Android Handler机制详解原理

looper是整个跨线程通信的管理者

    // 内部持有的变量如下：
    threadlocal<looper>
    mainlooper
    observer
    messagequeue
    thread

1.首先先回忆一下handler怎么用

android线程通信分为以下两种情况

• 1.子线程发消息给ui线程
  
• 2.ui线程发消息给子线程
  
• 3.子线程发消息给另个子线程

1.子线程发消息给ui线程

class fragmentcontentactivity : appcompatactivity() {
    val flag = 1
    lateinit var handler: handler
    override fun oncreate(savedinstancestate: bundle?) {
        super.oncreate(savedinstancestate)
        setcontentview(r.layout.activity_main)
        handler = object : handler(looper.getmainlooper()) {
            override fun handlemessage(msg: message) {
                when (msg.what) {
                    flag -> {
                        findviewbyid<textview>(r.id.text).text = msg.data["text"].tostring()
                    }
                }
            }
        }
        thread {
            thread.sleep(2000l)
            handler.sendmessage(message.obtain().apply {
                what = flag
                data = bundle().apply {
                    this.putstring("text", "threadmessage")
                }
            })
        }
    }
}

2.ui线程/子线程发消息给子线程

class fragmentcontentactivity : appcompatactivity() {
    val thread_flag =2
    lateinit var threadhandler: handler
    override fun oncreate(savedinstancestate: bundle?) {
        super.oncreate(savedinstancestate)
        setcontentview(r.layout.activity_main)
        thread {
            looper.prepare()
            threadhandler = object :handler(looper.mylooper()!!){
                override fun handlemessage(msg: message) {
                    when(msg.what){
                        thread_flag -> {
                            toast.maketext(
                                this@fragmentcontentactivity,
                                "${msg.data["text"]}",
                                toast.length_short
                            ).show()
                        }
                    }
                }
            }
            looper.loop()
        }
    }

    override fun onresume() {
        super.onresume()
        findviewbyid<textview>(r.id.text).postdelayed({
           threadhandler.sendmessage(message.obtain().apply {
               what = thread_flag
               data = bundle().apply {
                   putstring("text","ui message")
               }
           })
        },2000l)
    }
}

**在子线程的使用中，我们发现必须要进行looper.prepare()和looper.loop()前后这两个操作，因此，带着这个疑问来看一下looper的逻辑
**

// 在调用prepare()之后一定要调用loop(),最后结束消息循环的时候调用quit()
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));
}
private looper(boolean quitallowed) {
    mqueue = new messagequeue(quitallowed);
    mthread = thread.currentthread();
}

prepare()就是将初始化一个looper对象放入到threadlocal中，初始化looper，同时mqueue

    public static void loop(){
    
    binder.clearcallingidentity()
for (;;) {
    message msg = queue.next(); // might block
 
    long origworksource = threadlocalworksource.setuid(msg.worksourceuid);
    try {
        // 其实 loop()只做了这一个调用，其他的都是监控当前消息循环时间是否超时，应该和anr有关
        msg.target.dispatchmessage(msg);
        if (observer != null) {
            observer.messagedispatched(token, msg);
        }
        dispatchend = needendtime ? systemclock.uptimemillis() : 0;
    } catch (exception exception) {
        if (observer != null) {
            observer.dispatchingthrewexception(token, msg, exception);
        }
        throw exception;
    } finally {
        threadlocalworksource.restore(origworksource);
        if (tracetag != 0) {
            trace.traceend(tracetag);
        }
    }
    if (logslowdelivery) {
        if (slowdeliverydetected) {
            if ((dispatchstart - msg.when) <= 10) {
                slog.w(tag, "drained");
                slowdeliverydetected = false;
            }
        } else {
            if (showslowlog(slowdeliverythresholdms, msg.when, dispatchstart, "delivery",
                    msg)) {
                // once we write a slow delivery log, suppress until the queue drains.
                slowdeliverydetected = true;
            }
        }
    }
    if (logslowdispatch) {
        showslowlog(slowdispatchthresholdms, dispatchstart, dispatchend, "dispatch", msg);
    }
    //消息实体回收
    msg.recycleunchecked();

可以看到looper.loop其实只是在for循环中，获取mqueue的下一个msg节点，然后调用msg.target.dispatchmessage(msg)。乍看只是msg对象内部的操作。

