Handler原理分析

在android开发中，经常会在子线程中进行一些操作，当操作完毕后会通过handler发送一些数据给主线程，通知主线程做相应的操作。 探索其背后的原理：子线程 handler 主线程 其实构成了线程模型中的经典问题 生产者-消费者模型。 生产者-消费者模型：生产者和消费者在同一时间段内共用同一个存储空间，生产者往存储空间中添加数据，消费者从存储空间中取走数据。

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好处： - 保证数据生产消费的顺序（通过MessageQueue,先进先出） - 不管是生产者(子线程)还是消费者（主线程）都只依赖缓冲区（handler），生产者消费者之间不会相互持有，使他们之间没有任何耦合

Handler机制的相关类

Hanlder：发送和接收消息 Looper：用于轮询消息队列，一个线程只能有一个Looper Message： 消息实体MessageQueue： 消息队列用于存储消息和管理消息

创建Looper

创建Looper的方法是调用Looper.prepare() 方法

在ActivityThread中的main方法中为我们prepare了

public static void main(String[] args) {
  Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "ActivityThreadMain");
  //其他代码省略...
  Looper.prepareMainLooper(); //初始化Looper以及MessageQueue
  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(); //开始轮循操作
  throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
}

Looper.prepareMainLooper();

public static void prepareMainLooper() {
  prepare(false);//消息队列不可以quit
  synchronized (Looper.class) {
    if (sMainLooper != null) {
      throw new IllegalStateException("The main Looper has already been prepared.");
    }
    sMainLooper = myLooper();
  }
}

prepare有两个重载的方法，主要看 prepare(boolean quitAllowed) quitAllowed的作用是在创建MessageQueue时标识消息队列是否可以销毁， 主线程不可被销毁 下面有介绍

public static void prepare() {
   prepare(true);//消息队列可以quit
}
private static void prepare(boolean quitAllowed) {
  if (sThreadLocal.get() != null) {//不为空表示当前线程已经创建了Looper
    throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
    //每个线程只能创建一个Looper
  }
  sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));//创建Looper并设置给sThreadLocal，这样get的时候就不会为null了
}

创建MessageQueue以及Looper与当前线程的绑定

private Looper(boolean quitAllowed) {
  mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);//创建了MessageQueue
  mThread = Thread.currentThread(); //当前线程的绑定
}

MessageQueue的构造方法

MessageQueue(boolean quitAllowed) {
  //mQuitAllowed决定队列是否可以销毁 主线程的队列不可以被销毁需要传入false, 在MessageQueue的quit()方法就不贴源码了
  mQuitAllowed = quitAllowed;
  mPtr = nativeInit();
}

Looper.loop()

同时是在main方法中 Looper.prepareMainLooper() 后Looper.loop(); 开始轮询

public static void loop() {
  final Looper me = myLooper();//里面调用了sThreadLocal.get()获得刚才创建的Looper对象
  if (me == null) {
    throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
  }//如果Looper为空则会抛出异常
  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();

  for (;;) {
  //这是一个死循环，从消息队列不断的取消息
  Message msg = queue.next(); // might block
  if (msg == null) {
  //由于刚创建MessageQueue就开始轮询，队列里是没有消息的,等到Handler sendMessageenqueueMessage后
  //队列里才有消息
  // 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
  Printer logging = me.mLogging;
  if (logging != null) {
    logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " +msg.callback + ": " + msg.what);
  }

  msg.target.dispatchMessage(msg);//msg.target就是绑定的Handler，详见后面Message的部分，Handler开始
  //后面代码省略.....
  
  msg.recycleUnchecked();
  } 
}

创建Handler

最常见的创建handler

Handler handler=new Handler(){
  @Override
  public void handleMessage(Message msg) {
    super.handleMessage(msg);
  }
};

