Android多线程：一步步带你源码解析HandlerThread

https://blog.csdn.net/carson_ho/article/details/52693418

前言

• 多线程的应用在Android开发中是非常常见的，常用方法主要有：

  1. 继承Thread类
  2. 实现Runnable接口
  3. Handler
  4. AsyncTask
  5. HandlerThread
  6. IntentService

• 今天，我将全面解析多线程中 HandlerThread的源码

由于本文涉及多线程知识和Handler源码解析，所以阅读本文前建议先看：
Android开发：Handler异步通信机制全面解析（包含Looper、Message Queue）

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目录

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1. 简介

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2. 工作原理

内部原理 = Thread类 + Handler类机制，即：

• 通过继承Thread类，快速地创建1个带有Looper对象的新工作线程
• 通过封装Handler类，快速创建Handler & 与其他线程进行通信

3. 源码分析

• 本次源码分析将根据 HandlerThread的使用步骤讲解

  若不熟悉，请务必看文章Android多线程：手把手教你使用HandlerThread

• HandlerThread的使用步骤有5个：

// 步骤1：创建HandlerThread实例对象
// 传入参数 = 线程名字，作用 = 标记该线程
   HandlerThread mHandlerThread = new HandlerThread("handlerThread");

// 步骤2：启动线程
   mHandlerThread.start();

// 步骤3：创建工作线程Handler & 复写handleMessage（）
// 作用：关联HandlerThread的Looper对象、实现消息处理操作 & 与其他线程进行通信
// 注：消息处理操作（HandlerMessage（））的执行线程 = mHandlerThread所创建的工作线程中执行
  Handler workHandler = new Handler( handlerThread.getLooper() ) {
            @Override
            public boolean handleMessage(Message msg) {
                ...//消息处理
                return true;
            }
        });

// 步骤4：使用工作线程Handler向工作线程的消息队列发送消息
// 在工作线程中，当消息循环时取出对应消息 & 在工作线程执行相关操作
  // a. 定义要发送的消息
  Message msg = Message.obtain();
  msg.what = 2; //消息的标识
  msg.obj = "B"; // 消息的存放
  // b. 通过Handler发送消息到其绑定的消息队列
  workHandler.sendMessage(msg);

// 步骤5：结束线程，即停止线程的消息循环
  mHandlerThread.quit();

• 下面，我将根据上述使用步骤进行源码分析

步骤1：创建HandlerThread的实例对象

/**
  * 具体使用
  * 传入参数 = 线程名字，作用 = 标记该线程
  */ 
   HandlerThread mHandlerThread = new HandlerThread("handlerThread");

/**
  * 源码分析：HandlerThread类的构造方法
  */ 
    public class HandlerThread extends Thread {
    // 继承自Thread类

        int mPriority; // 线程优先级
        int mTid = -1; // 当前线程id
        Looper mLooper; // 当前线程持有的Looper对象

       // HandlerThread类有2个构造方法
       // 区别在于：设置当前线程的优先级参数，即可自定义设置 or 使用默认优先级

            // 方式1. 默认优先级
            public HandlerThread(String name) {
                // 通过调用父类默认的方法创建线程
                super(name);
                mPriority = Process.THREAD_PRIORITY_DEFAULT;
            }

            // 方法2. 自定义设置优先级
            public HandlerThread(String name, int priority) {
                super(name);
                mPriority = priority;
            }
            ...
     }

总结

• HandlerThread类继承自Thread类
• 创建HandlerThread类对象 = 创建Thread类对象 + 设置线程优先级 = 新开1个工作线程 + 设置线程优先级

步骤2：启动线程

/**
  * 具体使用
  */ 
   mHandlerThread.start();

/**
  * 源码分析：此处调用的是父类（Thread类）的start()，最终回调HandlerThread的run（）
  */ 
  @Override
    public void run() {
        // 1. 获得当前线程的id
        mTid = Process.myTid();

        // 2. 创建1个Looper对象 & MessageQueue对象
        Looper.prepare();

        // 3. 通过持有锁机制来获得当前线程的Looper对象
        synchronized (this) {
            mLooper = Looper.myLooper();

            // 发出通知：当前线程已经创建mLooper对象成功
            // 此处主要是通知getLooper（）中的wait（）
            notifyAll();

            // 此处使用持有锁机制 + notifyAll() 是为了保证后面获得Looper对象前就已创建好Looper对象
        }

        // 4. 设置当前线程的优先级
        Process.setThreadPriority(mPriority);

        // 5. 在线程循环前做一些准备工作 ->>分析1
        // 该方法实现体是空的，子类可实现 / 不实现该方法
        onLooperPrepared();

        // 6. 进行消息循环，即不断从MessageQueue中取消息 & 派发消息
        Looper.loop();

        mTid = -1;
    }
}

/**
  * 分析1：onLooperPrepared();
  * 说明：该方法实现体是空的，子类可实现 / 不实现该方法
  */ 
    protected void onLooperPrepared() {

    }

总结
1. 为当前工作线程（即步骤1创建的线程）创建1个Looper对象 & MessageQueue对象
2. 通过持有锁机制来获得当前线程的Looper对象
3. 发出通知：当前线程已经创建mLooper对象成功
4. 工作线程进行消息循环，即不断从MessageQueue中取消息 & 派发消息

步骤3：创建工作线程Handler & 复写handleMessage（）

/**
  * 具体使用
  * 作用：将Handler关联HandlerThread的Looper对象、实现消息处理操作 & 与其他线程进行通信
  * 注：消息处理操作（HandlerMessage（））的执行线程 = mHandlerThread所创建的工作线程中执行
  */ 
   Handler workHandler = new Handler( handlerThread.getLooper() ) {
            @Override
            public boolean handleMessage(Message msg) {
                ...//消息处理
                return true;
            }
        });

