15分钟彻底掌握Handler

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目录

15分钟彻底掌握Handler

从 new Handler() 开始

Looper 介绍

 Looper初始化

Looper 负责做什么事情

Handler 的 sendMessage 方法

 Handler 的 enqueueMessage 方法

Handler 的 post(Runnable) 与 sendMessage 有什么区别

Looper.loop() 为什么不会阻塞主线程

Handler 的 sendMessageDelayed 或者 postDelayed 是如何实现的

总结

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我们一起分析 Android Handler 的源码。

Handler 现在几乎是 Android 面试的必问知识点了，大多数 Android 工程师都在项目中使用过 Handler。主要场景是子线程完成耗时操作的过程中，通过 Handler 向主线程发送消息 Message，用来刷新 UI 界面。这节课我们来了解 Handler 的发送消息和处理消息的源码实现。

分析源码的时候最好是找到一个合适的切入点，Handler 源码的一个切入点就是它的默认构造器。

从 new Handler() 开始

在无参构造器里调用了重载的构造方法并分别传入 null 和 false。并且在构造方法中给两个全局变量赋值：mLooper 和 mQueue。

这两者都是通过 Looper 来获取，具体代码如下：

 

可以看出，myLooper 通过一个线程本地变量中的存根，然后 mQueue 是 Looper 中的一个全局变量，类型是 MessageQueue 类型。

接下来的分析重点就是这个 Looper 是什么？以及何时被初始化？

Looper 介绍

不知你有没有思考过一个问题，启动一个 Java 程序的入口函数是 main 方法，但是当 main 函数执行完毕之后此程序停止运行，也就是进程会自动终止。但是当我们打开一个 Activity 之后，只要我们不按下返回键 Activity 会一直显示在屏幕上，也就是 Activity 所在进程会一直处于运行状态。实际上 Looper 内部维护一个无限循环，保证 App 进程持续进行。

 Looper初始化

Activity 启动过程时，ActivityThread 的 main 方法是一个新的 App 进程的入口，其具体实现如下：

解释说明：

图中 1 处就是初始化当前进程的 Looper 对象；
图中 2 处调用 Looper 的 loop 方法开启无限循环。
prepareMainLooper 方法如下

 

这里我没有省略任何一行代码，因为此处的代码很精简但是每一行又都有意义。

图中 1 处在 prepareMainLooper 中调用 prepare 方法创建 Looper 对象，仔细查看发现其实就是 new 出一个 Looper。核心之处在于将 new 出的 Looper 设置到了线程本地变量 sThreadLocal 中。也就是说创建的 Looper 与当前线程发生了绑定。

Looper 的构造方法如下：

 

可以看出，在构造方法中初始化了消息队列 MessageQueue 对象。

prepare 方法执行完之后，会在图中 3 处调用 myLooper() 方法，从 sThreadLocal 中取出 Looper 对象并赋值给 sMainLooper 变量。

 

注意：

图中 2 处在创建 Looper 对象之前，会判断 sThreaLocal 中是否已经绑定过 Looper 对象，如果是则抛出异常。这行代码的目的是确保在一个线程中 Looper.prepare() 方法只能被调用 1 次。比如以下代码：

 

执行上述代码程序会秒崩，打印日志如下：

 

注意：

不是说调用 2 次 prepare 才会抛异常吗？为什么 MainActivity 中只调用了 1 遍就导致程序崩溃？ 这是因为在 MainActivity 所在进程被创建时，Looper 的 prepare 方法已经在 main 方法中调用了 1 遍。这会直接导致一个非常重要的结果：

prepare 方法在一个线程中只能被调用 1 次；
Looper 的构造方法在一个线程中只能被调用 1 次；
最终导致 MessageQueue 在一个线程中只会被初始化 1 次。
也就是说 UI 线程中只会存在 1 个 MessageQueue 对象，后续我们通过 Handler 发送的消息都会被发送到这个 MessageQueue 中。

Looper 负责做什么事情

用一句话总结 Looper 做的事情就是：不断从 MessageQueue 中取出 Message，然后处理 Message 中指定的任务。

在 ActivityThread 的 main 方法中，除了调用 Looper.prepareMainLooper 初始化 Looper 对象之外，还调用了 Looper.loop 方法开启无限循环，Looper 的主要功能就是在这个循环中完成的。

 

很显然，loop 方法中执行了一个死循环，这也是一个 Android App 进程能够持续运行的原因。

图中 1 处不断地调用 MessageQueue 的 next 方法取出 Message。如果 message 不为 null 则调用图中 2 处进行后续处理。具体就是从 Message 中取出 target 对象，然后调用其 dispatchMessage 方法处理 Message 自身。那这个 target 是谁呢？查看 Message.java 源码可以看出 target 就是 Handler 对象，如下所示：

 

Handler 的 dispatchMessage 方法如下：

 

