Android源码解析--享元设计模式,handler消息传递机制(基于Android API 33 SDK分析)

文章目录

  • Android源码解析--享元设计模式,handler消息传递机制(基于Android API 33 SDK分析)
    • 一. 定义
      • 1.1 享元模式Demo
    • 二. Android中源码实例分析Message
    • 三. Message的关联者Handler
    • 四. Android 的消息机制
    • 五. 子线程中创建Handler抛出异常

Android源码解析–享元设计模式,handler消息传递机制(基于Android API 33 SDK分析)

一. 定义

使用共享对象可有效地支持大量的细粒度的对象

核心:对象复用。

1.1 享元模式Demo

火车票购票Demo

//火车票
public class Ticket {
    private String from;
    private String to;

    public Ticket(String from, String to) {
        this.from = from;
        this.to = to;
    }

    public int getPrice() {
        return new Random().nextInt(100) + 20;
    }
}

缓存对象在一个Map中。下面我们还会分析

//火车票查询工厂
public class TicketFactory {
    public static Map<String, Ticket> sTicketMap = new HashMap<>();

    public static Ticket getTicket(String from, String to) {
        String key = from + "-" + to + "";
        Ticket ticket = sTicketMap.get(key);
        if (ticket != null) {
            return ticket;
        }
        ticket = new Ticket(from, to);
        sTicketMap.put(key, ticket);
        return ticket;
    }
}

二. Android中源码实例分析Message

用法

val obtain = Message.obtain()

跟进去

    /**
     * Return a new Message instance from the global pool. Allows us to
     * avoid allocating new objects in many cases.
     */
    public static Message obtain() {
        //防止多线程并发
        synchronized (sPoolSync) {
            //从线程池取对象
            if (sPool != null) {
                //链表取出每个Message对象
                Message m = sPool;
                sPool = m.next;
                m.next = null;
                m.flags = 0; // clear in-use flag
                sPoolSize--;
                return m;
            }
        }
        return new Message();
    }

这就是最明显的一个享元设计模式。

三. Message的关联者Handler

Android 开发一个知识点:UI 不能够在子线程中更新。

class DebugActivity : AppCompatActivity() {
    private val TAG = javaClass.simpleName
    private var handler: Handler = Handler(Looper.getMainLooper())
    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView(R.layout.activity_main)
    }
    fun doSomething(){
        thread {
            //耗时操作,得到结果,不能在这个线程更新 UI
            // Handler 将结果传递到主线程中,更新UI
            handler.post {
                //更新UI
            }
        }
    }
}

我们跟进post函数

 public final boolean post(@NonNull Runnable r) {
    
       return  sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);
 }
 private static Message getPostMessage(Runnable r) {
        Message m = Message.obtain();
        m.callback = r;
        return m;
  } 

Handler 传递了一个 Runnable给UI线程,装到一个 Message 对象中。

跟进sendMessageDelayed函数

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) {
     //当前 Handler 所在的消息队列
        MessageQueue queue = mQueue;
        if (queue == null) {
            RuntimeException e = new RuntimeException(
                    this + " sendMessageAtTime() called with no mQueue");
            Log.w("Looper", e.getMessage(), e);
            return false;
        }
     //将消息添加到消息队列中
        return enqueueMessage(queue, msg, uptimeMillis);
 }

sendMessageDelayed 函数调用了 sendMessageAtTime函数,不手动传递 Looper 那么 Handler 持有的 Looper 就是当前线程的 Looper,也就是说在哪个线程创建的 Handler,就是哪个线程的 Looper。

在 getPostMessage 中的 Message 对象是Message.obtain()函数

 Message m = Message.obtain();

分析下这段代码,

    /**
     * Return a new Message instance from the global pool. Allows us to
     * avoid allocating new objects in many cases.
     */
    public static Message obtain() {
        //防止多线程并发
        synchronized (sPoolSync) {
            //从线程池取对象
            if (sPool != null) {
                //链表取出每个Message对象
                Message m = sPool;
                sPool = m.next;
                m.next = null;
                m.flags = 0; // clear in-use flag
                sPoolSize--;
                return m;
            }
        }
        return new Message();
    }

Message消息池没有使用 map 这样的容器,使用的是链表。

在这里插入图片描述

如何放到这个消息池里面呢?

