概述
阅读前需要对handler有一些基本的认识。这里先简要概述一下:
一、handler基本认识
1、基本组成
完整的消息处理机制包含四个要素:
Message
(消息):信息的载体MessageQueue
(消息队列):用来存储消息的队列Looper
(消息循环):负责检查消息队列中是否有消息,并负责取出消息Handler
(发送和处理消息):把消息加入消息队列中,并负责分发和处理消息
2、基本使用方法
Handler的简单用法如下:
Handler handler = new Handler(){ @Override public void handleMessage(@NonNull Message msg) { super.handleMessage(msg); } }; Message message = new Message(); handler.sendMessage(message);
注意在非主线程中的要调用Looper.prepare()
和 Looper.loop()
方法
3、工作流程
其工作流程如下图所示:
工作流程 从发送消息到接收消息的流程概括如下:
- 发送消息
- 消息进入消息队列
- 从消息队列里取出消息
- 消息的处理
下面就一折四个步骤分析一下相关源码:
二、发送消息
handle
有两类发送消息的方法,它们在本质上并没有什么区别:
sendXxxx()
- boolean sendMessage(Message msg)
- boolean sendEmptyMessage(int what)
- boolean sendEmptyMessageDelayed(int what, long delayMillis)
- boolean sendEmptyMessageAtTime(int what, long uptimeMillis)
- boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis)
- boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis)
- boolean sendMessageAtFrontOfQueue(Message msg)
postXxxx()
- boolean post(Runnable r)
- boolean postAtFrontOfQueue(Runnable r)
- boolean postAtTime(Runnable r, long uptimeMillis)
- boolean postAtTime(Runnable r, Object token, long uptimeMillis)
- boolean postDelayed(Runnable r, long delayMillis)
- boolean postDelayed(Runnable r, Object token, long delayMillis)
这里不分析具体的方法特性,它们最终都是通过调用sendMessageAtTime()
或者sendMessageAtFrontOfQueue
实现消息入队的操作,唯一的区别就是post
系列方法在消息发送前调用了getPostMessage
方法:
private static Message getPostMessage(Runnable r) { Message m = Message.obtain(); m.callback = r; return m; }
需要注意的是:sendMessageAtTime()
再被其他sendXxx
调用时,典型用法为:
sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis);
若调用者没有指定延迟时间,则消息的执行时间即为当前时间,也就是立即执行。Handler所暴露的方法都遵循这种操作,除非特别指定,msg消息执行时间就为:当前时间加上延迟时间,本质上是个时间戳。当然,你也可以任意指定时间,这个时间稍后的消息插入中会用到。 代码很简单,就是讲调用者传递过来的Runnable回调赋值给message
(用处在消息处理中讲)。 sendMessageAtTime()
和sendMessageAtFrontOfQueue
方法都会通过enqueueMessage
方法实现消息的入栈:
private boolean enqueueMessage(@NonNull MessageQueue queue, @NonNull Message msg, long uptimeMillis) { msg.target = this; msg.workSourceUid = ThreadLocalWorkSource.getUid(); if (mAsynchronous) { msg.setAsynchronous(true); } return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis); }
代码很简单,主要有以下操作:
- 让
message
持有发送它的Handler
的引用(这也是处理消息时能找到对应handler的关键) - 设置消息是否为异步消息(异步消息无须排队,通过同步屏障,插队执行)
- 调用
MessageQueue
的enqueueMessage
方法将消息加入队列
三、消息进入消息队列
1、入队前的准备工作
enqueueMessage
方法是消息加入到MessageQueue
的关键,下面分段来分析一下:
boolean enqueueMessage(Message msg, long when) { if (msg.target == null) { throw new IllegalArgumentException("Message must have a target."); } //...省略下文代码 }
这端代码很简单:判断message
的target
是否为空,为空则抛出异常。其中,target
就是上文Handler.enqueueMessage
里提到到Handler
引用。 接下来下来开始判断和处理消息
boolean enqueueMessage(Message msg, long when) { //...省略上文代码 synchronized (this) { if (msg.isInUse()) { throw new IllegalStateException(msg + " This message is already in use."); } 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; //...省略下文代码 } //...省略下文代码 }
首先加一个同步锁,接下来所有的操作都在synchronized
代码块里运行 然后两个if语句用来处理两个异常情况:
- 判断当前
msg
是否已经被使用,若被使用,则排除异常; - 判断消息队列(
MessageQueue
)是否正在关闭,如果是,则回收消息,返回入队失败(false)给调用者,并打印相关日志
若一切正常,通过markInUse
标记消息正在使用(对应第一个if的异常),然后设置消息发送的时间(机器系统时间)。 接下来开始执行插入的相关操作