可以看出，在 dispatchMessage 方法中会调用一个空方法 handleMessage，而这个方法也正是我们创建 Handler 时需要覆盖的方法。那么 Handler 是何时将其设置为一个 Message 的 target 的呢？

Handler 的 sendMessage 方法

Handler 有几个重载的 sendMessage 方法，但是基本都大同小异。我用最普通的 sendMessage 方法来分析，代码具体如下：

可以看出，经过几层调用之后，sendMessage 最终会调用 enqueueMessage 方法将 Message 插入到消息队列 MessageQueue 中。而这个消息队列就是我们刚才分析的在 ActivityThread 的 main 方法中通过 Looper 创建的 MessageQueue。

 Handler 的 enqueueMessage 方法

可以看出：

在图中 1 处 enqueueMessage 方法中，将 Handler 自身设置为 Message的target 对象。因此后续 Message 会调用此 Handler 的 dispatchMessage 来处理；
图中 2 处会判断如果 Message 中的 target 没有被设置，则直接抛出异常；
图中 3 处会按照 Message 的时间 when 来有序得插入 MessageQueue 中，可以看出 MessageQueue 实际上是一个有序队列，只不过是按照 Message 的执行时间来排序。
至此 Handler 的发送消息和消息处理流程已经介绍完毕，接下来看几个面试中经常被问到的与 Handler 相关的题目。

Handler 的 post(Runnable) 与 sendMessage 有什么区别

看一下 post(Runnable) 的源码实现如下：

 

实际上 post(Runnable) 会将 Runnable 赋值到 Message 的 callback 变量中，那么这个 Runnable 是在什么地方被执行的呢？Looper 从 MessageQueue 中取出 Message 之后，会调用 dispatchMessage 方法进行处理，再看下其实现：

 

可以看出，dispatchMessage 分两种情况：

如果 Message 的 Callback 不为 null，一般为通过 post(Runnabl) 方式，会直接执行 Runnable 的 run 方法。因此这里的 Runnable 实际上就是一个回调接口，跟线程 Thread 没有任何关系。
如果 Message 的 Callback 为 null，这种一般为 sendMessage 的方式，则会调用 Handler 的 hanlerMessage 方法进行处理。

Looper.loop() 为什么不会阻塞主线程

刚才我们了解了，Looper 中的 loop 方法实际上是一个死循环。但是我们的 UI 线程却并没有被阻塞，反而还能够进行各种手势操作，这是为什么呢？在 MessageQueue 的 next 方法中，有如下一段代码：

nativePollOnce 方法是一个 native 方法，当调用此 native 方法时，主线程会释放 CPU 资源进入休眠状态，直到下条消息到达或者有事务发生，通过往 pipe 管道写端写入数据来唤醒主线程工作，这里采用的 epoll 机制。关于 nativePollOnce 的详细分析可以参考：nativePollOnce函数分析。

Handler 的 sendMessageDelayed 或者 postDelayed 是如何实现的

之前我已经介绍过，在向 MessageQueue 队列中插入 Message 时，会根据 Message 的执行时间排序。而消息的延时处理的核心实现是在获取 Message 的阶段，接下来看下 MessageQueue 的 next 方法。

 

图中蓝框处表示从 MessageQueue 中取出一个 Message，但是当前的系统时间小于 Message.when，因此会计算一个 timeout，目的是实现在 timeout 时间段后再将 UI 线程唤醒，因此后续处理 Message 的代码只会在 timeout 时间之后才会被 CPU 执行。

注意：在上述代码中也能看出，如果当前系统时间大于或等于 Message.when，那么会返回 Message 给 Looper.loop()。但是这个逻辑只能保证在 when 之前消息不被处理，不能够保证一定在 when 时被处理。

总结

应用启动是从 ActivityThread 的 main 开始的，先是执行了 Looper.prepare()，该方法先是 new 了一个 Looper 对象，在私有的构造方法中又创建了 MessageQueue 作为此 Looper 对象的成员变量，Looper 对象通过 ThreadLocal 绑定 MainThread 中；
当我们创建 Handler 子类对象时，在构造方法中通过 ThreadLocal 获取绑定的 Looper 对象，并获取此 Looper 对象的成员变量 MessageQueue 作为该 Handler 对象的成员变量；
在子线程中调用上一步创建的 Handler 子类对象的 sendMesage(msg) 方法时，在该方法中将 msg 的 target 属性设置为自己本身，同时调用成员变量 MessageQueue 对象的 enqueueMessag() 方法将 msg 放入 MessageQueue 中；
主线程创建好之后，会执行 Looper.loop() 方法，该方法中获取与线程绑定的 Looper 对象，继而获取该 Looper 对象的成员变量 MessageQueue 对象，并开启一个会阻塞（不占用资源）的死循环，只要 MessageQueue 中有 msg，就会获取该 msg，并执行 msg.target.dispatchMessage(msg) 方法（msg.target 即上一步引用的 handler 对象），此方法中调用了我们第二步创建 handler 子类对象时覆写的 handleMessage() 方法。