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Android Handler消息机制分析

96
牛晓伟
2018.02.03 23:57 字数 1913

Handler是如此的重要

Android是基于消息机制的,比如启动一个Activity,Service,或者结束一个Activity,Service等都是基于ActivityManagerService给ActivityThread发送相应的命令,Hander把这些命令封装为Message,ActivityThread的H(Handler的一个子类)会接收并处理Message,最终ActivityThread会进行相应的Activity或Service的处理,当然广播也包含在内(关于以上分析希望在后面章节进行)。因此Handler在Android的一个应用进程内是一个最基础的服务,它类似于一个大厦的基石,没有它一个应用程序是无法工作的。
它还可以实现进程之间的通信,这个大家肯定都非常熟悉了。

因此我希望把自己对Handler源码的分析记录下来,来对自己学到的知识做一个整理,当然也希望分享出来与大家进行交流,虽然网上关于Handler的各种文章都已经很多了。

生产者/消费者模式

不是说好分析Handler吗?怎么突然插入了这个话题,插入这个话题的主要原因是Handler的消息机制其实就是一个生产者/消费者模式,把这个模式分析下,非常有利于我们来了解Handler。

关于该模式不懂者可以自行百度,用简单一句话来描述该模式:生产者不断的往产品队列里放产品,消费者不断的从产品队列里取产品来进行消费。

关于该模式有几个非常重要核心的点需要关注:

  • 消费者,生产者是处于不同的线程的
  • 可以有多个消费者,多个生产者
  • 队列里的数据需要做到数据同步,数据安全
  • 队列没有任何数据时,消费者需要做到处于阻塞状态,同时不会占用系统资源

因此我们从上面几个关注的点来开始进行Handler的源码分析之路

Handler消息机制关键的类

Handler,Message,Looper,MessageQueue,ThreadLocal是Handler消息机制的关键类
生产者/消费者模式来分析下这些类所对应的角色

  • Handler的角色既是消费者又是生成者
  • Message显而易见它就是产品了
  • Looper管理了整个生成/消费环节的不间断进行,开始,结束,可以称之为管理者,一个线程只能拥有自己唯一的Looper
  • MessageQueue是产品队列
  • ThreadLocal的作用是存储线程自己的Looper实例

那我们就从Looper开始进行分析

Looper生产者/消费者模式管理类

先看段代码

  public class MyThread extends Thread{
          private Handler mHandler = new Handler();
          public void run(){
                Looper.prepare();
                Looper.loop();
          }
  }

上面的代码大家肯定很熟悉,为一个线程创建了Looper,这时候其他线程就可以使用mHandler与当前线程通信了

那我们就从Looper.prepare()开始分析,看看它做了啥

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));
}

上面的代码所做的事情是创建了一个Looper对象,并且把该对象存储在了sThreadLocal中,ThreadLocal与一个Thread是一一对应的关系

在来看Looper.loop()方法

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;

    ......省略其他代码
    for (;;) {
        Message msg = queue.next(); // might block
        if (msg == null) {
        
            return;
        }
        msg.target.dispatchMessage(msg);

       ......省略其他代码
    }
}

该方法首先取出当前线程的Looper对象,其次在取出Looper对象的MessageQueue对象,也就是我们所说的消息队列,最后创建一个死循环,从queue.next()对象中取出消息,取出消息后交给消息的target即(消费者)进行处理,queue.next()会产生阻塞,这点对应了生产者/消费者模式中当消息队列处于empty状态时,为了不浪费资源而应该处于等待阻塞状态

总结

  • 一个Looper持有一个MessageQueue
  • prepare()方法创建一个Looper对象并且把它保存在ThreadLocal
  • loop()方法开启一个死循环,来不断的从消息队列中读取消息

以上是Looper的几个关键方法和属性
接着分析MessageQueue

MessageQueue

mMessages指向消息队列的头指针,消息队列是使用链表来实现,链表在增加和移动,删除一个节点时性能要优于数组,所以使用链表实现
next()方法:

  Message next() {
    final long ptr = mPtr;
    if (ptr == 0) {
        return null;
    }

   ......省略
    for (;;) {
        if (nextPollTimeoutMillis != 0) {
            Binder.flushPendingCommands();
        }