2、将消息加入队列
继续看enqueueMessage
的代码实现
boolean enqueueMessage(Message msg, long when) { //...省略上文代码 synchronized (this) { //...省略上文代码 //步骤1 Message p = mMessages; boolean needWake; //步骤2 if (p == null || when == 0 || when < p.when) { msg.next = p; mMessages = msg; needWake = mBlocked; } else { needWake = mBlocked && p.target == null && msg.isAsynchronous(); //步骤3 Message prev; for (;;) { prev = p; p = p.next; if (p == null || when < p.when) { break; } if (needWake && p.isAsynchronous()) { needWake = false; } } msg.next = p; prev.next = msg; } if (needWake) { nativeWake(mPtr); } } //步骤4 return true; }
首先说明MessageQueue
使用一个单向链表维持着消息队列的,遵循先进先出的软解。 分析上面这端代码:
第一步:mMessages
就是表头,首先取出链表头部。
第二步:一个判断语句,满足三种条件则直接将msg作为表头:
- 若表头为空,说明队列内没有任何消息,msg直接作为链表头部;
- when == 0 说明消息要立即执行(例如
sendMessageAtFrontOfQueue
方法,但一般的发送的消息除非特别指定都是发送时的时间加上延迟时间),msg插入作为链表头部; when < p.when
,说明要插入的消息执行时间早于表头,msg插入作为链表头部。
第三步:通过循环不断的比对队列中消息的执行时间和插入消息的执行时间,遵循时间戳小的在前原则,将消息插入和合适的位置。
第四步:返回给调用者消息插入完成。
需要注意代码中的needWake
和nativeWake
,它们是用来唤醒当前线程的。因为在消息取出端,当前线程会根据消息队列的状态进入阻塞状态,在插入时也要根据情况判断是否需要唤醒。
接下来就是从消息队列中取出消息了
四、从消息队列里取出消息
依旧是先看看准备准备工作
1、准备工作
在非主线程中使用Handler,必须要做两件事
Looper.prepare()
:创建一个LoopLooper.loop()
:开启循环
我们先不管它的创建,直接分段看啊循环开始的代码:首先是一些检查和判断工作,具体细节在代码中已注释
public static void loop() { //获取loop对象 final Looper me = myLooper(); if (me == null) { //若loop为空,则抛出异常终止操作 throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread."); } if (me.mInLoop) { //loop循环重复开启 Slog.w(TAG, "Loop again would have the queued messages be executed" + " before this one completed."); } //标记当前loop已经开启 me.mInLoop = true; //获取消息队列 final MessageQueue queue = me.mQueue; //确保权限检查基于本地进程, Binder.clearCallingIdentity(); final long ident = Binder.clearCallingIdentity(); final int thresholdOverride = SystemProperties.getInt("log.looper." + Process.myUid() + "." + Thread.currentThread().getName() + ".slow", 0); boolean slowDeliveryDetected = false; //...省略下文代码 }
2、loop中的操作
接下来就是循环的正式开启,精简关键代码:
public static void loop() { //...省略上文代码 for (;;) { //步骤一 Message msg = queue.next(); if (msg == null) { //步骤二 return; } //...省略非核心代码 try { //步骤三 msg.target.dispatchMessage(msg); //... } catch (Exception exception) { //...省略非核心代码 } finally { //...省略非核心代码 } //步骤四 msg.recycleUnchecked(); } }
分步骤分析上述代码:
步骤一:从消息队列MessageQueue
中取出消息(queue.next()可能会造成阻塞,下文会讲到)
步骤二:如果消息为null,则结束循环(消息队列中没有消息并不会返回null,而是在队列关闭才会返回null,下文会讲到)
步骤三:拿到消息后开始消息的分发
步骤四:回收已经分发了的消息,然后开始新一轮的循环取数据
2.1 MessageQueue的next方法
我们先只看第一步消息的取出,其他的在稍后小节再看,queue.next()
代码较多,依旧分段来看
Message next() { //步骤一 final long ptr = mPtr; if (ptr == 0) { return null; } //步骤二 int pendingIdleHandlerCount = -1; //步骤三 int nextPollTimeoutMillis = 0; //...省略下文代码 }
第一步:如果消息循环已经退出并且已经disposed
之后,直接返回null,对应上文中Loop
通过queue.next()取消息拿到null后退出循环
第二部:初始化IdleHandler
计数器
第三部:初始化native需要用的判断条件,初始值为0,大于0表示还有消息等待处理(延时消息未到执行时间),-1则表示没有消息了。
继续分析代码:
Message next() { //...省略上文代码 for(;;){ if (nextPollTimeoutMillis != 0) { Binder.flushPendingCommands(); } nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis); //...省略下文代码 } }
这一段比较简单:
开启一个无限循环
nextPollTimeoutMillis != 0
表示消息队列里没有消息或者所有消息都没到执行时间,调用nativeBinder.flushPendingCommands()
方法,在进入阻塞之前跟内核线程发送消息,以便内核合理调度分配资源
