Android Handler 消息处理机制

日常开发中,一般不会在子线程中直接进行 UI 操作,大部分采取的办法是创建 Message 对象,然后借助 Handler 发送出去,再在 Handler 的 handlerMessage() 方法中获取 Message 对象,进行一系列的 UI 操作。Handler 负责发送 Message, 又负责处理 Message, 其中经历了什么 ,需要从源码中一探究竟。

首先看 Handler 的构造函数:

public Handler(Callback callback, boolean async) {
  if (FIND_POTENTIAL_LEAKS) {
    final Class<? extends Handler> klass = getClass();
    if ((klass.isAnonymousClass() || klass.isMemberClass() || klass.isLocalClass()) &&
        (klass.getModifiers() & Modifier.STATIC) == 0) {
      Log.w(TAG, "The following Handler class should be static or leaks might occur: " +
            klass.getCanonicalName());
    }
  }

  mLooper = Looper.myLooper();
  if (mLooper == null) {
    throw new RuntimeException(
      "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");
  }
  mQueue = mLooper.mQueue;
  mCallback = callback;
  mAsynchronous = async;
}

Handler 的无参构造函数会调用上面的重载构造函数,我们直接看第二个 if 语句, 如果 mLooper 为 null,将会抛出异常 “Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()”,意思是说如果没有调用 Looper.prepare(), 在当前线程中不能创建 Handler 实例。但是,我们在 UI 主线程中创建 Handler 时,好像并不要调用方法 Looper.prepare(),肯定是系统已经帮我们自动调用了 Looper.prepare() 方法。

我们来看 Looper.myLooper() 方法,这个方法直接从 sThreadLocal 取出 Looper 对象。

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

所以 sThreadLocal 中的 Looper 对象肯定是在 Looper.prepare() 方法中 set 进去,Looper.prepare() 方法会调用 Looper.prepare(boolean quitAllowed) 方法。

 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));
 }

可以看到,这个方法中首先判断当前线程中有没有 Looper 对象了,如果没有,就会创建一个 Looper 对象 set 到 sThreadLocal 中 ;如果有 Looper 对象了,就不能再创建 Looper 对象,即一个线程只能创建一个 Looper 对象。而在 UI 主线程中,系统是什么时候调用了 Looper.prepare() 方法呢?

查看 ActivityThread 中的 main() 方法,代码如下所示:

 public static void main(String[] args) {
   Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "ActivityThreadMain");
   SamplingProfilerIntegration.start();

   // CloseGuard defaults to true and can be quite spammy.  We
   // disable it here, but selectively enable it later (via
   // StrictMode) on debug builds, but using DropBox, not logs.
   CloseGuard.setEnabled(false);

   Environment.initForCurrentUser();

   // Set the reporter for event logging in libcore
   EventLogger.setReporter(new EventLoggingReporter());

   // Make sure TrustedCertificateStore looks in the right place for CA certificates
   final File configDir = Environment.getUserConfigDirectory(UserHandle.myUserId());
   TrustedCertificateStore.setDefaultUserDirectory(configDir);

   Process.setArgV0("<pre-initialized>");

   Looper.prepareMainLooper(); // 创建 Looper 对象

   ActivityThread thread = new ActivityThread();
   thread.attach(false);

   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);
   Looper.loop();

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

查看 Looper.prepareMainLooper(); 这一行,应用启动的时候就调用了这个方法,在这个方法中又去调用了方法 prepare(boolean quitAllowed) 去创建一个 Looper 对象。

public static void prepareMainLooper() {
  prepare(false);
  synchronized (Looper.class) {
    if (sMainLooper != null) {
      throw new IllegalStateException("The main Looper has already been prepared.");
    }
    sMainLooper = myLooper();
  }
}

至此,Handler 的创建过程已经清晰。再来看看 Looper 的构造函数如下:

private Looper(boolean quitAllowed) {
  mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
  mThread = Thread.currentThread();
}

可以看出在当前线程中创建了一个 MessageQueue,顾名思义,MessageQueue 是用来存放消息的消息队列。同样从这可以看出,一个线程只能创建一个 Looper,也就只有一个 MessageQueue。

那么,Handler 是如何发送消息并处理消息的呢?得从发送消息的方法看起,Handler 提供很多发送消息的方法,但大部分方法最终都会调用 sendMessageAtTime 方法。

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);
}

这个方法的第一个参数是发送的消息,第二个参数是自系统开机到当前时间的毫秒数再加上延迟时间,如果调用的不是 sendMessageDelayed() 方法,延迟时间就为 0。最后调用 enqueueMessage 方法。

private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
  msg.target = this;
  if (mAsynchronous) {
    msg.setAsynchronous(true);
  }
  return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}