        /*阻塞当前线程*/
        nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);

        synchronized (this) {
            // Try to retrieve the next message.  Return if found.
            final long now = SystemClock.uptimeMillis();
            Message prevMsg = null;
            Message msg = mMessages;
            /*target表示没人来处理,因此会阻塞后面的消息处理*/
            if (msg != null && msg.target == null) {
                /*被阻塞了,查找异步的消息*/
                // Stalled by a barrier.  Find the next asynchronous message in the queue.
                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.
                    nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE);
                } else {
                    /*找到这个消息了*/
                    // Got a message.
                    mBlocked = false;
                    if (prevMsg != null) {
                        prevMsg.next = msg.next;
                    } else {
                        mMessages = msg.next;
                    }
                    msg.next = null;
                    if (false) Log.v("MessageQueue", "Returning message: " + msg);
                    return msg;
                }
            } else {
                // No more messages.
                nextPollTimeoutMillis = -1;
            }

            // Process the quit message now that all pending messages have been handled.
            if (mQuitting) {
                dispose();
                return null;
            }

        ......省略
}

上面代码所做的事情是:nativePollOnce最终调用的是native的方法来达到线程的阻塞,nextPollTimeoutMillis ==0代表线程不阻塞,否则线程处于阻塞状态,不阻塞开始从消息队列中取出消息,交给Looper.prepare()来处理,这里也使用了同步锁,保护消息队列数据的安全性和一致性

enqueueMessage方法:

 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("MessageQueue", 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;
            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;
}

该方法所做的事情是:生产者把消息放入消息队列中,并且在存放时会查找存放的位置,最终会调用nativeWake(mPtr)的native方法把next() 方法给唤醒,并且该方法加了同步锁的机制,这样可以起到消息队列数据安全同步的效果

总结

当然了上面的方法只是MessageQueue的两个关键方法,其他的方法大家可以自行研究

Message

Message其实就很简单了,它封装了一些数据,既是消息队列的基本单位,也是生产者生产的产品
一般都是通过obtain这个重载方法来创建它的实例,因为这个类很简单,就不多说了,只说一个属性flags,当Message对象已经被放入消息队列中后,该值会被置为FLAG_IN_USE代表它被使用了

既然Message是生产者/消费者中的产品,那我们就来看下它是怎么样被生产者放入消息队列中的

Handler既是生产者又是消费者

我觉得Handler的设计真的是太巧妙了既是Message的生产者又是Message的消费者,这种简单的设计让使用者关心的细节就少了很多,代码写起来也很简单,那就来分析下它吧

    Handler h = new Handler();

我们一般在Activity或别的地方new一个Handler是这样写的,当然了也有别的new的方式,上面的代码处于哪个线程,那该Handler对象就属于哪个线程,这是一个多么简介的使用方式啊,设计者做到了让使用者傻瓜式的来使用Handler,我们来看下是怎么样做到的

  public Handler() {
     this(null, false);
  }

   public Handler(Callback callback, boolean async) {
    .......省略代码

    mLooper = Looper.myLooper();
    if (mLooper == null) {
        throw new RuntimeException(
            "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");
    }
    mQueue = mLooper.mQueue;
    mCallback = callback;
    mAsynchronous = async;
  }

mLooper = Looper.myLooper()这行代码最终会从ThreadLocal中找到当前ThreadLooper对象,因为Looper对象是在当前线程中一直处于循环运行状态,因此Handler也属于当前线程

mQueue = mLooper.mQueue 当前Looper管理的消息队列,这也是Handler的一个属性,既然持有消息队列,那自然而然的就可以往消息队列中添加消息

那我们就来分析下Handler是怎么样既是生产者又是消费者的
Handler是生产者

public final boolean sendMessage(Message msg) {
    return sendMessageDelayed(msg, 0);
}

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);
}

说白了Handler其实最终调用的是MessageQueue对象的enqueueMessage方法,把Message加入消息队列的

Handler是消费者
Looper.loop()方法在收到一个Message后,就会调用Message所对应的target即一个HandlerdispatchMessage方法,把消息分发给消费者处理

关于Handler就总结到次,因为确实很简单

总结

以一张图来总结下Handler的消息机制


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