再次调用native方法,根据nextPollTimeoutMillis
判断,当为-1时,阻塞当前线程(在新消息入队时会重新进入可运行状态),当大于0时,说明有延时消息,nextPollTimeoutMillis
会作为一个阻塞时间,也就是消息在多就后要执行。
继续看代码:
Message next() { //...省略上文代码 for(;;){ //...省略上文代码 //开启同步锁 synchronized (this) { final long now = SystemClock.uptimeMillis(); //步骤一 Message prevMsg = null; Message msg = mMessages; //步骤二 if (msg != null && msg.target == null) { do { prevMsg = msg; msg = msg.next; } while (msg != null && !msg.isAsynchronous()); } //步骤三 if (msg != null) { //步骤四 if (now < msg.when) { nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE); } else { //步骤五 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 { //步骤六 nextPollTimeoutMillis = -1; } } //...省略下文IdleHandler相关代码 } }
分析一下代码:
第一步:获取到队列头部
第二步:判断当前消息是否为同步消息(异步消息的target
为null),开启循环直到发现同步消息为止
第三步:判断消息是否为null,不为空执行第四步,为空执行第六步;
第四步:判断消息执行的时间,如果大于当前时间,给前文提到的nextPollTimeoutMillis
赋新值(当前时间和消息执行时间的时间差),在这一步基本完成了本次循环所有的取消息操作,如果当前消息没有到达执行时间,本次循环结束,新循环开始,就会使用上文中提到的nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis)
;方法进入阻塞状态
第五步:从消息队列中取出需要立即执行的消息,结束整个循环并返回。
第六部:消息队列中没有消息,标记nextPollTimeoutMillis
,以便下一循环进入阻塞状态
剩下的代码就基本上是IdleHandler的处理和执行了,在IdleHandler
小节里进行讲解,这里就不展开说明了。
五、消息的处理
还记得上文中loop方法中的msg.target.dispatchMessage(msg)
;吗? 消息就是通过dispatchMessage
方法进行分发的。其中target是msg所持有的发送它的handler
的引用,它在发送消息时被赋值。 dispatchMessage
的源码如下:
public void dispatchMessage(@NonNull Message msg) { if (msg.callback != null) { handleCallback(msg); } else { if (mCallback != null) { if (mCallback.handleMessage(msg)) { return; } } handleMessage(msg); } }
代码很简单,通过判断Message
是否有Runable
来决定是调用callback
还是调用handleMessage
方法,交给你定义的Handler去处理。需要注意的是,callback
虽然是一个Runable
,但是它并没有调用run方法,而是直接执行。这说明它并没有开启新的线程,就是作为一个方法使用(如果一开始Handler使用kotlin写的话,此处或许就是一个高阶函数了)。
六、其他关键点
上面讲完了消息处理的主流程,接下来讲一下主流程之外的关键点源码
1、 Loop的创建
还记得上文中的说到的在非主线程中的要调用Looper.prepare()
和 Looper.loop()
方法吗?这两个方法可以理解为初始化Loop和开启loop
循环,而主线程中无需这么做是因为在app启动的main方法中,framework
层已经帮我们做了。我们分别来看这两个方法:
static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>(); public static void prepare() { prepare(true); } 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(); }
这里首先使用了一个静态的ThreadLocal
确保Loop的唯一性,同时做到线程隔离,使得一个线程有且只有一个Loop实例。接着初始化Loop,同时创建MessageQueue
(quitAllowed设置是否允许退出)。在这一步实现了Loop和消息队列的关联。
需要注意的是,Loop的构造方式是私有的,我们只能通过prepare 区创建,然后通过myLooper方法去获取。
public static @Nullable Looper myLooper() { return sThreadLocal.get(); }
ThreadLocal.get源码:
public T get() { Thread t = Thread.currentThread(); ThreadLocalMap map = getMap(t); if (map != null) { ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this); if (e != null) { @SuppressWarnings("unchecked") T result = (T)e.value; return result; } } return setInitialValue(); } ThreadLocalMap getMap(Thread t) { return t.threadLocals; }
可以看到,每个Thread
都持有一个ThreadLocalMap
,它和HashMap使用相同的数据结构,使用ThreadLocal
作为key值,value就是Loop实例。不难发现:我们只能获取到当前线程的Loop实例。
Loop也提供了主线程中初始化的办法prepareMainLooper
,但是这个方法明确说明不允许调用,只能由系统自己调用。 这基本上就是Loop创建的关键了,也是在这里完成了Loop和消息队列以及线成之间的关联。
2、Handler的创建
Handler的构造函数有以下几个:
- public Handler()
- public Handler(Callback callback)
- public Handler(Looper looper)
- public Handler(Looper looper, Callback callback)
- public Handler(boolean async)
