从架构师的角度分析Android(安卓)Handler 源码的正确姿势
16lz
2021-01-26
Handler的原理是什么?能深入分析下 Handler的实现机制吗？
面试官问该问题是想问清楚handler的源码，handler机制如何实现，对消息泵Looper理不理解
(更多完整项目下载。未完待续。源码。图文知识后续上传github。)
1. Handler 机制简介
- 定义 一套 Android 消息传递机制
- 作用
在多线程的应用场景中，将工作线程中需更新UI的操作信息 传递到 UI主线程，从而实现 工作线程对UI的更新处理，最终实现异步消息的处理
使用Handler的原因：将工作线程需操作UI的消息 传递 到主线程，使得主线程可根据工作线程的需求 更新UI，从而避免线程操作不安全的问题
2. 储备知识
在阅读Handler机制的源码分析前，请务必了解Handler的一些储备知识：相关概念、使用方式 & 工作原理
#####2.1 相关概念
关于 Handler 机制中的相关概念如下：
在下面的讲解中，我将直接使用英文名讲解，即
Handler、Message、Message Queue、Looper，希望大家先熟悉相关概念2.2 使用方式
Handler使用方式 因发送消息到消息队列的方式不同而不同，共分为2种：使用Handler.sendMessage（）、使用Handler.post（）- 下面的源码分析将依据使用步骤讲解
3. Handler机制的核心类
在源码分析前，先来了解Handler机制中的核心类
3.1 类说明
Handler机制 中有3个重要的类：
- 处理器 类
（Handler） - 消息队列 类
（MessageQueue） - 循环器 类
（Looper）3.2Handler工作流程
4.源码分析
-
下面的源码分析将根据
Handler的使用步骤进行 -
Handler使用方式 因发送消息到消息队列的方式不同而不同，共分为2种：使用Handler.sendMessage（）、使用Handler.post（） - 下面的源码分析将依据上述2种使用方式进行
方式1：使用 Handler.sendMessage（）
使用步骤
/** * 此处以 匿名内部类 的使用方式为例 */ // 步骤1：在主线程中 通过匿名内部类 创建Handler类对象 private Handler mhandler = new Handler(){ // 通过复写handlerMessage()从而确定更新UI的操作 @Override public void handleMessage(Message msg) { ...// 需执行的UI操作 } }; // 步骤2：创建消息对象 Message msg = Message.obtain(); // 实例化消息对象 msg.what = 1; // 消息标识 msg.obj = "AA"; // 消息内容存放 // 步骤3：在工作线程中 通过Handler发送消息到消息队列中 // 多线程可采用AsyncTask、继承Thread类、实现Runnable mHandler.sendMessage(msg); // 步骤4：开启工作线程（同时启动了Handler） // 多线程可采用AsyncTask、继承Thread类、实现Runnable- 源码分析 下面，我将根据上述每个步骤进行源码分析
步骤1：在主线程中 通过匿名内部类 创建Handler类对象
/** * 具体使用 */ private Handler mhandler = new Handler(){ // 通过复写handlerMessage()从而确定更新UI的操作 @Override public void handleMessage(Message msg) { ...// 需执行的UI操作 } };/** * 源码分析：Handler的构造方法 * 作用：初始化Handler对象 & 绑定线程 * 注： * a. Handler需绑定 线程才能使用；绑定后，Handler的消息处理会在绑定的线程中执行 * b. 绑定方式 = 先指定Looper对象，从而绑定了 Looper对象所绑定的线程（因为Looper对象本已绑定了对应线程） * c. 即：指定了Handler对象的 Looper对象 = 绑定到了Looper对象所在的线程 */ public Handler() { this(null, false); // ->>分析1 }/** * 分析1：this(null, false) = Handler（null，false） */ public Handler(Callback callback, boolean async) { ...// 仅贴出关键代码 // 1. 指定Looper对象 mLooper = Looper.myLooper(); if (mLooper == null) { throw new RuntimeException( "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()"); } // Looper.myLooper()作用：获取当前线程的Looper对象；若线程无Looper对象则抛出异常 // 即 ：若线程中无创建Looper对象，则也无法创建Handler对象 // 故 若需在子线程中创建Handler对象，则需先创建Looper对象 // 注：可通过Loop.getMainLooper()可以获得当前进程的主线程的Looper对象 // 2. 绑定消息队列对象（MessageQueue） mQueue = mLooper.mQueue; // 获取该Looper对象中保存的消息队列对象（MessageQueue） // 至此，保证了handler对象 关联上 Looper对象中MessageQueue }- 从上面可看出： 当创建Handler对象时，则通过 构造方法 自动关联当前线程的Looper对象 & 对应的消息队列对象（MessageQueue），从而 自动绑定了 实现创建Handler对象操作的线程
