Android面试：Handler详情介绍
前言：又到了一年一度的跳槽季，准备跳槽的你在关于Android面试方面的知识都完全掌握了吗？Android面试中经常被问到的知识——Android消息机制即Handler有关的问题你都能解释的清楚吗？如果你对Android消息机制比较模糊或者能够回答与Handler有关的问题但是不清楚其中的原理，那么你将会在本文得到你想要的答案。
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阅读本文后你将会有以下收获：
清楚的理解Handler的工作原理 理清Handler、Message、MessageQueue以及Looper之间的关系 知道Looper是怎么和当前线程进行绑定的 是否能在子线程中创建Handler 获得分析Handler源码的思路要想有以上的收获，就需要研究Handler的源码，从源码中来得到答案。
开始探索之路
Handler的使用
先从Handler的使用开始。我们都知道Android的主线程不能处理耗时的任务，否者会导致ANR的出现，但是界面的更新又必须要在主线程中进行，这样，我们就必须在子线程中处理耗时的任务，然后在主线程中更新UI。但是，我们怎么知道子线程中的任务何时完成，又应该什么时候更新UI，又更新什么内容呢？为了解决这个问题，Android为我们提供了一个消息机制即Handler。下面就看下Handler的常见使用方式，代码如下
public class MainActivity extends AppCompatActivity implements View.OnClickListener {
private Button mStartTask;
@SuppressLint("HandlerLeak")
private Handler mHandler = new Handler() {
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
super.handleMessage(msg);
if (msg.what == 1) {
Toast.makeText(MainActivity.this, "刷新UI、", Toast.LENGTH_SHORT).show();
}
}
};
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
initView();
}
private void initView() {
mStartTask = findViewById(R.id.btn_start_task);
mStartTask.setOnClickListener(this);
}
@Override
public void onClick(View v) {
switch (v.getId()) {
case R.id.btn_start_task:
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(1000);
mHandler.sendEmptyMessage(1);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
break;
}
}
}
可以看到在子线程中，让线程睡了一秒，来模仿耗时的任务，当耗时任务处理完之后，Handler会发送一个消息，然后我们可以在Handler的handleMessage方法中得到这个消息，得到消息之后就能够在handleMessage方法中更新UI了，因为handleMessage是在主线程中嘛。到这里就会有以下疑问了：
Handler明明是在子线程中发的消息怎么会跑到主线程中了呢？ Handler的发送消息handleMessage又是怎么接收到的呢？带着这两个疑问，开始分析Handler的源码。
Handler的源码分析
先看下在我们实例化Handler的时候，Handler的构造方法中都做了那些事情，看代码
final Looper mLooper;
final MessageQueue mQueue;
final Callback mCallback;
final boolean mAsynchronous;
/**
* Default constructor associates this handler with the {@link Looper} for the
* current thread.
*
* If this thread does not have a looper, this handler won't be able to receive messages
* so an exception is thrown.
*/
public Handler() {
this(null, false);
}
/**
* Use the {@link Looper} for the current thread with the specified callback interface
* and set whether the handler should be asynchronous.
*
* Handlers are synchronous by default unless this constructor is used to make
* one that is strictly asynchronous.
*
* Asynchronous messages represent interrupts or events that do not require global ordering
* with respect to synchronous messages. Asynchronous messages are not subject to
* the synchronization barriers introduced by {@link MessageQueue#enqueueSyncBarrier(long)}.
*
* @param callback The callback interface in which to handle messages, or null.
* @param async If true, the handler calls {@link Message#setAsynchronous(boolean)} for
* each {@link Message} that is sent to it or {@link Runnable} that is posted to it.
*
* @hide
*/
public Handler(Callback callback, boolean async) {
if (FIND_POTENTIAL_LEAKS) {
final Class 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;
}
通过源码可以看到Handler的无参构造函数调用了两个参数的构造函数，而在两个参数的构造函数中就是将一些变量进行赋值。
看下下面的代码
mLooper = Looper.myLooper();
if (mLooper == null) {
throw new RuntimeException(
"Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");
}
这里是通过Looper中的myLooper方法来获得Looper实例的，如果Looper为null的话就会抛异常，抛出的异常内容翻译过来就是
无法在未调用Looper.prepare（）的线程内创建handler
从这句话中，我们可以知道，在调用Looper.myLooper()之前必须要先调用Looper.prepare（）方法，现在来看下prepare方法中的内容，如下
/** Initialize the current thread as a looper.
* This gives you a chance to create handlers that then reference
* this looper, before actually starting the loop. Be sure to call
* {@link #loop()} after calling this method, and end it by calling
* {@link #quit()}.