- public Handler(Callback callback, boolean async)
- public Handler(Looper looper, Callback callback, boolean async)
其中第一个和第二个已经被废弃了,实际上第1~5个构造方法都是通过调用public Handler
(Callback callback, boolean async)或public Handler
(Looper looper, Callback callback, boolean async)实现的,它们的源码如下:
public Handler(@NonNull Looper looper, @Nullable Callback callback, boolean async) { mLooper = looper; mQueue = looper.mQueue; mCallback = callback; mAsynchronous = async; } public Handler(@Nullable 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()); } } mLooper = Looper.myLooper(); if (mLooper == null) { //注意这个异常,loop不能为空的,首先要Looper.prepare(); throw new RuntimeException( "Can't create handler inside thread " + Thread.currentThread() + " that has not called Looper.prepare()"); } mQueue = mLooper.mQueue; mCallback = callback; mAsynchronous = async; }
两个方法最大的区别就是一个使用传递过来的loop,一个直接使用当前线程的loop,然后就是相同的一些初始化操作了。这里就出现了一个关键点handler处理消息所处的线程和创建它的线程无关,而是和创建它时loop的线程有关的。
这也是Handler能实现线程切换的原因所在: handler的执行跟创建handler的线程无关,跟创建looper的线程相关,假如在子线程中创建一个Handler,但是Handler相关的Looper是主线程的,那么如果handler执行post一个runnable,或者sendMessage,最终的handle Message都是在主线程中执行的。
3、Message的创建、回收和复用机制
我们可以直接使用new关键字去创建一个Message:
Message message = new Message();
但是这种做法并不被推荐,官方提供了以下几个方法供用户创建message
:
这些方法除了形参有些区别,用来给message不同的成员变量赋值之外,本质上都是通过 obtain()来创建Message:
public static final Object sPoolSync = new Object(); Message next; private static Message sPool; 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(); }
这端代码很简单,Message
内部维持了一个单线链表,使用sPool作为头部,用来存储Message
实体。可以发现,每次调用者需要一个新的消息的时候,都会先从链表的头部去取,有消息就直接返回。没有消息才会创建一个新的消息。
那么这个链表是在何时插入消息的呢?接下来看Message的回收:
public static final Object sPoolSync = new Object(); private static final int MAX_POOL_SIZE = 50; void recycleUnchecked() { flags = FLAG_IN_USE; what = 0; arg1 = 0; arg2 = 0; obj = null; replyTo = null; sendingUid = UID_NONE; workSourceUid = UID_NONE; when = 0; target = null; callback = null; data = null; synchronized (sPoolSync) { if (sPoolSize < MAX_POOL_SIZE) { next = sPool; sPool = this; sPoolSize++; } } }
该方法在每次消息从MessageQueue
队列取出分发时都会被调用,就是在上文提到的Loop.loop()方法里。 代码也很简单,首先将Message的成员变量还原到初始状态,然后采用头插法将回收后的消息插入到链表之中(限制了最大容量为50)。而且插入和取出的操作,都是使用的同一把锁,保证了安全性。
注意插入和取出都是对链表的头部操作,这里和消息队列里就不太一样了。虽然都是使用单向链表,回收时使用头插和头取,先进后出,是个栈。而在MessageQueue
里是个队列,遵循先进先出的原则,而且插入的时候是根据消息的状态确定位置,并没有固定的插入节点。
这是一个典型的享元模式,最大的特点就是复用对象,避免重复创建导致的内存浪费。这也是为什么android官方推荐使用这种方式创建消息的原因:就是为了提高效率减少性能开销。
4、 IdleHandler
IdleHandler
的定义很简单,就是一个定义在MessageQueue
里的接口:
public static interface IdleHandler { boolean queueIdle(); }
根据官方的解释,在 Looper循环的过程中,每当消息队列出现空闲:没有消息或者没到任何消息的执行时间需要滞后执行的时候,queueIdle
方法就会被执行,而其返回的布尔值标识IdleHandler 是永久的还是一次性的:
ture:
永久的,一旦空闲,就会执行false:
一次性的,只有第一次空闲时会执行
它的使用方法如下:
Looper.getMainLooper().getQueue().addIdleHandler(new MessageQueue.IdleHandler() { @Override public boolean queueIdle() { return true; } });
看一下addIdleHandler
的实现
private final ArrayList<IdleHandler> mIdleHandlers = new ArrayList<IdleHandler>(); public void addIdleHandler(@NonNull IdleHandler handler) { if (handler == null) { throw new NullPointerException("Can't add a null IdleHandler"); } synchronized (this) { mIdleHandlers.add(handler); } }
代码很简单,就是一个List来保存接口的实现。那么它是怎么实现在出现空闲时调用呢?
