Android源码分析之Handler机制
Handler机制的作用：
1.UI更新
2.消息处理机制，可以用来进行异步通信
为何设计Handle机制？
主要是为了解决并发处理的问题，
如果在多个子线程直接更新主线程（UI线程）会导致界面更新混乱，那么如何保证更新同步？
如果引入加锁的话会产生性能下降的问题，故而参考windows消息处理机制，设计了Handle处理。
而使用Handle机制以异步通信的方式进行处理消息，且可以保证消息处理先后有序。
主要的相关类
framework/base/core/java/andorid/os/
- Handler.java
- Looper.java
- Message.java
- MessageQueue.java
主要作用
Message
1.消息实体，包含一个缓冲的消息池(链表结构)，持有一个Handler句柄，通过Handler发送消息到MessageQueue中。
2.构造消息的时候优先从池中取出，如果没有在构造，回收消息的时候，将其赋值为空，然后从池子里移除。
MessageQueue
1.消息存放的地方，一个链表维护要处理的消息，提供了enqueue，remove等从链表中存取消息的方法，next方法提取下一条message。
2.链表中的消息按照处理时间排序，在入队的时候做了处理。
Handler
1.创建时需要实现一个接口，其方法是handleMessage,此接口在Looper.loop调用handler.dispatchMessage时后处理此消息
2.Handler是Message的主要处理者，负责将Message添加到消息队列以及对消息队列中的Message进行处理
Looper
循环器，扮演Message Queue和Handler之间桥梁的角色，循环取出Message Queue里面的Message，并交付给相应的Handler进行处理
典型实例
class LooperThread extends Thread {
public Handler mHandler;
public void run() {
Looper.prepare();//1. Looper初始化
mHandler = new Handler() { //2.创建handler
public void handleMessage(Message msg) {
//TODO 定义消息处理逻辑. //3.实现消息处理的接口
}
};
Looper.loop(); //4.启动loop循环
}
}这样定义完后，只要持有了此handler实例，就可以发送消息给此线程，之后消息会在handleMessage方法中得到处理。
跟进Looper分析
1.prepare方法分析
public static void prepare() {
prepare(true);
}
private static void prepare(boolean quitAllowed) {
//确保只创建一个Looper
if (sThreadLocal.get() != null) {
throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
}
sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));
}
可以看到prepare操作主要是对sThreadLocal进行设置。
这里的sThreadLocal是ThreadLocal类型，下面，先说说ThreadLocal。
ThreadLocal： 线程本地存储区（Thread Local Storage，简称为TLS），每个线程都有自己的私有的本地存储区域，不同线程之间彼此不能访问对方的TLS区域。
TLS常用的操作方法：
ThreadLocal.set(T value)：将value存储到当前线程的TLS区域
ThreadLocal.get()：获取当前线程TLS区域的数据
具体原理及作用另寻见Java多线程分析
2.分析Loop方法
/**
* Run the message queue in this thread. Be sure to call
* {@link #quit()} to end the loop.
*/
public static void loop() {
//1.获取当前线程的looper实例，确保已经初始化
final Looper me = myLooper();
if (me == null) {
throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
}
//2.获取该looper持有的queue
final MessageQueue queue = me.mQueue;
//确保在权限检查时基于本地进程，而不是基于最初调用进程
// 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();
//3.启动loop循环
for (;;) {
//3.1从队列中取出消息
Message msg = queue.next(); // might block 可能会阻塞
if (msg == null) {
// No message indicates that the message queue is quitting.无消息则退出
return;
}
//默认为null，可通过setMessageLogging()方法来指定输出，用于debug功能
// 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 {
//3.2处理消息
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();//确保分发过程中identity不会损坏
//3.3Message回收
msg.recycleUnchecked();
}
}可以看到这里loop中会先调用myloop,而myLoop，查看myLooper可看到其实其是通过sThreadLocal.get去获取的，那么sThreadLocal是何时set的呢？
搜索sThreadLocal.set可以发现其在prepare中进行了实现，这里我们通过注释也可以清楚的看到。所以这也就是为何要在loop方法前，必须先调用prepare进行初始化的原因。
可以看到此方法主要做了以下操作：
可以看到Loop会先用perpare进行初始化后，之后构建一个循环，循环处理从消息池中取出的消息，直到没有消息时退出循环
1.读取MessageQueue的下一条Message；
2.把Message分发给相应的target；
3.再把分发后的Message回收到消息池，以便重复利用。
MessageQueue分析
1.跟进 MessageQueue 的next方法
Message next() {
// Return here if the message loop has already quit and been disposed.