*/
public static void prepare() {
prepare(true);
}
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));
}
从上面代码中可以看到，prepare()方法调用了prepare(boolean quitAllowed)方法，prepare(boolean quitAllowed) 方法中则是实例化了一个Looper，然后将Looper设置进sThreadLocal中，到了这里就有必要了解一下ThreadLocalle。
什么是ThreadLocal
ThreadLocal 为解决多线程程序的并发问题提供了一种新的思路。使用这个工具类可以很简洁地编写出优美的多线程程序。当使用ThreadLocal 维护变量时，ThreadLocal 为每个使用该变量的线程提供独立的变量副本，所以每一个线程都可以独立地改变自己的副本，而不会影响其它线程所对应的副本。
如果看完上面这段话还是搞不明白ThreadLocal有什么用，那么可以看下下面代码运行的结果，相信看下结果你就会明白ThreadLocal有什么作用了。
public class MainActivity extends AppCompatActivity {
private static final String TAG = "MainActivity";
private ThreadLocal mThreadLocal = new ThreadLocal<>();
@SuppressLint("HandlerLeak")
private Handler mHandler = new Handler(){
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
super.handleMessage(msg);
if (msg.what == 1) {
Log.d(TAG, "onCreate: "+mThreadLocal.get());
}
}
};
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
mThreadLocal.set(5);
Thread1 thread1 = new Thread1();
thread1.start();
Thread2 thread2 = new Thread2();
thread2.start();
Thread3 thread3 = new Thread3();
thread3.start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(2000);
mHandler.sendEmptyMessage(1);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
}
class Thread1 extends Thread {
@Override
public void run() {
super.run();
mThreadLocal.set(1);
Log.d(TAG, "mThreadLocal1: "+ mThreadLocal.get());
}
}
class Thread2 extends Thread {
@Override
public void run() {
super.run();
mThreadLocal.set(2);
Log.d(TAG, "mThreadLocal2: "+ mThreadLocal.get());
}
}
class Thread3 extends Thread {
@Override
public void run() {
super.run();
mThreadLocal.set(3);
Log.d(TAG, "mThreadLocal3: "+ mThreadLocal.get());
}
}
}
看下这段代码运行之后打印的log
可以看到虽然在不同的线程中对同一个mThreadLocal中的值进行了更改，但最后仍可以正确拿到当前线程中mThreadLocal中的值。由此我们可以得出结论ThreadLocal.set方法设置的值是与当前线程进行绑定了的。
知道了ThreadLocal.set方法的作用，则Looper.prepare方法就是将Looper与当前线程进行绑定（当前线程就是调用Looper.prepare方法的线程）。
文章到了这里我们可以知道以下几点信息了
在对Handler进行实例化的时候，会对一些变量进行赋值。 对Looper进行赋值是通过Looper.myLooper方法，但在调用这句代码之前必须已经调用了Looper.prepare方法。 Looper.prepare方法的作用就是将实例化的Looper与当前的线程进行绑定。
这里就又出现了一个问题：在调用Looper.myLooper方法之前必须必须已经调用了Looper.prepare方法，即在实例化Handler之前就要调用Looper.prepare方法，但是我们平常在主线程中使用Handler的时候并没有调用Looper.prepare方法呀！这是怎么回事呢？
其实，在主线程中Android系统已经帮我们调用了Looper.prepare方法，可以看下ActivityThread类中的main方法，代码如下
public static void main(String[] args) {
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "ActivityThreadMain");
// 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("");
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");
}
上面的代码中有一句
Looper.prepareMainLooper();
这句话的实质就是调用了Looper的prepare方法，代码如下
public static void prepareMainLooper() {
prepare(false);//这里调用了prepare方法
synchronized (Looper.class) {
if (sMainLooper != null) {
throw new IllegalStateException("The main Looper has already been prepared.");
}
sMainLooper = myLooper();
}
}
到这里就解决了，为什么我们在主线程中使用Handler之前没有调用Looper.prepare方法的问题了。
让我们再回到Handler的构造方法中，看下
mLooper = Looper.myLooper();
myLooper()方法中代码如下
/**
* Return the Looper object associated with the current thread. Returns
* null if the calling thread is not associated with a Looper.