0 那么，当前线程的Looper对象 & 对应的消息队列对象（MessageQueue） 是什么时候创建的呢？在上述使用步骤中，并无 创建Looper对象 & 对应的消息队列对象（MessageQueue）这1步
步骤1前的隐式操作1：创建循环器对象（Looper） & 消息队列对象（MessageQueue）
- 源码分析
/** * 源码分析1：Looper.prepare() * 作用：为当前线程（子线程） 创建1个循环器对象（Looper），同时也生成了1个消息队列对象（MessageQueue） * 注：需在子线程中手动调用该方法 */ public static final void prepare() { if (sThreadLocal.get() != null) { throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread"); } // 1. 判断sThreadLocal是否为null，否则抛出异常 //即 Looper.prepare()方法不能被调用两次 = 1个线程中只能对应1个Looper实例 // 注：sThreadLocal = 1个ThreadLocal对象，用于存储线程的变量 sThreadLocal.set(new Looper(true)); // 2. 若为初次Looper.prepare()，则创建Looper对象 & 存放在ThreadLocal变量中 // 注：Looper对象是存放在Thread线程里的 // 源码分析Looper的构造方法->>分析a } /** * 分析a：Looper的构造方法 **/ private Looper(boolean quitAllowed) { mQueue = new MessageQueue(quitAllowed); // 1. 创建1个消息队列对象（MessageQueue） // 即 当创建1个Looper实例时，会自动创建一个与之配对的消息队列对象（MessageQueue） mRun = true; mThread = Thread.currentThread(); }/** * 源码分析2：Looper.prepareMainLooper() * 作用：为 主线程（UI线程） 创建1个循环器对象（Looper），同时也生成了1个消息队列对象（MessageQueue） * 注：该方法在主线程（UI线程）创建时自动调用，即 主线程的Looper对象自动生成，不需手动生成 */ // 在Android应用进程启动时，会默认创建1个主线程（ActivityThread，也叫UI线程） // 创建时，会自动调用ActivityThread的1个静态的main（）方法 = 应用程序的入口 // main（）内则会调用Looper.prepareMainLooper()为主线程生成1个Looper对象 /** * 源码分析：main（） **/ public static void main(String[] args) { ... // 仅贴出关键代码 Looper.prepareMainLooper(); // 1. 为主线程创建1个Looper对象，同时生成1个消息队列对象（MessageQueue） // 方法逻辑类似Looper.prepare() // 注：prepare()：为子线程中创建1个Looper对象 ActivityThread thread = new ActivityThread(); // 2. 创建主线程 Looper.loop(); // 3. 自动开启 消息循环 ->>下面将详细分析 }总结：
- 创建主线程时，会自动调用
ActivityThread的1个静态的main（）；而main（）内则会调用Looper.prepareMainLooper()为主线程生成1个Looper对象，同时也会生成其对应的MessageQueue对象1.即 主线程的
Looper对象自动生成，不需手动生成；而子线程的Looper对象则需手动通过Looper.prepare()创建
2.在子线程若不手动创建Looper对象 则无法生成Handler对象 - 根据Handler的作用（在主线程更新UI），故Handler实例的创建场景 主要在主线程
- 生成
Looper&MessageQueue对象后，则会自动进入消息循环：Looper.loop（），即又是另外一个隐式操作。步骤1前的隐式操作2：消息循环
此处主要分析的是Looper类中的loop（）方法
/**
- 源码分析： Looper.loop()
- 作用：消息循环，即从消息队列中获取消息、分发消息到Handler
- 特别注意：
- a. 主线程的消息循环不允许退出，即无限循环
-
b. 子线程的消息循环允许退出：调用消息队列MessageQueue的quit（）
*/
public static void loop() {...// 仅贴出关键代码// 1. 获取当前Looper的消息队列 final Looper me = myLooper(); if (me == null) { throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread."); } // myLooper()作用：返回sThreadLocal存储的Looper实例；若me为null 则抛出异常 // 即loop（）执行前必须执行prepare（），从而创建1个Looper实例 final MessageQueue queue = me.mQueue; // 获取Looper实例中的消息队列对象（MessageQueue）// 2. 消息循环（通过for循环） for (;;) { // 2.1 从消息队列中取出消息 Message msg = queue.next(); if (msg == null) { return; } // next()：取出消息队列里的消息 // 若取出的消息为空，则线程阻塞 // ->> 分析1 // 2.2 派发消息到对应的Handler msg.target.dispatchMessage(msg); // 把消息Message派发给消息对象msg的target属性 // target属性实际是1个handler对象 // ->>分析2// 3. 释放消息占据的资源msg.recycle();}}
