
// While calling an idle handler, a new message could have been delivered
// so go back and look again for a pending message without waiting.
nextPollTimeoutMillis = 0;
}
}
消息处理机制
终于分析到消息处理了，在这个方法里可以看到handleMessage(msg);这个方法了，也就是我们使用Handler时复写的那个方法。
现在我们来看一下dispatchMessage这个方法
//注释1处
//这里通过msg的target字段(眼熟吗)的dispatchMessage方法对msg进行处理
msg.target.dispatchMessage(msg);
public void dispatchMessage(@NonNull Message msg) {
if (msg.callback != null) {
//第一种
handleCallback(msg);
} else {
if (mCallback != null) {
//第二种
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
}
}
//第三种
handleMessage(msg);
}
}
这就是我在Handler系列文章中第一篇重点分析的一个方法，处理消息的逻辑。
收尾
最后看main函数的注释4处
//注释4处
throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
这里抛出了异常，也就是说程序不应该运行到这里。为什么呢？想想很简单呀，已经在上面的loop方法内开启循环了，程序自然就不会运行到这里了，如果运行到这里就说明出问题了，自然要报异常。
思考
Handler机制差不多就分析完了，我分析完之后脑子里是有一个很大的疑问的，既然是靠主线程中的loop方法无限循环来维持app的运行，那为什么Android还能响应点击事件呢？不是所有逻辑都应该堵塞在循环那里了吗？
答案其实很简单，点击事件、启动Activity等等都是将各个系统事件打包成一个Message，发送到MessageQueue中，然后在loop循环内收到这条消息，去做相应的操作。具体深入还要涉及到进程间的通信，这里就不展开讲了
既然都看完了，大家点个赞再走呀