Handler消息处理机制分析

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大二架构师
2018.05.07 16:26 字数 3817

Handler经常用,然后自己总结一下下
图片发自简书App

一. What、Handler 是什么

Handler 与 Message、MessageQueue、Looper 一起构成了 Android 的消息机制,Android 系统通过大量的消息来与用户进行交互,View 的绘制、点击事件、Activity 的生命周期回调等都作为消息由主线程的 Handler 来处理。

Handler 在消息机制中的作用是:发送和处理消息。

Handler 还有另一个重要的作用,跨线程通信。最常见的就是子线程请求网络,然后使用 Handler 将请求到的数据 post 到主线程刷新 UI,大名鼎鼎的 Retrofit 也是这么做的。

二. How、如何使用 Handler

创建 Handler

private Handler handler = new Handler() {
// 重写 handleMessage 来根据不同 what 来处理 Message
// 这个方法在 Handler 创建的线程执行
@Override public void handleMessage(Message msg) {
super.handleMessage(msg);
switch (msg.what) {
case 0:
MLog.i(msg.obj);
break;
case 1:
break;
default:

    }
}

};
创建并发送 Message

// 获取一个 Message
Message message = Message.obtain();
message.what = 0;
message.obj = new Object();
// 使用 Handler 发送 Message
// 消息发送完成后 Handler 的 handleMessage(Message msg) 会处理消息
handler.sendMessage(message);

// 延迟 1s 发送 Message
handler.sendMessageDelayed(message, 1000);
// 发送一个空的 Message
handler.sendEmptyMessage(msg.what);
// 延迟发送一个空的 Message
handler.sendEmptyMessageDelayed(0, 1000);

// 还可以这样
// 创建 Message 并绑定 Handler
Message message = handler.obtainMessage();
message.what = 0;
message.obj = new Object();

// 发送 Message
message.sendToTarget();
使用 Handler 子线程请求数据,主线程刷新 UI

// 1. 在主线程创建 Handler(略)
// 2. 子线程请求数据,主线程刷新 UI
new Thread(new Runnable() {
@Override public void run() {
// 获取网络数据
final List<Object> datas = getNetData();

    // 方法一:将数据作为 Message 的 obj 发送出去,在 handleMessage 中刷新 UI
    Message msg = Message.obtain();
    msg.what = 1;
    msg.obj = data;
    handler.sendMessage(msg);

    // 方法二:直接在 post 中刷新 UI
    handler.post(new Runnable() {
        @Override public void run() {
          // 使用 datas 刷新 UI
          // 这个方法也会在 Handler 创建的线程执行
        }
    });
}

}).start();
三. Handler 的内存泄漏

不得不说,上面使用 Handler 的方法会有内存泄漏的风险

Handler 内存泄漏的两个原因

Java 中非静态内部类和匿名内部类会持有外部类的引用

// 这是一个外部类 Handler 不会持有外部类引用
// 显然 handleMessage 没地方写了
Handler handler = new Handler();

// 重写 handleMessage 后将得到一个内部类 Handler,以内 handleMessage 是在外部类中实现的
// 它持有外部类引用,可能会引起内存泄漏
Handler handler = new Handler() {
@Override public void handleMessage(Message msg) {
super.handleMessage(msg);
switch (msg.what) {
case 0:
MLog.i(msg.obj);
break;
case 1:
break;
default:

    }
}

};

// 这里 Handler 是一个匿名类,但不是内部类
// Runnable 是一个匿名内部类,持有外部类引用,可能会引起内存泄漏
new Handler().post(new Runnable() {
@Override public void run() {
// ...
}
});

Handler 的生命周期比外部类长。

分析

非静态的内部 Handler 子类、匿名 Handler 子类会持有外部类的引用(Activity),而 Handler 可能会因为要等待处理耗时操作导致存活时间超过 Activity,或者消息队列中存在未被 Looper 处理的 Message ,而 Message 会持有 Handler 的引用。于是,在 Activity 退出时,其引用还是被 Handler 持有,导致 Activity 无法被及时回收,造成内存泄露。
非静态的内部 Runnable 子类、匿名 Runnable 子类 post 到任意 Handler 上时,Runnable 其实是 Massage中的 Callback,持有 Message 引用,如果这个 Massage 在消息队列还没有被处理,那么就会造成 Runnable 一直持有外部类的引用而造成内存泄露。
解决方案:

通过静态内部类或者外部类来声明 Handler 和 Runnable。
通过弱引用来拿到外部类的变量。
在 Activity/Fragment 销毁的时候请空 MessageQueue 中的消息。
代码

// Handler 弱引用封装
public class SafetyHandler<T> extends Handler {
/**
* 外部引用, 例如 Activity, Fragment, Dialog, View 等
*/
private WeakReference<T> mTargetRef;
public SafetyHandler() {
}
public SafetyHandler(T target) {
this.mTargetRef = new WeakReference<>(target);
}

public T getTarget() {
    if (isTargetAlive()) {
        return mTargetRef.get();
    } else {
        removeCallbacksAndMessages(null);
        return null;
    }
}

public void setTarget(T target) {
    this.mTargetRef = new WeakReference<>(target);
}

private boolean isTargetAlive() {
    return mTargetRef != null && mTargetRef.get() != null;
}

}

// 在 Fragment 中使用方法
// 想重写 handleMessage 的话,要创建静态内部类或者外部类,否则有内存泄漏风险
private static class MyHandler extends SafetyHandler<MyFragment> {

MyHandler(MyFragment fragment) {
      super(fragment);
}

@Override public void handleMessage(Message msg) {
    super.handleMessage(msg);
    if(getTarget() != null) {
        MyFragment fragment = getTarget();
        switch (msg.what) {
           // 操作 fragment
        }
    }
}

}

// 声明 Handler
MyHandler handler = new MyHandler(this);

// 使用 Handler
handler.sendMessage() ...

// onDestroy
@Override public void onDestroy() {
super.onDestroy();
handler.removeCallbacksAndMessages(null);
}

四. Why、Handler 消息机制的原理

这部分从 ActivityThread 的 main 方法出发,打通整个消息机制的流程,结合源码体验效果更佳。
概述

介绍消息机制的原理前,我们先来看一下 Handler 与 Message、MessageQueue、Looper 这个四个类的作用

Handler:前面已经说过,Handler 负责发送和处理 Message。
Message:消息,负责传递标示(what) 和数据(obj) ;每个 Message 都会通过 target 这个成员变量来绑定一个 Handler,由这个 Handler 来发送和处理 Message。
MessageQueue:消息队列,负责存放有 Handler 发送过来的消息;每个 Handler 中都有一个 final MessageQueue mQueue,Handler 发送消息就是把消息加入这个 MessageQueue 。
Looper:负责不断的从 MessageQueue 中取出消息然后交给 Handler(Message#target ) 处理;每个 Looper 中都有一个唯一的消息队列(final MessageQueue mQueue),每个 Handler 中都有一个 final Looper mLooper,Handler 中的 MessageQueue 就是来自 Looper。
注意:每个线程只能有一个 Looper 和 一个 MessageQueue,可以有多个 Handler,每个 Handler 可以发送和处理多个 Message。

另外,提到消息机制就不得不说一下 Android 中的主线程(UI 线程)

Android 中的主线程通过 Looper.loop() 进入一个无线循环中,不断的从一个 MessageQueue 取出消息,处理消息,我们每触发一个事件,就会向这个 MessageQueue 中添加一个消息,Looper 取出这个消息,Handler 处理这个消息,正是 Looper.loop() 在驱动着 Android 应用运行下去 ,这也是为什么 Looper.loop 为什么不会阻塞住主线程的原因(当然前提是在 ActivityThread 的 main 函数 中调用)。

正式进入源码分析

本源码分析基于 API 25,以下源码中删除了一些无关的代码
1、在主线程的入口,ActivityThread 的 main 方法

public static void main(String[] args) {
// 准备主线程的 Looer
Looper.prepareMainLooper();
// 创建 ActivityThread
ActivityThread thread = new ActivityThread();
thread.attach(false);
// 获取主线程的 Handler
if (sMainThreadHandler == null) {
sMainThreadHandler = thread.getHandler();
}

    // 对消息队列进行无线轮询,处理消息
    Looper.loop();
    // 一旦跳出循环,抛出异常(Android 不允许跳出主线程的 Looper.loop())
    throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
}

-> Looper.prepareMainLooper()

public static void prepareMainLooper() {
// 准备一个 Looper
prepare(false);
synchronized (Looper.class) {
// main Looper 只能初始化一次,再次初始化会抛出异常
if (sMainLooper != null) {
throw new IllegalStateException("The main Looper has already been prepared.");
}
// 获取 main Looper
sMainLooper = myLooper();
}
}
-> prepare(false)