/**
- 分析1：queue.next()
- 定义：属于消息队列类（MessageQueue）中的方法
-
作用：出队消息，即从 消息队列中 移出该消息
*/
Message next() {...// 仅贴出关键代码// 该参数用于确定消息队列中是否还有消息// 从而决定消息队列应处于出队消息状态 or 等待状态int nextPollTimeoutMillis = 0;for (;;) { if (nextPollTimeoutMillis != 0) { Binder.flushPendingCommands(); }// nativePollOnce方法在native层，若是nextPollTimeoutMillis为-1，此时消息队列处于等待状态 nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);synchronized (this) { final long now = SystemClock.uptimeMillis(); Message prevMsg = null; Message msg = mMessages; // 出队消息，即 从消息队列中取出消息：按创建Message对象的时间顺序 if (msg != null) { if (now < msg.when) { nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE); } else { // 取出了消息 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 { // 若 消息队列中已无消息，则将nextPollTimeoutMillis参数设为-1 // 下次循环时，消息队列则处于等待状态 nextPollTimeoutMillis = -1; } ......} .....}
}// 回到分析原处
/**
- 分析2：dispatchMessage(msg)
- 定义：属于处理者类（Handler）中的方法
-
作用：派发消息到对应的Handler实例 & 根据传入的msg作出对应的操作
*/
public void dispatchMessage(Message msg) {// 1. 若msg.callback属性不为空，则代表使用了post（Runnable r）发送消息
// 则执行handleCallback(msg)，即回调Runnable对象里复写的run（）
// 上述结论会在讲解使用“post（Runnable r）”方式时讲解
if (msg.callback != null) {
handleCallback(msg);
} else {
if (mCallback != null) {
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
}
}// 2. 若msg.callback属性为空，则代表使用了sendMessage（Message msg）发送消息（即此处需讨论的） // 则执行handleMessage(msg)，即回调复写的handleMessage(msg) ->> 分析3 handleMessage(msg);}}
/**
- 分析3：handleMessage(msg)
-
注：该方法 = 空方法，在创建Handler实例时复写 = 自定义消息处理方式
**/
public void handleMessage(Message msg) {
... // 创建Handler实例时复写
}### 总结：
-
消息循环的操作 = 消息出队 + 分发给对应的Handler实例
-
分发给对应的Handler的过程：根据出队消息的归属者通过
dispatchMessage(msg)进行分发，最终回调复写的handleMessage(Message msg)，从而实现 消息处理 的操作 - 特别注意：在进行消息分发时
（dispatchMessage(msg)），会进行1次发送方式的判断：
若msg.callback属性不为空，则代表使用了post（Runnable r）发送消息，则直接回调Runnable对象里复写的run（）
若msg.callback属性为空，则代表使用了sendMessage（Message msg）发送消息，则回调复写的handleMessage(msg)
至此，关于步骤1的源码分析讲解完毕
步骤2：创建消息对象
/** * 具体使用 */ Message msg = Message.obtain(); // 实例化消息对象 msg.what = 1; // 消息标识 msg.obj = "AA"; // 消息内容存放/** * 源码分析：Message.obtain() * 作用：创建消息对象 * 注：创建Message对象可用关键字new 或 Message.obtain() */ public static Message obtain() { // Message内部维护了1个Message池，用于Message消息对象的复用 // 使用obtain（）则是直接从池内获取 synchronized (sPoolSync) { if (sPool != null) { Message m = sPool; sPool = m.next; m.next = null; m.flags = 0; // clear in-use flag sPoolSize--; return m; } // 建议：使用obtain（）”创建“消息对象，避免每次都使用new重新分配内存 } // 若池内无消息对象可复用，则还是用关键字new创建 return new Message(); } ### 步骤3：在工作线程中 发送消息到消息队列中多线程的实现方式：