*/
public static @Nullable Looper myLooper() {
return sThreadLocal.get();
}
其实就是从当前线程中的ThreadLocal中取出Looper实例。
再看下Handler的构造方法中的
mQueue = mLooper.mQueue;
这句代码。这句代码就是拿到Looper中的mQueue这个成员变量，然后再赋值给Handler中的mQueue，下面看下Looper中的代码
final MessageQueue mQueue;
private Looper(boolean quitAllowed) {
mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
mThread = Thread.currentThread();
}
同过上面的代码，我们可以知道mQueue就是MessageQueue，在我们调用Looper.prepare方法时就将mQueue实例化了。
Handler的sendMessage方法都做了什么
还记得文章开始时的两个问题吗？
Handler明明是在子线程中发的消息怎么会跑到主线程中了呢？ Handler的发送消息handleMessage又是怎么接收到的呢？
下面就分析一下Handler的sendMessage方法都做了什么，看代码
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);
}
/**
* Enqueue a message into the message queue after all pending messages
* before the absolute time (in milliseconds) uptimeMillis.
* The time-base is {@link android.os.SystemClock#uptimeMillis}.
* Time spent in deep sleep will add an additional delay to execution.
* You will receive it in {@link #handleMessage}, in the thread attached
* to this handler.
*
* @param uptimeMillis The absolute time at which the message should be
* delivered, using the
* {@link android.os.SystemClock#uptimeMillis} time-base.
*
* @return Returns true if the message was successfully placed in to the
* message queue. Returns false on failure, usually because the
* looper processing the message queue is exiting. Note that a
* result of true does not mean the message will be processed -- if
* the looper is quit before the delivery time of the message
* occurs then the message will be dropped.
*/
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);
}
由上面的代码可以看出，Handler的sendMessage方法最后调用了sendMessageAtTime这个方法，其实，无论时sendMessage、sendEmptyMessage等方法最终都是调用sendMessageAtTime。可以看到sendMessageAtTime这个方法最后返回的是enqueueMessage(queue, msg, uptimeMillis);下面看下这个方法，代码如下
private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
msg.target = this;
if (mAsynchronous) {
msg.setAsynchronous(true);
}
return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}
这里有一句代码非常重要，
msg.target = this;
这句代码就是将当前的Handler赋值给了Message中的target变量。这样，就将每个调用sendMessage方法的Handler与Message进行了绑定。
enqueueMessage方法最后返回的是queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);也就是调用了MessageQueue中的enqueueMessage方法，下面看下MessageQueue中的enqueueMessage方法，代码如下
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;
}
上面的代码就是将消息放进消息队列中，如果消息已成功放入消息队列，则返回true。失败时返回false，而失败的原因通常是因为处理消息队列正在退出。代码分析到这里可以得出以下两点结论了
Handler在sendMessage时会将自己设置给Message的target变量即将自己与发送的消息绑定。 Handler的sendMessage是将Message放入MessageQueue中。
到了这里已经知道Handler的sendMessage是将消息放进MessageQueue中，那么又是怎样从MessageQueue中拿到消息的呢？想要知道答案请继续阅读。
怎样从MessageQueue中获取Message
在文章的前面，贴出了ActivityThread类中的main方法的代码，不知道细心的你有没有注意到，在main方法的结尾处调用了一句代码
Looper.loop();
好了，现在可以看看Looper.loop();这句代码到底做了什么了loop方法中的代码如下
/**
* Run the message queue in this thread. Be sure to call
* {@link #quit()} to end the loop.
*/
public static void loop() {
final Looper me = myLooper();//通过myLooper方法拿到与主线程绑定的Looper
if (me == null) {
throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
}
final MessageQueue queue = me.mQueue;//从Looper中得到MessageQueue
// 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();
//开始死循环
for (;;) {
//从消息队列中不断取出消息
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 {
//这句代码是重点
msg.target.dispatchMessage(msg);
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();
}
}
上面的代码，我已经进行了部分注释，这里有一句代码非常重要
msg.target.dispatchMessage(msg);
执行到这句代码，说明已经从消息队列中拿到了消息，还记得msg.target吗？就是Message中的target变量呀！也就是发送消息的那个Handler，所以这句代码的本质就是调用了Handler中的dispatchMessage(msg)方法，代码分析到这里是不是有点小激动了呢！稳住！下面看下dispatchMessage(msg)这个方法，代码如下
/**
* Handle system messages here.