这个方法中,首先将 msg.target 设置为 handler 对象本身,然后调用 MessageQueue 的 enqueueMessage 方法,我们再看 MessageQueue 的 enqueueMessage 方法。

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.
      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;
}

这个方法中主要就是将消息按照时间的先后顺序进行排队,通过 msg.next 指定下一个消息。

那么消息是如何出队的呢?这得看 Looper.loop() 源码了。

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;

  // Make sure the identity of this thread is that of the local process,
  // and keep track of what that identity token actually is.
  Binder.clearCallingIdentity();
  final long ident = Binder.clearCallingIdentity();

  for (;;) {
    Message msg = queue.next(); // might block
    if (msg == null) {
      // No message indicates that the message queue is quitting.
      return;
    }

    // This must be in a local variable, in case a UI event sets the logger
    final Printer logging = me.mLogging;
    if (logging != null) {
      logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " +
                      msg.callback + ": " + msg.what);
    }

    final long slowDispatchThresholdMs = me.mSlowDispatchThresholdMs;

    final long traceTag = me.mTraceTag;
    if (traceTag != 0 && Trace.isTagEnabled(traceTag)) {
      Trace.traceBegin(traceTag, msg.target.getTraceName(msg));
    }
    final long start = (slowDispatchThresholdMs == 0) ? 0 : SystemClock.uptimeMillis();
    final long end;
    try {
      msg.target.dispatchMessage(msg);  // 回调 Handler 的 dispatchMessage 方法
      end = (slowDispatchThresholdMs == 0) ? 0 : SystemClock.uptimeMillis();
    } finally {
      if (traceTag != 0) {
        Trace.traceEnd(traceTag);
      }
    }
    if (slowDispatchThresholdMs > 0) {
      final long time = end - start;
      if (time > slowDispatchThresholdMs) {
        Slog.w(TAG, "Dispatch took " + time + "ms on "
               + Thread.currentThread().getName() + ", h=" +
               msg.target + " cb=" + msg.callback + " msg=" + msg.what);
      }
    }

    if (logging != null) {
      logging.println("<<<<< Finished to " + msg.target + " " + msg.callback);
    }

    // Make sure that during the course of dispatching the
    // identity of the thread wasn't corrupted.
    final long newIdent = Binder.clearCallingIdentity();
    if (ident != newIdent) {
      Log.wtf(TAG, "Thread identity changed from 0x"
              + Long.toHexString(ident) + " to 0x"
              + Long.toHexString(newIdent) + " while dispatching to "
              + msg.target.getClass().getName() + " "
              + msg.callback + " what=" + msg.what);
    }

    msg.recycleUnchecked();
  }
}

主线程中,这个方法在 ActivityThread 中的 main() 方法中被调用。可以看出,在这个方法中进入了一个死循环,不断调用 MessageQueue.next() 方法从消息队列中获取出队消息,将消息传递到 msg.target 的 dispatchMessage() 方法中,这里的 msg.target 其实就是 Handler,是在 Handler 的 enqueueMessage 方法中设置的。然后看一看 Handler 中 dispatchMessage() 方法的源码,如下所示:

public void dispatchMessage(Message msg) {
  if (msg.callback != null) {
    handleCallback(msg);
  } else {
    if (mCallback != null) {
      if (mCallback.handleMessage(msg)) {
        return;
      }
    }
    handleMessage(msg);
  }
}

这里三种不同的调用方法都是对消息进行处理,提供不同的应用场景。

到这里 Android Handler 的基本原理一目了然了,对于其他一些在子线程中使用的方法,比如 Handler 的 post()方法 、Activity 的 runOnUiThread() 等方法,其背后的原理都是一样的,不再赘述。

总结

  • Message:消息。
  • MessageQueue:消息队列,用来存放 Handler 发送过来的 Message,并且按照时间顺序将消息排成队列。
  • Handler:消息处理者,负责发送和处理消息。
  • Looper:消息轮询器,不断的从 MessageQqueue 中取出 Message 交给 Handler 处理。
  • 应用启动时系统默认给 UI 主线程创建了 Looper 对象。如果是在子线程中创建 Handler 对象,需要先创建 Looper.prepare() 方法创建 Looper 对象。
  • 一个线程只能拥有一个 Looper 对象和 一个 MessageQueue 对象。

原文发布于微信公众号 - 空帆船w(gh_a27e6529b76c)

原文发表时间:2018-07-29

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