// This can happen if the application tries to restart a looper after quit
// which is not supported.
final long ptr = mPtr;
if (ptr == 0) {
return null;
}
int pendingIdleHandlerCount = -1; // -1 only during first iteration
int nextPollTimeoutMillis = 0;
//循环遍历链表取出一个timeOut消息
for (;;) {
if (nextPollTimeoutMillis != 0) {
Binder.flushPendingCommands();
}
//阻塞操作，当等待nextPollTimeoutMillis时长，或者消息队列被唤醒，都会返回
nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);
//取消息需加锁，确保同步
synchronized (this) {
// Try to retrieve the next message. Return if found.
final long now = SystemClock.uptimeMillis();
Message prevMsg = null;
Message msg = mMessages;
if (msg != null && msg.target == null) {
// Stalled by a barrier. Find the next asynchronous message in the queue.
//当消息Handler为空时，查询MessageQueue中的下一条异步消息msg，则退出循环
do {
prevMsg = msg;
msg = msg.next;
} while (msg != null && !msg.isAsynchronous());
}
if (msg != null) {
if (now < msg.when) {
// Next message is not ready. Set a timeout to wake up when it is ready.
//当异步消息触发时间大于当前时间，则设置下一次轮询的超时时长
nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE);
} else {
// Got a message.
// 获取一条消息，并返回
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; //成功地获取MessageQueue中的下一条即将要执行的消息
}
} else {
// No more messages.
nextPollTimeoutMillis = -1;
}
//消息正在退出，返回null
// Process the quit message now that all pending messages have been handled.
if (mQuitting) {
dispose();
return null;
}
// If first time idle, then get the number of idlers to run.
// Idle handles only run if the queue is empty or if the first message
// in the queue (possibly a barrier) is due to be handled in the future.
if (pendingIdleHandlerCount < 0
&& (mMessages == null || now < mMessages.when)) {
pendingIdleHandlerCount = mIdleHandlers.size();
}
if (pendingIdleHandlerCount <= 0) {
// No idle handlers to run. Loop and wait some more.//没有idle handlers 需要运行，则循环并等待。
mBlocked = true;
continue;
}
if (mPendingIdleHandlers == null) {
mPendingIdleHandlers = new IdleHandler[Math.max(pendingIdleHandlerCount, 4)];
}
mPendingIdleHandlers = mIdleHandlers.toArray(mPendingIdleHandlers);
}
// Run the idle handlers.
// We only ever reach this code block during the first iteration.
//只有第一次循环时，会运行idle handlers，执行完成后，重置pendingIdleHandlerCount为0.
for (int i = 0; i < pendingIdleHandlerCount; i++) {
final IdleHandler idler = mPendingIdleHandlers[i];
mPendingIdleHandlers[i] = null; // release the reference to the handler//去掉handler的引用
boolean keep = false;
try {
keep = idler.queueIdle();//idle时执行的方法
} catch (Throwable t) {
Log.wtf(TAG, "IdleHandler threw exception", t);
}
if (!keep) {
synchronized (this) {
mIdleHandlers.remove(idler);
}
}
}
// Reset the idle handler count to 0 so we do not run them again.
//重置idle handler个数为0，以保证不会再次重复运行
pendingIdleHandlerCount = 0;
// While calling an idle handler, a new message could have been delivered
// so go back and look again for a pending message without waiting.
//当调用一个空闲handler时，一个新message能够被分发，因此无需等待可以直接查询pending message.
nextPollTimeoutMillis = 0;
}
}1.nativePollOnce是阻塞操作，其中nextPollTimeoutMillis代表下一个消息到来前，还需要等待的时长；当nextPollTimeoutMillis = -1时，表示消息队列中无消息，会一直等待下去。具体分析见native层的handler机制分析。
2.IdleHandler接口表示当MessageQueue发现当前没有更多消息可以处理的时候则顺便干点别的事情的callback函数（即如果发现idle了，
那就找点别的事干）。callback函数有个boolean的返回值，表示是否keep。如果返回false，则它会在调用完毕之后从mIdleHandlers中移除。
3.当处于空闲时，往往会执行IdleHandler中的方法。
当nativePollOnce()返回后，next()从mMessages中提取一个消息。
enqueueMessage方法分析
boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
...
synchronized (this) {
if (mQuitting) {
...
return false;
}
msg.markInUse();
msg.when = when;
Message p = mMessages;
boolean needWake;
if (p == null || when == 0 || when < p.when) {
//表头节点
// 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;
//找到时间点比此消息大的节点为止
if (p == null || when < p.when) {
break;
}
if (needWake && p.isAsynchronous()) {
needWake = false;
}
}
//插入节点
msg.next = p; // invariant: p == prev.next
prev.next = msg;
}
//可以看到Message的消息管理是个链表形式，另外每次入队的时候都是按时间进行从小到大排序了的。
// We can assume mPtr != 0 because mQuitting is false.