还记得在上文MessageQueue
的next
方法中省略的代码吗?
Message next() { //...省略不相关代码 //步骤一 int pendingIdleHandlerCount = -1; // -1 只存在第一次迭代中 for (;;) { //...省略不相关代码 //步骤二 if (pendingIdleHandlerCount < 0 && (mMessages == null || now < mMessages.when)) { pendingIdleHandlerCount = mIdleHandlers.size(); } //步骤三 if (pendingIdleHandlerCount <= 0) { // No idle handlers to run. Loop and wait some more. mBlocked = true; continue; } //步骤四 if (mPendingIdleHandlers == null) { mPendingIdleHandlers = new IdleHandler[Math.max(pendingIdleHandlerCount, 4)]; } mPendingIdleHandlers = mIdleHandlers.toArray(mPendingIdleHandlers); } //步骤五 for (int i = 0; i < pendingIdleHandlerCount; i++) { final IdleHandler idler = mPendingIdleHandlers[i]; mPendingIdleHandlers[i] = null; // release the reference to the handler boolean keep = false; //步骤六 try { keep = idler.queueIdle(); } catch (Throwable t) { Log.wtf(TAG, "IdleHandler threw exception", t); } //步骤七 if (!keep) { synchronized (this) { mIdleHandlers.remove(idler); } } } //步骤八 pendingIdleHandlerCount = 0; } }
接下来分步骤分析一下代码:
第一步:在取消息的循环开始前创建局部变量pendingIdleHandlerCount
用来记录IdleHandler的数量,只在循环开始时为-1;
第二步:当没有取到Message
消息(没有消息或者没有可立即执行的消息,也没有进去阻塞状态)或者消息需要延后执行,为pendingIdleHandlerCount
赋值记录IdleHandler
的数量;
第三步:判断IdleHandler的数量,如果没有IdleHandler
,则直接结束当前循环,并标记循环可进入挂起状态。
第四步:判断是否是第一次,初始化IdleHandler
的List
第五步:开始遍历所有的IdleHandler
第六步:依次执行IdleHandler
的queueIdle
方法
第七部:根据各IdleHandler
的queueIdle
的返回值判断IdleHandler
是永久的还是一次性的,将非永久的从数组里移除;
第八步:修改IdleHandler
的数量信息pendingIdleHandlerCount
,避免IdleHandler
重复执行。
这就是IdleHandler
的核心原理,它只在消息队列为空时,或者消息队列的头部消息为延时消息时才会被触发。当消息队列头部为延时消息时,它只会触发一次哦。在前文中取消息的小节中我们讲过:延时消息在结束当前循环后进入下一路循环会触发阻塞。
5、Handler在Framework层的应用
不知道你有没有想过为什么Android在主线程里直接帮你调用了Looper.prepare()
和 Looper.loop()
方法,难道只是为了你使用方便吗?这岂不是有点杀鸡用牛刀的感觉?
事实上远没有这么简单,如果你看一下framework
的源码你就会发现,整个android app
的运转都是基于Handler
进行的。四大组件的运行,它们生命周期也是基于Handler事件模型进行的,以及点击事件等。这一切均是由Android系统框架层产生相应的message
再交由一个Handler进行处理的。这个Handler就是ActivityThread
内部类H,贴一段它的代码截图
可以看到,四大组件的生命周期甚至内存不足,都有handler
在参与。
这也解释了为什么在主线程执行耗时任务会导致UI卡顿或者ANR:因为所有主线程也就是UI线程的逻辑代码都是在组件的生命周期里执行的,而生命周期又受到Handler的事件体系的控制,当在任意生命周期做中执行耗时操作,这会导致消息队列Messag
eQueue中后面的消息无法得到及时的处理,就会造成延迟,直至视觉上的卡顿,严重的则会进一步触发ANR的发生。
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