零基础学Android源码之Handler机制

前言

当我们在非主线程想操作UI时，其中一个方法便是使用Handler。Handler作为Android中的异步消息处理机制，学会使用它是十分重要的，其次也是面试中的常客。对于Android新手来说，在不理解源码的情况下使用起来也是云里雾里，今天就和大家一起探讨一下Handler的实现原理，也让大家有一个更清晰的理解。

代码示例

首先我们看下handler是怎么使用的

private TextView mTextView;

private Handler mHandler = new Handler(){
    @Override
    public void handleMessage(Message msg) {
        mTextView.setText(msg.obj.toString());
    }
};

@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
    super.onCreate(savedInstanceState);
    setContentView(R.layout.activity_main);

    mTextView = (TextView) findViewById(R.id.text);

    new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            //耗时操作获取数据
            String data  = "test data";
            Message msg = Message.obtain();
            msg.obj = data;
            mHandler.sendMessage(msg);
        }
    }).start();
}

代码看起来很简单，创建一个handler，之后使用handler发送message，从这两个点我们去分析下代码。

源码分析

看源码之前，我们先对以下几个类有个初步映像，这几个类就是支撑起handler的关键
+ Handler
+ Looper
+ MessageQueue
+ Message

接下来我会把handler机制分为两部分来讲
+ handler的准备
+ handler发送消息

1. handler的准备

有人可能会说，handler的准备不就是new handler的时候吗？这个其实只是准备的其中一个步骤，一切的准备则是要从main函数说起。

我们都知道，java的入口函数是main函数，新手可能会认为Android的入口是主Activity，实际上也是main函数，这个函数的实现是在ThreadActivity这个类中,我们一起看下

public static void main(String[] args) {

    ......

    Looper.prepareMainLooper();

    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");
}

找一下我们之前说到的关键字，可以看到有一个Looper，Looper用来干什么的呢？如其字面意思环，有了它线程就可以循环的去读取数据。我们先看下两个关键的方法Looper.prepareMainLooper()与Looper.loop()

static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();

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));
}

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

在Looper.prepareMainLooper()方法中，调用了prepare()方法，这个方法给sThreadLocal赋值，sThreadLocal是一个ThreadLocal<Looper>对象,那么ThreadLocal又是什么呢，我们可以把它理解为线程中的一个容器，这里new 了一个Looper并把它放在当前线程的容器里，代码中做了判断如果不为空就抛出一个异常，说明Looper对象只有一个。此时，当前线程就和Looper有了关联，一旦线程从自己的容器中取出Looper时，就可以使用Looper来循环读取消息。因为是在main函数中调用的，所以是把Looper放在了主线程即UI线程的容器里，这里一定要记住。

再来看看loop()方法

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 traceTag = me.mTraceTag;
        if (traceTag != 0 && Trace.isTagEnabled(traceTag)) {
            Trace.traceBegin(traceTag, msg.target.getTraceName(msg));
        }
        try {
            msg.target.dispatchMessage(msg);
        } finally {
            if (traceTag != 0) {
                Trace.traceEnd(traceTag);
            }
        }

       ......

        msg.recycleUnchecked();
    }
}

在loop()方法中，先从当前线程的容器内把Looper对象取出来，没错，当前线程要开始取数据啦，但是数据从哪里来呢？Looper对象里有一个MessageQueue，这里简单介绍下MessageQueue，MessageQueue是一个单向链表，链表可以简单的理解为一个队列，但是这个队列是单向的，每一个对象有一个变量指向了下一个对象。源码中拿到MessageQueue后，便进入了一个死循环，不断的调用next()方法，取出MessageQueue中的Message。好了关键点来了，拿到的messgae调用了msg.target.dispatchMessage(msg)而这个target在Message的源码中是这样的Handler target;也就是说target就是一个handler，我们再看下dispatchMessage这个方法干了什么。

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

首先判断有没有回调，没有则调用handleMessage(msg);是不是很熟悉，这个不就是我们在new handler的时候重写的方法吗？没错，走到这一步的时候handler就会回调我们重写的方法，此时handler就准备完成啦。（这里在简单提一下handleCallback,这个是在handler.post()时回调的，原理和本文讲的类似，就不在累述，有兴趣的童鞋可以自己去看下源码）那又有一个疑问了，源码中最后调用了msg.target.dispatchMessage(msg)，但是messgae怎么会有target呢，这个就是我们要分析的第二个过程，handler发送消息。

2. handler发送消息

当我们想使用handler的时候，会调用handler.sendMessage(msg);看下源码

public final boolean sendMessage(Message msg)
{
    return sendMessageDelayed(msg, 0);
}

public final boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis)
{
    if (delayMillis < 0) {
        delayMillis = 0;
    }
    return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis);
}

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);
}

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

最终代码会走到enqueueMessage方法中，这个方法第一句代码便是msg.target = this; this对象便是我们new出来的handler，此时messgae便拿到了handler，有handler的message便可以顺利调用msg.target.dispatchMessage(msg)至此，handler的整个流程就走完了。

总结

最后再简单理一遍思路

1. 在调用prepare时，Looper中有一个ThreadLocal对象，这个对象能够把Looper这个对象保存在当前线程中，且只会保存一次。
2. 在调用loop的时候，Looper会从当前线程中把Looper对象取出来，并从这个对象中取出MessageQueue,接下来会进入一个死循环，不断的从这个MessageQueue中读取Message并调用msg.target.dispatchMessage(msg)该方法最终会调用我们重写的handlerMessage()。
3. 这个msg.target就是一个handler，而这个handler则是在用户发送messgae时传递进来的，即：handler.sendMessage(msg),在send的时候msg.target=this此时便把handler传递进来了。