if (needWake) {
nativeWake(mPtr);
}
}
return true;
}removeMessages方法分析
void removeMessages(Handler h, int what, Object object) {
if (h == null) {
return;
}
synchronized (this) {
Message p = mMessages;
// Remove all messages at front.
while (p != null && p.target == h && p.what == what
&& (object == null || p.obj == object)) {
Message n = p.next;
mMessages = n;
p.recycleUnchecked();
p = n;
}
// Remove all messages after front.
while (p != null) {
Message n = p.next;
if (n != null) {
if (n.target == h && n.what == what
&& (object == null || n.obj == object)) {
Message nn = n.next;
n.recycleUnchecked();
p.next = nn;
continue;
}
}
p = n;
}
}
}可以看到MessageQueue维护了Message链表，提供了消息添加，移除，及获取下一个消息方法。保证了消息获取是同步的，且消息存放是有序的。
Handler类分析
1.Handler的构造
public Handler() {
this(null, false);
}
public Handler(Callback callback, boolean async) {
//匿名类、内部类或本地类都必须申明为static，否则会警告可能出现内存泄露
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());
}
}
//必须先执行Looper.prepare()，才能获取Looper对象，否则为null.
mLooper = Looper.myLooper(); //从当前线程的TLS中获取Looper对象
if (mLooper == null) {
throw new RuntimeException("");
}
mQueue = mLooper.mQueue; //消息队列，来自Looper对象
mCallback = callback; //回调方法
mAsynchronous = async; //设置消息是否为异步处理方式
}从Handler的构造函数来看，主要初始化的有Looper,MessageQueue,CallBack,
public interface Callback {
public boolean handleMessage(Message msg);
}可以看到Handler中的CallBack接口，其就是每次要创建Handler时需要实现的handleMessage消息，即消息处理的地方
2.消息分发
在Looper的Loop的循环中会调用msg.target.dispatchMessage进行处理，就是handler中的dispatchMessage方法。
/**
* 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);
}
}可以看到这里会调用handleMessage进行处理消息。
3.消息发送
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);
}可以看到消息发送其实就是调用将message发送到messageQueue中
Message分析
消息结构：
| 数据类型 | 成员变量 | 解释 |
|---|---|---|
| int | what | 消息类别 |
| long | when | 消息触发时间 |
| int | arg1 | 参数1 |
| int | arg2 | 参数2 |
| Object | obj | 消息内容 |
| Handler | target | 消息响应方 |
| Runnable | callback | 回调方法 |
创建消息方法分析
public static Message obtain() {
synchronized (sPoolSync) {
if (sPool != null) {
Message m = sPool;
sPool = m.next;
m.next = null;
m.flags = 0; // clear in-use flag
sPoolSize--;
return m;
}
}
return new Message();
}可以看到其优先从缓冲的池子里找，如果没有在构造一个消息
回收消息方法分析
void recycleUnchecked() {
// Mark the message as in use while it remains in the recycled object pool.
// Clear out all other details.
flags = FLAG_IN_USE;
what = 0;
arg1 = 0;
arg2 = 0;
obj = null;
replyTo = null;
sendingUid = -1;
when = 0;
target = null;
callback = null;
data = null;
synchronized (sPoolSync) {
if (sPoolSize < MAX_POOL_SIZE) {
next = sPool;
sPool = this;
sPoolSize++;
}
}
}可以看到回收时把消息的属性恢复成初始值后加入到消息缓冲池中。这样的好处是，当消息池不为空时，可以直接从消息池中获取Message对象，而不是直接创建，提高效率。
静态变量sPool的数据类型为Message，通过next成员变量，维护一个消息池；
静态变量MAX_POOL_SIZE代表消息池的可用大小；消息池的默认大小为50。
简单在总结下就是：
1.Handler调用sendMessage发送消息，发送Message到MessageQueue中
2.Looper的Loop循环调用queue.next()获取MessageQueue中的消息,
3.Message找到handler处理handleMessage
本文参考了以下博客：
GitYuan的Android消息机制1-Handler(Java层)
Jamy Cai的Android中的Handler的机制与用法详解
本文分析的比较简陋，有需要深入理解的推荐精读如下博客：
Handler机制原理（一）宏观理论分析与Message源码分析
上一篇： sqoop导入数据出现问题归整
下一篇： Shiro安全框架之自定义Realm域