自己动手撸一个Handler

96
作者 zhangke3016
2017.07.23 16:22 字数 1133

一、关于Handler

Handler对于我们Android开发者来说应该是再熟悉不过了,这也是在Android中最重要的消息机制,特别是在面试笔试时,Handler机制也是最常问到的话题。今天我们就来动手撸一个自己写的Handler,用java层代码方式来实现,进一步来了解Handler在线程通信过程中的作用。

二、问题

Handler机制也可以理解为线程间的消息机制,如果我们自己来设计Handler实现线程间通信,需要怎么做呢?我们知道,在Handler机制中,最重要的几个类:HandlerLooperMessageQueueMessageThreadLocal。那它们在具体实现中又有什么作用呢?

三、思考

首先,从使用者角度来看,他的操作只有两步:

  1. 在主线程创建Handler实例,并重写handleMessage方法处理消息。
  2. 在子线程获取Handler的引用调用sendMessage方法发送消息,在handleMessage中即可处理该消息。

那从设计者角度来看,我们要分清HandlerLooperMessageQueueMessageThreadLocal这几个类都担当了什么职责:

  1. Handler 负责发送和处理消息
  2. Looper 消息泵,也就是负责取出消息交给Handler来处理。
  3. MessageQueue 消息队列,负责存取消息。
  4. Message 具体发送的消息。
  5. ThreadLocal 它主要用于做线程间的数据隔离用的,这里它在每个线程中存放各自对应的Looper

好了,简单分析完各个类的作用,那我们开始挽起袖子撸代码吧。

四、实现


原理图

1、 Handler的实现

由于Handler主要负责发送和处理消息,那我们主要实现它的sendMessagesendMessagedispatchMessage三个方法,来处理消息的发送和接收:

public class Handler {
      //消息队列
     MessageQueue mQueue;
      //Looper
     Looper mLooper;

     public Handler() {
         mLooper = Looper.myLooper();
         if (mLooper == null) {
             throw new RuntimeException(
                 "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");
         }
         mQueue = mLooper.mQueue;
    }
     public final void sendMessage(Message msg){
         MessageQueue queue = mQueue;
         if (queue != null) {
             msg.target = this;
              queue.enqueueMessage(msg);
         }else {
             RuntimeException e = new RuntimeException(
                 this + " sendMessage() called with no mQueue");
             throw e;
         }
     }

    /**
     * Subclasses must implement this to receive messages.
     */
    public void handleMessage(Message msg) {
    }

    /**
     * Handle system messages here.
     */
    public void dispatchMessage(Message msg) {
        handleMessage(msg);
    }
}

我们在Handler的构造函数中获取当前线程对应的looper,并取出Looper中对应的消息队列保存在成员变量中。sendMessage方法中我们给Messagetarget变量赋值为this,也就是表明了Message是由当前的Handler来负责处理的,之后调用enqueueMessage方法将消息存入消息队列中。而dispatchMessage方法我们实现比较简单,负责调用handleMessage来处理消息。

2、 Looper的实现

Looper主要负责取出消息交由Handler处理,我们主要来实现prepareloop方法:

public class Looper {

    // sThreadLocal.get() will return null unless you've called prepare().
    static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();
    MessageQueue mQueue;

    private Looper() {
        mQueue = new MessageQueue();
    }

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

    public static void prepare() {
        if (sThreadLocal.get() != null) {
            throw new RuntimeException(
                    "Only one Looper may be created per thread");
        }
        sThreadLocal.set(new Looper());
    }

    public static void loop() {

        Looper me = myLooper();
        if (me == null) {
            throw new RuntimeException(
                    "No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
        }

        MessageQueue queue = me.mQueue;

        for (;;) {
            Message msg = queue.next();
            if (msg == null || msg.target == null)
                continue;
            //转发给handler
            msg.target.dispatchMessage(msg);
        }
    }
}

Looper的构造函数中我们创建了对应的消息队列来存取消息,并且在prepare方法中存入ThreadLocal当前线程的Looperloop方法从当前线程的Looper的消息队列中取出消息,最终调用msg.target.dispatchMessage(msg)交友之前发送消息的Handler来处理消息。

3、Message的实现

Message的实现比较简单:

public final class Message {
    //处理该消息的Handler 
    Handler target;
    public int what;

    public Object obj;

    @Override
    public String toString() {
        return obj.toString();
    }
}

4、MessageQueue消息队列的实现

在消息队列的实现中我们主要考虑几个问题:

  1. 用什么数据结构存放消息,存放数据大小有限制。
  2. next()方法取出消息时,消息队列没有消息,该方法应阻塞。
  3. enqueueMessage方法存放消息时,消息大于存放消息限制大小,应阻塞。
//消息队列
public class MessageQueue {
    //互斥锁
    Lock lock;
    //条件变量
    Condition mEmptyQueue;
    Condition mFullQueue;
    //消息
    Message[] mMessages;
    //装入  和取出消息的下标
    int putIndex;
    int takeIndex;
    //记录数   用于判断是否继续生产和消费
    int count;
    public MessageQueue(){
        //初始化50个消息
        mMessages = new Message[50];
        lock = new ReentrantLock();
        //标示
        mEmptyQueue = lock.newCondition();
        mFullQueue = lock.newCondition();
    }
    //生产者 子线程
    final void enqueueMessage(Message msg){
        //添加至消息队列
        try{
            lock.lock();
            while(count == mMessages.length){
                try {
                    mFullQueue.await();
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            mMessages[putIndex] = msg;
            putIndex = (++putIndex == mMessages.length ? 0 : putIndex);
            count++;
            //通知主线程继续执行
            mEmptyQueue.signalAll();
        }finally{
            lock.unlock();
        }

    }
    //消费者  主线程
    final Message next(){
        //取出消息
        Message message = null;
        try{
            lock.lock();
            //取到最后一个
            while (count == 0) {
                try {
                    mEmptyQueue.await();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
             message = mMessages[takeIndex];
             mMessages[takeIndex] = null;
            takeIndex = (++takeIndex == mMessages.length ? 0 : takeIndex);
            count--;
            //通知子线程   
            mFullQueue.signalAll();
        }finally{
            lock.unlock();
        }
        return message;
    }
}

这里的nextenqueueMessage是典型的生产者、消费者的关系,为防止出现错乱我们给两个方法都加上Lock锁,当enqueueMessage方法存放消息时如果当前队列消息满了,则调用mFullQueue.await();进行等待消息处理,当向消息队列中存放消息后,也就是说消息队列不为空了,调用mEmptyQueue.signalAll();通知next()方法来处理消息。

至此,我们的Handler消息处理过程已经基本完成了,下面我们测试下看看:

5、测试

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        //初始化Looper
        Looper.prepare();

        final Handler hander = new Handler(){
            public void handleMessage(Message msg) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--receiver--" + msg.toString());
            };
        };

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(new Runnable() {
                public void run() {
                    while (true) {
                        Message msg = new Message();
                        msg.what = 0;
                        synchronized (UUID.class) {
                            msg.obj = Thread.currentThread().getName()+"--send---"+UUID.randomUUID().toString();
                        }
                        System.out.println(msg);
                        hander.sendMessage(msg);
                        try {
                            Thread.sleep(1000);
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                }
            }).start();
        }
        //开始消息循环
        Looper.loop();
    }
}

看下测试结果:

Thread-0--send---e4ed9a81-3477-4f5d-a663-1d30626d93b5
Thread-8--send---4c403131-ec14-406c-b57b-a4943dfa93ac
Thread-7--send---9752a85d-9517-4607-a54f-92c2342b7a28
Thread-6--send---7d4ee443-3ab5-4c4e-aac5-eeafc26b78d9
Thread-9--send---70ba7292-1ff4-404d-974e-dfedb1a3fa71
Thread-4--send---614e07e6-bc39-45be-93b0-6996de7f159e
Thread-2--send---7bfaa831-a31b-457a-82cd-145a9d98d351
Thread-5--send---8ffd7327-6ddb-4088-93e6-1304fc926814
Thread-1--send---f6d5e373-88b0-44e9-ab51-f95808acb068
main--receiver--Thread-0--send---e4ed9a81-3477-4f5d-a663-1d30626d93b5
main--receiver--Thread-8--send---4c403131-ec14-406c-b57b-a4943dfa93ac
main--receiver--Thread-7--send---9752a85d-9517-4607-a54f-92c2342b7a28
main--receiver--Thread-6--send---7d4ee443-3ab5-4c4e-aac5-eeafc26b78d9
main--receiver--Thread-9--send---70ba7292-1ff4-404d-974e-dfedb1a3fa71
main--receiver--Thread-4--send---614e07e6-bc39-45be-93b0-6996de7f159e
main--receiver--Thread-2--send---7bfaa831-a31b-457a-82cd-145a9d98d351
main--receiver--Thread-5--send---8ffd7327-6ddb-4088-93e6-1304fc926814
Thread-3--send---56f8b613-99fa-4ef2-a4b9-c762c4d0cd27
main--receiver--Thread-1--send---f6d5e373-88b0-44e9-ab51-f95808acb068
main--receiver--Thread-3--send---56f8b613-99fa-4ef2-a4b9-c762c4d0cd27

测试成功!!我们自己的Handler也可以正常处理消息啦~

五、总结

Handler源码的实现过程要比我们自己的复杂很多,特别是消息处理的细节,调用了底层C++的代码。但实现的整体思路和我们是一样的,通过动手实践一次,加深对Handler的理解,对我们认识和处理消息机制的问题大有裨益。

android进阶之路