AsyncTask、继承Thread类、实现Runnable
/** * 具体使用 */ mHandler.sendMessage(msg);/** * 源码分析：mHandler.sendMessage(msg) * 定义：属于处理器类（Handler）的方法 * 作用：将消息 发送 到消息队列中（Message ->> MessageQueue） */ public final boolean sendMessage(Message msg) { return sendMessageDelayed(msg, 0); // ->>分析1 } /** * 分析1：sendMessageDelayed(msg, 0) **/ public final boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis) { if (delayMillis < 0) { delayMillis = 0; } return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis); // ->> 分析2 } /** * 分析2：sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis) **/ public boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis) { // 1. 获取对应的消息队列对象（MessageQueue） MessageQueue queue = mQueue; // 2. 调用了enqueueMessage方法 ->>分析3 return enqueueMessage(queue, msg, uptimeMillis); } /** * 分析3：enqueueMessage(queue, msg, uptimeMillis) **/ private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) { // 1. 将msg.target赋值为this // 即 ：把 当前的Handler实例对象作为msg的target属性 msg.target = this; // 请回忆起上面说的Looper的loop()中消息循环时，会从消息队列中取出每个消息msg，然后执行msg.target.dispatchMessage(msg)去处理消息 // 实际上则是将该消息派发给对应的Handler实例 // 2. 调用消息队列的enqueueMessage（） // 即：Handler发送的消息，最终是保存到消息队列->>分析4 return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis）; } /** * 分析4：queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis） * 定义：属于消息队列类（MessageQueue）的方法 * 作用：入队，即 将消息 根据时间 放入到消息队列中（Message ->> MessageQueue） * 采用单链表实现：提高插入消息、删除消息的效率 */ boolean enqueueMessage(Message msg, long when) { ...// 仅贴出关键代码 synchronized (this) { msg.markInUse(); msg.when = when; Message p = mMessages; boolean needWake; // 判断消息队列里有无消息 // a. 若无，则将当前插入的消息 作为队头 & 若此时消息队列处于等待状态，则唤醒 if (p == null || when == 0 || when < p.when) { msg.next = p; mMessages = msg; needWake = mBlocked; } else { needWake = mBlocked && p.target == null && msg.isAsynchronous(); Message prev; // b. 判断消息队列里有消息，则根据 消息（Message）创建的时间 插入到队列中 for (;;) { prev = p; p = p.next; if (p == null || when < p.when) { break; } if (needWake && p.isAsynchronous()) { needWake = false; } } msg.next = p; prev.next = msg; } if (needWake) { nativeWake(mPtr); } } return true; }// 之后，随着Looper对象的无限消息循环// 不断从消息队列中取出Handler发送的消息 & 分发到对应Handler// 最终回调Handler.handleMessage()处理消息(更多完整项目下载。未完待续。源码。图文知识后续上传github。)
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