我们看

Message 对象回收到消息池中

public void recycle() {
    //该消息还在使用
        if (isInUse()) {
            if (gCheckRecycle) {
                throw new IllegalStateException("This message cannot be recycled because it "
                        + "is still in use.");
            }
            return;
        }
    //消息添加到消息池中
        recycleUnchecked();
    }

跟进recycleUnchecked()

 void recycleUnchecked() {
        // Mark the message as in use while it remains in the recycled object pool.
        // Clear out all other details.
     //清空消息状态
     flags = FLAG_IN_USE;
        what = 0;
        arg1 = 0;
        arg2 = 0;
        obj = null;
        replyTo = null;
        sendingUid = UID_NONE;
        workSourceUid = UID_NONE;
        when = 0;
        target = null;
        callback = null;
        data = null;
		//回收消息到消息池中
        synchronized (sPoolSync) {
            if (sPoolSize < MAX_POOL_SIZE) {
                next = sPool;
                sPool = this;
                sPoolSize++;
            }
        }
    }

这里用链表当作了一个缓存池,存消息对象。每生成一条消息就会加入到链表在。

四. Android 的消息机制

Android应用程序的入口实际上是ActivityThread,跟进去

public static void main(String[] args) {
        ......
		//创建Looper,UI线程的消息队列
        Looper.prepareMainLooper();
		......
    	//启动应用程序
        ActivityThread thread = new ActivityThread();
        thread.attach(false, startSeq);
		//循环消息
        Looper.loop();

        throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
    }

Looper 从消息队列中取消息,处理消息。Handler不断地往消息队列中添加消息,消息不断地被处理。

那么Handler是如何关联消息队列

Handler 的构造函数

public Handler(@Nullable Callback callback, boolean async) {
      ......
        mLooper = Looper.myLooper();//获取 Looper
 	 ......
        mQueue = mLooper.mQueue;//获取消息队列
        mCallback = callback;
        mAsynchronous = async;
    }

Handler 通过myLooper()来获取 Looper 对象,

跟进myLooper()

public static @Nullable Looper myLooper() {
    //myLooper通过sThreadLocal.get()获取
        return sThreadLocal.get();
    }

Looper对象存储在sThreadLocal中的,

	@Deprecated
    public static void prepareMainLooper() {
        prepare(false);
        synchronized (Looper.class) {
            if (sMainLooper != null) {
                throw new IllegalStateException("The main Looper has already been prepared.");
            }
            sMainLooper = myLooper();
        }
    }
//prepare()方法中创建了一个 Looper 对象
	private static void prepare(boolean quitAllowed) {
        if (sThreadLocal.get() != null) {
            throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
        }
        //将该对象设置给了sThreadLocal,这样线程和队列就关联上了
        sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));
    }

Handler和线程、线程的消息队列关联,Handler 发送的消息就会被执行在这个线程上。

调用 Looper 的 loop 函数,不断地从消息队列中取出、处理消息

 public static void loop() {
      ......
          //死循环
        for (;;) {
            //取消息
            if (!loopOnce(me, ident, thresholdOverride)) {
                return;
            }
        }
    }

跟进loopOnce

private static boolean loopOnce(final Looper me,
            final long ident, final int thresholdOverride) {
    //获取消息 (might block )
        Message msg = me.mQueue.next(); // might block
       ......
        try {
            //处理消息
            msg.target.dispatchMessage(msg);
            if (observer != null) {
                observer.messageDispatched(token, msg);
            }
            dispatchEnd = needEndTime ? SystemClock.uptimeMillis() : 0;
        } 
    	......
            //回收消息,也就是我们分析享元模式时提到的将 Message 添加到消息池的操作
        msg.recycleUnchecked();

        return true;
    }

看看next()核心代码

Message next() {
       		......
			//native层的事件
            nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);
				......
                if (msg != null) {
                    //消息延迟,
                    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;
                }

              ......
        }
    }

next 函数从消息队列中依次取出消息,如果这个消息到了执行时间,那么就将这条消息返回给 Looper,队列链表的指针后移。

五. 子线程中创建Handler抛出异常

class DebugActivity : AppCompatActivity() {
    private val TAG = javaClass.simpleName
    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView(R.layout.activity_main)
        thread {
            val handler = Handler()
        }
    }
 
}

Android源码解析--享元设计模式,handler消息传递机制(基于Android API 33 SDK分析)_第1张图片

分析:Looper 对象是 ThreadLocal,每个线程都有自己的Looper,要在子线程中创建 Handler 对象时,如果 Looper 为空,那么就会抛出异常。跟进Handler的构造方法看看

public Handler(@Nullable Callback callback, boolean async) {
        ......
        //获取looper
        mLooper = Looper.myLooper();
        if (mLooper == null) {
            //抛出异常
            throw new RuntimeException(
                "Can't create handler inside thread " + Thread.currentThread()
                        + " that has not called Looper.prepare()");
        }
     ......
    }

mLooper 对象为空,抛出异常。该线程中的Looper 对象还没有创建,在子线程中没有手动调用 Looper.prepare之前该线程的 Looper为空,解决方法就是在构造 Handler 之前为当前线程设置 Looper 对象。

class DebugActivity : AppCompatActivity() {
    private val TAG = javaClass.simpleName
    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView(R.layout.activity_main)
        thread {
            //绑定到 ThreadLocal中
            Looper.prepare()
            val handler = Handler()
            //启动消息循环
            Looper.loop()
        }
    }

}

这样子线程的Looper对象就不会为null了,有了自己的消息队列。

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