因为loop()其实逻辑上算死循环，这意味着，当前线程的自发的顺序执行命令到此结束了，只能通过其他线程触发handler机制，来被动的在当前线程执行命令，当前线程完全变成了一个响应线程

looper类只是初始化并开启线程死循环的一个开关，具体工作在messagequeue中进行

messagequeue 消息队列

队列内消息的添加不是直接调用messagequeue，而是由与looper相关联的handler调用

messagequeue的内部持有的变量如下： arraylist mmessages sparsearray idlehandler[] mblocked

messagequeue类的功能主要有：元素插入队列，获取队列的头部元素，查找队列中元素，综述就是对队列的增删改查，其中 mmessage就是这个队列的入口也是这个队列的头结点

  boolean enqueuemessage(message msg,long when) //msg 元素插入队列
  boolean hasmessages(handler h,int what,object object) //查找handler下的msg.what/object相同的msg
  boolean hasequalmessages(handler h,int what,object obj)//查找 msg.object.equal(obj)的msg
  removemessages(handler h,int what,object obj)/(handler h,runnable r,object obj)
  removeequalmessages(...) //删除与参数msg.object相同或equal的msg
  
  message next() //获取队列中的头部元素

可以看出，这些方法内部都调用了 synchronized(this),队列的操作都是线程同步的

message next() ->
...

// linux机制下的总线进入轮询，线程相当于挂起状态，nextpolltimeout是挂起多长时间
nativepollonce(ptr, nextpolltimeoutmillis);

synchronized (this) {

   final long now = systemclock.uptimemillis();
   message prevmsg = null;
   message msg = mmessages;
   //先判断msg.target是否为null，表示当前消息是不是异步消息
   if (msg != null && msg.target == null) {
   // stalled by a barrier.  find the next asynchronous message in the queue.
   //同步屏障：取出当前队列中的异步消息
   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.
           //重新计算线程进入挂起状态的时间
           nextpolltimeoutmillis = (int) math.min(msg.when - now, integer.max_value);
       } else {
           // got a message.
               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;
       }
   } else {
   // no more messages.
       nextpolltimeoutmillis = -1;
}
...

可以看出next()内部主要有两种获取msg的逻辑

1.当前消息都是普通消息，按照msg.when的大小排序，每一次循环执行，通过检测when是否大于now来决定是否获取msg，或是挂起当前线程。
2.当前消息中有异步消息，优先获取msg.isasynchronous()==true的，或者按照此异步消息的等待时间，来重新设置挂起线程的时间，从而达到精准的获取异步消息。

通俗的来讲就是说，当前所有普通消息按照预约的执行时间的先后来排队，这样可基本上既可以达到按照预约时间执行消息，也可以最大效率的在一定时间段内执行最多的消息，但是这忽略了每个消息的执行消耗的时间，比如a消息是队列内的no.1,a消息预约执行时间是1s之后，整个队列是等待状态的，这个时候来了b消息，b消息预约的时间是0.999s之后，按照预约时间的排队机制，b消息要插队到a消息之前，b成了这个队列的no.1，a成了no.2,整个队列的等待时间还是1s(因为之前设置了等待时间，所以不用唤醒)，但是b消息的执行过程长达0.5s，已经超过了之后的很多消息的预约执行时间点了，这样就不能保证某些重要的消息按时执行。

于是就有了异步消息同步屏障的机制，这相当于普通消息排队时来了一个vip消息，先按照预约时间找到自己的位置，然后大喝一声：“都把脚给我挪开，我的前面不允许有人”，这个时候排在他之前的普通消息就只能全部挪到队列的一边，然后队列重新按照这位vip消息，设置等待时间，期间新来的普通消息也插到队边等待，保证精准按时执行vip消息。等vip消息执行完，之后再把之前等待普通消息的队列合并执行。当然之前等待的消息全耽误了，但毕竟是普通消息不重要。