在内部调用 this(null, false);

public Handler(Callback callback, boolean async) {
  //前面省略
  mLooper = Looper.myLooper();//获取Looper，**注意不是创建Looper**！
  if (mLooper == null) {
    throw new RuntimeException("Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");
  }
  mQueue = mLooper.mQueue;//创建消息队列MessageQueue
  mCallback = callback; //初始化了回调接口
  mAsynchronous = async;
}

Looper.myLooper()；

   //这是Handler中定义的ThreadLocal ThreadLocal主要解多线程并发的问题
   // sThreadLocal.get() will return null unless you've called prepare().
  static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();
  public static @Nullable Looper myLooper() {
    return sThreadLocal.get();
  }

sThreadLocal.get() will return null unless you’ve called prepare(). 这句话告诉我们get可能返回null 除非先调用prepare()方法创建Looper。在前面已经介绍了

创建Message

可以直接new Message 但是有更好的方式 Message.obtain。因为可以检查是否有可以复用的Message,用过复用避免过多的创建、销毁Message对象达到优化内存和性能的目地

public static Message obtain(Handler h) {
    Message m = obtain();//调用重载的obtain方法
    m.target = h;//并绑定的创建Message对象的handler

    return m;
}

public static Message obtain() {
    synchronized (sPoolSync) {//sPoolSync是一个Object对象，用来同步保证线程安全
        if (sPool != null) {//sPool是就是handler dispatchMessage 后 通过recycleUnchecked 回收用以复用的Message
        Message m = sPool;
        sPool = m.next;
        m.next = null;
        m.flags = 0; // clear in-use flag
        sPoolSize--;
        return m;
        }
    }
    return new Message();
}

Message和Handler的绑定

创建Message的时候可以通过 Message.obtain(Handler h) 这个构造方法绑定。当然可以在 在Handler 中的enqueueMessage（）也绑定了，所有发送Message的方法都会调用此方法入队，所以在创建Message的时候是可以不绑定的

private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
    msg.target = this; //绑定
    if (mAsynchronous) {
        msg.setAsynchronous(true);
    }
    return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}

Handler发送消息

Handler发送消息的重载方法很多，但是主要只有2种。 sendMessage(Message) sendMessage方法通过一系列重载方法的调用，sendMessage调用sendMessageDelayed，继续调用sendMessageAtTime，继续调用enqueueMessage，继续调用messageQueue的enqueueMessage方法，将消息保存在了消息队列中，而最终由Looper取出，交给Handler的dispatchMessage进行处理
我们可以看到在dispatchMessage方法中，message中callback是一个Runnable对象，如果callback不为空，则直接调用callback的run方法，否则判断mCallback是否为空，mCallback在Handler构造方法中初始化，在主线程通直接通过无参的构造方法new出来的为null,所以会直接执行后面的handleMessage()方法。

public void dispatchMessage(Message msg) {
    if (msg.callback != null) {//callback在message的构造方法中初始化或者使用handler.post(Runnable)时候才不为空
    handleCallback(msg);
    } else {
        if (mCallback != null) {//mCallback是一个Callback对象，通过无参的构造方法创建出来的handler，该属性为null，此段不执行
            if (mCallback.handleMessage(msg)) {
                return;
            }
        }
        handleMessage(msg);//最终执行handleMessage方法
    }
 }

Handler处理消息

在handleMessage(Message)方法中，我们可以拿到message对象，根据不同的需求进行处理，整个Handler机制的流程就结束了。

小结

handler.sendMessage 发送消息到消息队列MessageQueue，然后looper调用自己的loop()函数带动MessageQueue从而轮询messageQueue里面的每个Message，当Message达到了可以执行的时间的时候开始执行，执行后就会调用message绑定的Handler来处理消息。大致的过程如下图所示

image.png

handler机制就是一个传送带的运转机制。
1）MessageQueue就像履带。
2）Thread就像背后的动力，就是我们通信都是基于线程而来的。
3）传送带的滚动需要一个开关给电机通电，那么就相当于我们的loop函数，而这个loop里面的for循环就会带着不断的滚动，去轮询messageQueue
4）Message就是 我们的货物了。