*/
public void dispatchMessage(Message msg) {
if (msg.callback != null) {
handleCallback(msg);
} else {
if (mCallback != null) {
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
}
}
handleMessage(msg);
}
}
现在来一句句的来分析上面的代码，先看下这句
if (msg.callback != null) {
handleCallback(msg);
}
msg.callback就是Runnable对象，当msg.callback不为null时会调用 handleCallback(msg)方法，先来看下 handleCallback(msg)方法，代码如下
private static void handleCallback(Message message) {
message.callback.run();
}
上面的代码就是调用了Runnable的run方法。那什么情况下if (msg.callback != null)这个条件成立呢！还记得使用Handler的另一种方法吗？就是调用Handler的post方法呀！这里说明一下，使用Handler其实是有两种方法的
使用Handler的sendMessage方法，最后在handleMessage(Message msg)方法中来处理消息。 使用Handler的post方法，最后在Runnable的run方法中来处理，代码如下
public class MainActivity extends AppCompatActivity implements View.OnClickListener {
private Button mTimeCycle,mStopCycle;
private Runnable mRunnable;
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
initView();
}
private void initView() {
mTimeCycle = findViewById(R.id.btn_time_cycle);
mTimeCycle.setOnClickListener(this);
mStopCycle = findViewById(R.id.btn_stop_cycle);
mStopCycle.setOnClickListener(this);
mRunnable = new Runnable() {
@Override
public void run() {
Toast.makeText(MainActivity.this, "正在循环！！！", Toast.LENGTH_SHORT).show();
mHandler.postDelayed(mRunnable, 1000);
}
};
}
@Override
public void onClick(View v) {
switch (v.getId()) {
case R.id.btn_time_cycle:
mHandler.post(mRunnable);
break;
case R.id.btn_stop_cycle:
mHandler.removeCallbacks(mRunnable);
break;
}
}
}
第一种方法，我们已经分析了，下面来分析一下第二种使用方式的原理，先看下Handler的post的方法做了什么，代码如下
/**
* Causes the Runnable r to be added to the message queue.
* The runnable will be run on the thread to which this handler is
* attached.
*
* @param r The Runnable that will be executed.
*
* @return Returns true if the Runnable was successfully placed in to the
* message queue. Returns false on failure, usually because the
* looper processing the message queue is exiting.
*/
public final boolean post(Runnable r)
{
return sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);
}
private static Message getPostMessage(Runnable r) {
Message m = Message.obtain();
m.callback = r;
return m;
}
由上面的代码不难看出，post方法最终也是将Runnable封装成消息，然后将消息放进MessageQueue中。下面继续分析dispatchMessage方法中的代码
else {
//if中的代码其实是和if (msg.callback != null) {handleCallback(msg);}
//原理差不多的，只不过mCallback是Handler中的成员变量。
if (mCallback != null) {
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
}
}
//当上面的条件都不成立时，就会调用这句代码
handleMessage(msg);
}
上面的代码就不分析了，我已经在代码中进行了注释，下面再看下handleMessage(msg)这个方法，代码如下
/**
* Subclasses must implement this to receive messages.
*/
public void handleMessage(Message msg) {
}
其实，他就是一个空方法，具体的代码让我们自己重写这个方法进行处理。代码分析到这里，已经可以给出下面问题的答案了。
Handler明明是在子线程中发的消息怎么会跑到主线程中了呢？ Handler的发送消息handleMessage又是怎么接收到的呢？
在子线程中Handler在发送消息的时候已经把自己与当前的message进行了绑定，在通过Looper.loop()开启轮询message的时候，当获得message的时候会调用 与之绑定的Handler的handleMessage(Message msg)方法，由于Handler是在主线程创建的，所以自然就由子线程切换到了主线程。
总结
上面已经嗯将Handler的源码分析了一遍，现在来进行一些总结：
1、Handler的工作原理
在使用Handler之前必须要调用Looper.prepare()这句代码，这句代码的作用是将Looper与当前的线程进行绑定，在实例化Handler的时候，通过Looper.myLooper()获取Looper，然后再获得Looper中的MessageQueue。在子线程中调用Handler的sendMessage方法就是将Message放入MessageQueue中，然后调用Looper.loop()方法来从MessageQueue中取出Message，在取到Message的时候，执行 msg.target.dispatchMessage(msg);这句代码，这句代码就是从当前的Message中取出Handler然后执行Handler的handleMessage方法。
2、Handler、Message、MessageQueue以及Looper之间的关系
在介绍它们之间的关系之前，先说一下它们各自的作用。
Handler：负责发送和处理消息。 Message：用来携带需要的数据。 MessageQueue：消息队列，队列里面的内容就是Message。 Looper：消息轮巡器，负责不停的从MessageQueue中取Message。
它们的关系如下图（图片来源于网上）
3、在子线程中使用Handler
在子线程中使用Handler的方式如下
class LooperThread extends Thread {
public Handler mHandler;
public void run() {
Looper.prepare();
mHandler = new Handler() {
public void handleMessage(Message msg) {
// process incoming messages here
}
};
Looper.loop();
}
}
上面的代码来自官方的源码。