Android消息机制--Handler Looper Message

Handler Messsage基本功能介绍

Handler Message是安卓系统提供不同线程间通讯的一种机制。其中handler负责发送消息,处理消息,Message 负责携带数据,MessageQueue负责存储消息,以队列的形式对外提供插入和删除操作。Looper负责循环从MessageQueue取消息。

源码解析

  首先看一下handler发送消息的几种用法
// post有两种方法
  public final boolean post(Runnable r)
    {
       return  sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);
    }

  public final boolean postDelayed(Runnable r, long delayMillis)
    {
        return sendMessageDelayed(getPostMessage(r), delayMillis);
    }

//sendEmptyMessage有两种方法
  public final boolean sendEmptyMessage(int what)
    {
        return sendEmptyMessageDelayed(what, 0);
    }

    public final boolean sendEmptyMessageDelayed(int what, long delayMillis) {
        Message msg = Message.obtain();
        msg.what = what;
        return sendMessageDelayed(msg, delayMillis);
    }

//sendMessage有两种方法
    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);
    }

根据上述代码得知,以上前五种方法最后都会调用sendMessageDelayed(msg,delayMillis);所以这几种方法在本质上并没有区别,只不过使用方式有所区别。

   接下来我们看一下Looper是怎么创建的
微信截图_20200316112718.png

通过流程图得知,在主线程的main方法里调用了Looper.prepareMainLooper方法


    public static void main(String[] args) {
       ...

        //创建Looper对象
        Looper.prepareMainLooper(); 
...
        //循环取消息
        Looper.loop();

        throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
    }

    public static void prepareMainLooper() {
         //一个静态内部类创建Looper 保证单个线程Looper唯一性
        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");
        }
        //将创建的Looper对象方法threadLocal Map对象里,map的key是UI线程
        sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));
    }

   private Looper(boolean quitAllowed) {
        mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
        mThread = Thread.currentThread();
    }

prepareMainLooper()方法调用了prepare()方法,prepare方法通过new Looper()创建了Looper对象并放在了threadLocal里面。

 然后我们看一下new Handler() 做了哪些事情呢?
handler.png

由上图得知,我们在new Handler构造方法里,分别获取了mLooper对象和MessageQueue对象,这两个对象也就是ActivityThread 中mian方法所创建的,这也就是为什么子线程不能直接new handler()。

   public Handler(Callback callback, boolean async) {
        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());
            }
        }
  //因为主线程已经创建了looper,所以这里可以直接获取到,而子线程是不能直接获取的
        mLooper = Looper.myLooper();
        if (mLooper == null) {
            throw new RuntimeException(
                "Can't create handler inside thread " + Thread.currentThread()
                        + " that has not called Looper.prepare()");
        }
//获取消息队列,一个消息队列绑定一个Looper对象
        mQueue = mLooper.mQueue;
        mCallback = callback;
        mAsynchronous = async;
    }

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

  然后我们看一下handler内部是如何发送消息的?
存消息.png

由上图得知,handler在sendMessage()之后,msg最终存到了MessageQueue里面,MessageQueue里面有一个mMessages全局变量,传过来的Msg赋值给了这个变量。

   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);
    }


    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;
//给全局变量mMessages赋值
                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;
    }

最后handler是如何取消息的呢?
取.png

在ActivityThread的main方法里面除了有一个Looper.prepareMainLooper()还有个Looper.loop方法,这是一个轮询方法,无限循环的从MessageQueue里面取消息,并通过handler里面的dispatchMessage()方法将msg返回。(这里值得注意的是这个loop方法虽然是死循环,但是并不会造成ANR是因为这里调用了ndk里面的JNI方法,使主线程释放CPU资源进入休眠状态)

 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();

        // Allow overriding a threshold with a system prop. e.g.
        // adb shell 'setprop log.looper.1000.main.slow 1 && stop && start'
        final int thresholdOverride =
                SystemProperties.getInt("log.looper."
                        + Process.myUid() + "."
                        + Thread.currentThread().getName()
                        + ".slow", 0);

        boolean slowDeliveryDetected = false;

        for (;;) {
//从MessageQueue里面取msg
            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;
            long slowDispatchThresholdMs = me.mSlowDispatchThresholdMs;
            long slowDeliveryThresholdMs = me.mSlowDeliveryThresholdMs;
            if (thresholdOverride > 0) {
                slowDispatchThresholdMs = thresholdOverride;
                slowDeliveryThresholdMs = thresholdOverride;
            }
            final boolean logSlowDelivery = (slowDeliveryThresholdMs > 0) && (msg.when > 0);
            final boolean logSlowDispatch = (slowDispatchThresholdMs > 0);

            final boolean needStartTime = logSlowDelivery || logSlowDispatch;
            final boolean needEndTime = logSlowDispatch;

            if (traceTag != 0 && Trace.isTagEnabled(traceTag)) {
                Trace.traceBegin(traceTag, msg.target.getTraceName(msg));
            }

            final long dispatchStart = needStartTime ? SystemClock.uptimeMillis() : 0;
            final long dispatchEnd;
            try {
                msg.target.dispatchMessage(msg);
                dispatchEnd = needEndTime ? SystemClock.uptimeMillis() : 0;
            } finally {
                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);
            }

            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();
        }
    }

//通过dispatchMessage方法将msg传出去
    public void dispatchMessage(Message msg) {
        if (msg.callback != null) {
//对应handler.post()方法
            handleCallback(msg);
        } else {
            if (mCallback != null) {
                if (mCallback.handleMessage(msg)) {
                    return;
                }
            }
            handleMessage(msg);
        }
    }

另外补充一下常见面试问题:
1.Handler是如何实现线程切换的?
答:其实就是这个消息发送的过程,我们在不同的线程发送消息,线程之间的资源是共享的。也就是任何变量在任何线程都可以修改,只要做并发操作就好了。插入队列就是加锁的synchronized,Handler中我们使用的是同一个MessageQueue对象,同一时间只能一个线程对消息进行入队操作。handler在子线程通过sendMessage将消息存储到队列中后,主线程的Looper还在一直循环loop()处理。这样主线程就能拿到子线程存储的Message对象,也就完成了线程的切换。

  1. handler 是如何实现延时发送消息的?
    答:MessageQueue中enqueueMessage方法主要负责将从handler发送过来的message根据when的大小来添加到单向链表中,when的数据越大在链表中的位置越靠后,delay消息会一直阻塞线程,直到延迟走完,或者下一个消息到来。

至此我们对handle message整个流程有了一个完整的分析,相信以后再使用handler的时候会有一个更清晰的认识。

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