/**
  * 源码分析：handlerThread.getLooper()
  * 作用：获得当前HandlerThread线程中的Looper对象
  */ 
    public Looper getLooper() {
        // 若线程不是存活的，则直接返回null
        if (!isAlive()) {
            return null;
        } 
        // 若当前线程存活，再判断线程的成员变量mLooper是否为null
        // 直到线程创建完Looper对象后才能获得Looper对象，若Looper对象未创建成功，则阻塞
        synchronized (this) {


            while (isAlive() && mLooper == null) {
                try {
                    // 此处会调用wait方法去等待
                    wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                }
            }
        }
        // 上述步骤run（）使用 持有锁机制 + notifyAll()  获得Looper对象后
        // 则通知当前线程的wait（）结束等待 & 跳出循环
        // 最终getLooper()返回的是在run（）中创建的mLooper对象
        return mLooper;
    }

总结

• 在获得HandlerThread工作线程的Looper对象时存在一个同步的问题：只有当线程创建成功 & 其对应的Looper对象也创建成功后才能获得Looper的值，才能将创建的Handler 与 工作线程的Looper对象绑定，从而将Handler绑定工作线程
• 解决方案：即保证同步的解决方案 = 同步锁、wait（） 和 notifyAll（），即 在run()中成功创建Looper对象后，立即调用notifyAll（）通知 getLooper()中的wait（）结束等待 & 返回run()中成功创建的Looper对象，使得Handler与该Looper对象绑定

步骤4：使用工作线程Handler向工作线程的消息队列发送消息

/**
  * 具体使用
  * 作用：在工作线程中，当消息循环时取出对应消息 & 在工作线程执行相关操作
  * 注：消息处理操作（HandlerMessage（））的执行线程 = mHandlerThread所创建的工作线程中执行
  */ 
  // a. 定义要发送的消息
  Message msg = Message.obtain();
  msg.what = 2; //消息的标识
  msg.obj = "B"; // 消息的存放
  // b. 通过Handler发送消息到其绑定的消息队列
  workHandler.sendMessage(msg);

/**
  * 源码分析：workHandler.sendMessage(msg)
  * 此处的源码即Handler的源码，故不作过多描述
  */ 

步骤5：结束线程，即停止线程的消息循环

/**
  * 具体使用
  */ 
  mHandlerThread.quit();

/**
  * 源码分析：mHandlerThread.quit()
  * 说明：
  *     a. 该方法属于HandlerThread类
  *     b. HandlerThread有2种让当前线程退出消息循环的方法：quit() 、quitSafely()
  */ 

  // 方式1：quit() 
  // 特点：效率高，但线程不安全
  public boolean quit() {
        Looper looper = getLooper();
        if (looper != null) {
            looper.quit(); 
            return true;
        }
        return false;
    }

  // 方式2：quitSafely()
  // 特点：效率低，但线程安全
  public boolean quitSafely() {
        Looper looper = getLooper();
        if (looper != null) {
            looper.quitSafely();
            return true;
        }
        return false;
    }

  // 注：上述2个方法最终都会调用MessageQueue.quit（boolean safe）->>分析1

/**
  * 分析1：MessageQueue.quit（boolean safe）
  */ 
    void quit(boolean safe) {
        if (!mQuitAllowed) {
            throw new IllegalStateException("Main thread not allowed to quit.");
        }
        synchronized (this) {
            if (mQuitting) {
                return;
            }
            mQuitting = true;


            if (safe) {
                removeAllFutureMessagesLocked(); // 方式1（不安全）会调用该方法 ->>分析2
            } else {
                removeAllMessagesLocked(); // 方式2（安全）会调用该方法 ->>分析3
            }
            // We can assume mPtr != 0 because mQuitting was previously false.
            nativeWake(mPtr);
        }
    }
/**
  * 分析2：removeAllMessagesLocked()
  * 原理：遍历Message链表、移除所有信息的回调 & 重置为null
  */ 
  private void removeAllMessagesLocked() {
    Message p = mMessages;
    while (p != null) {
        Message n = p.next;
        p.recycleUnchecked();
        p = n;
    }
    mMessages = null;
}
/**
  * 分析3：removeAllFutureMessagesLocked() 
  * 原理：先判断当前消息队列是否正在处理消息
  *      a. 若不是,则类似分析2移除消息
  *      b. 若是，则等待该消息处理处理完毕再使用分析2中的方式移除消息退出循环
  * 结论：退出方法安全与否（quitSafe（） 或 quit（）），在于该方法移除消息、退出循环时是否在意当前队列是否正在处理消息
  */ 
  private void removeAllFutureMessagesLocked() {

    final long now = SystemClock.uptimeMillis();
    Message p = mMessages;

    if (p != null) {
        // 判断当前消息队列是否正在处理消息
        // a. 若不是，则直接移除所有回调
        if (p.when > now) {
            removeAllMessagesLocked();
        } else {
        // b. 若是正在处理，则等待该消息处理处理完毕再退出该循环
            Message n;
            for (;;) {
                n = p.next;
                if (n == null) {
                    return;
                }
                if (n.when > now) {
                    break;
                }
                p = n;
            }
            p.next = null;
            do {
                p = n;
                n = p.next;
                p.recycleUnchecked();
            } while (n != null);
        }
    }
}

至此，关于HandlerThread源码的分析完毕。

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4. 总结

• 本文全面分析了多线程中HandlerThread的源码，总结如下
  

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