 // 同步屏障的方法，此方法只在 viewrootimpl类中调用
private int postsyncbarrier(long when) {
    // enqueue a new sync barrier token.
    // we don't need to wake the queue because the purpose of a barrier is to stall it.
    synchronized (this) {
        final int token = mnextbarriertoken++;
        final message msg = message.obtain();
        msg.markinuse();
        msg.when = when;
        msg.arg1 = token;
        //没有设置target
        message prev = null;
        message p = mmessages;
        if (when != 0) {
            while (p != null && p.when <= when) {
                prev = p;
                p = p.next;
            }
        }
        if (prev != null) { // invariant: p == prev.next
            msg.next = p;
            prev.next = msg;
        } else {
            msg.next = p;
        //mmessages变为同步屏障消息，next()下一次循环，首先获取到的是同步屏障
            mmessages = msg;
        }
        return token;
    }
    // viewrootimpl
 void scheduletraversals() {
        if (!mtraversalscheduled) {
        mtraversalscheduled = true;
        mtraversalbarrier = mhandler.getlooper().getqueue().postsyncbarrier();
        mchoreographer.postcallback(
                choreographer.callback_traversal, mtraversalrunnable, null);
        if (!munbufferedinputdispatch) {
            scheduleconsumebatchedinput();
        }
        notifyrendererofframepending();
        pokedrawlockifneeded();
    }
    
//设置同步屏障之后，通过设置了aysnc标记位的handler发送的msg都是异步消息，
//messagequeue也优先处理此类异步消息，直到移除同步屏障标记位，再恢复到普通消息队列。

由此可见，同步屏障的设置和view刷新机制有关，因为要保证vsync信号按时完成刷新操作，具体分析待续…
综述，异步消息可以保证精准的执行，但也因此消息事件的先后顺序被打乱，有可能在代码执行中执行了handler.sendmsg(1,time0.2)->asynchandler.sendmsg(2,time0.5),但是实际执行的是 2->1。

再看handler
handler的成员变量如下

mlooper ：初始化时获取当前线程的looper对象引用 mqueue ：通过looper.mqueue 获取到的messagequeue队列引用masynchronous ：标记当前handler是否发送异步消息 mcallback : handler自身的callback接口，此callback调用在message.callback之前mmessenger ：imessager 和进程通信相关

以上成员变量大都是final类型，表示handler也是在其使用上也是final类型，也就是说，没有办法通过将handler与context的生命周期相剥离来避免内存泄漏

handler的方法如下

    //handler 发送message第一种方法，设置message的what，data
    //不设置 runnable：callback 
    boolean sendmessage(message msg) -> boolean sendmessagedelayed(message msg,long delaytime)
    -> boolean sendmessageattime(message msg，systemclock.uptimemillis()+delaytime)
    -> mqueue.enqueuemessage(msg,uptime)
    //第二种方法，message只设置runnable:callback
    boolean postattime(runnable r,object token，long uptime)
    -> sendmessageattime(getpostmessage(r,token),uptime)
    --> message getpostmessage(runnable r,object token){
        message.obtain().callback=r
        ...
        }
   //移除message和检验message
   removemessages() 
   hasmessages()
   ...
   //message 回调执行
   void dispatchmessage(message msg){
       if(msg.callback!=null){
           handlecallback(msg) ->
       }else{
           if(mcallback!=null){
            mcallback.handlemessage(msg)
           }
           handlemessage(msg)
   }
   //可以看到 message的回调分为三个等级
   //no.1 msg自身的callback
   //no.2 handler自身的mcallback成员变量，mcallback是final类型
   //no.3 handler的子类重载的handlemessage方法

message

message 实现了parcelable接口，也就是说可以作为进程间通信的载体

message成员变量如下

    int what //handler发送主体下的message的消息码
    int arg1 //低成本的参数传递
    int arg2 
    object obj //可以为空的token对象，一般在进程通信中用到
    bundle data //线程通信中常用的参数容器
    handler target //发送主体
    runnable callback //message自身回调
    messenger replyto   //进程通信，一般在ams中用到
    ------
    // message缓存池相关
    object spoolsync = new object() // 同步标记
    messsage next 
    static message spool
    static int spoolsize

message方法如下

    //可以看出这是一个非常巧妙的方法
    static message obtain(){
        synchronized(spoolssync){
            if(spools!=null){
                message m= spool;
                spool = m.next;
                m.next = null;
                spoolsize--;
                return m;
              }
        }
        return new message();
    }
    //主体上是一个带缓存池链表的同步工厂模式，同时也考虑到较多线程阻塞时
    //可以直接声明初始化对象
    
    //回收message对象到缓存池链表
    void recycleunchecked(){
        ...参数=null
        synchronized(spoolsync){
            if(spoolsize < max_size){
                next = spool;
                spools = this;
                spoolsize++;
          }
       }
    }   

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