// 准备一个 Looper,quitAllowed 是否允许 Looper 中的 MessageQueue 退出
// 默认 prepare() 允许退出,主线程这里不允许退出
private static void prepare(boolean quitAllowed) {
// 先看下 sThreadLocal 是什么
// static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();
// ThreadLocal:线程本地存储区,每个线程都有本地存储区域,这个区域是每个线程私有的,不同的线程不能之间不能彼此访问
// 如果 sThreadLocal 中有数据,抛出异常,换句话说 prepare() 这个函数每个线程只能执行一次
if (sThreadLocal.get() != null) {
throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
}
// 创建 Looper 保存到该线程的 ThreadLocal 中
sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));
}
-> new Looper(quitAllowed)

private Looper(boolean quitAllowed) {
// 在 Looper 创建的时候创建一个消息队列
// quitAllowed:消息队列是否可以退出,主线的消息队列肯定不允许退出,所以上面是 prepare(false)
// quitAllowed 为 false 执行 MessageQueue#quit 退出消息队列时会出现异常
mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
// 获取 Looper 存在于哪个线程
mThread = Thread.currentThread();
}
-> sMainLooper = myLooper()

public static @Nullable Looper myLooper() {
// 从 sThreadLocal 中获取当前线程的 Looper
// 如果当前线程没有掉用 Looper.prepare 返回 null
return sThreadLocal.get();
}
-> sMainThreadHandler = thread.getHandler();

final Handler getHandler() {
// 返回 mH
return mH;
}

// mH 在成员变量的位置 new H()
final H mH = new H();

// H 继承了 Handler 封装了一系列关于 Acitivty、Service 以及其他 Android 相关的操作
private class H extends Handler
总结:在主线程的 main 方法中,会创建主线程的 Looper、MessageQueue,然后进入 Looper.loop() 循环中,不断的取出消息,处理消息,以此来驱动 Android 应用的运行。

2、Handler 的创建,Handler 的所有构造方法都会跳转到下面两个之一

public Handler(Callback callback, boolean async) {
// Hanlder 是匿名类、内部类、本地类时,如果没有声明为 static 则会出现内存泄漏的警告
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());
}
}

// 获取 Looper
mLooper = Looper.myLooper();
if (mLooper == null) {
throw new RuntimeException("Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");
}
// 消息队列,从 Looper 中获取
mQueue = mLooper.mQueue;
// 处理消息的回调接口
mCallback = callback;
// 处理消息的方式是否为异步,默认同步
mAsynchronous = async;
}

public Handler(Looper looper, Callback callback, boolean async) {
mLooper = looper;
mQueue = looper.mQueue;
mCallback = callback;
mAsynchronous = async;
}
总结:在 Handler 的构造方法中,Handler 和 Looper、MessageQueue 绑定起来,如果当前线程没有 Looper 抛出异常(这也是为什么直接在子线程创建 Handler 会出现异常)。

3、使用 Handler 发送消息

-> sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis)

// 除了 sendMessageAtFrontOfQueue,Handler 所有的 post、sendMessage 都会跳到这个方法
// Message msg: 要发送的消息
// long uptimeMillis: 发送消息的绝对时间,通过 SystemClock.uptimeMillis() 加上我们自己的延迟时间 delayMillis 计算而来
public boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis) {
MessageQueue queue = mQueue;
// 消息队列为空(可能已经退出)返回 false 入队失败
if (queue == null) {
RuntimeException e = new RuntimeException(
this + " sendMessageAtTime() called with no mQueue");
Log.w("Looper", e.getMessage(), e);
return false;
}
// 消息入队
return enqueueMessage(queue, msg, uptimeMillis);
}
-> sendMessageAtFrontOfQueue(Message msg)

// 发送消息到 MessageQueeu 的队头
public final boolean sendMessageAtFrontOfQueue(Message msg) {
MessageQueue queue = mQueue;
if (queue == null) {
RuntimeException e = new RuntimeException(
this + " sendMessageAtTime() called with no mQueue");
Log.w("Looper", e.getMessage(), e);
return false;
}
// 通过设置 uptimeMillis 为 0,是消息加入到 MessageQueue 的队头
return enqueueMessage(queue, msg, 0);
}
-> enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis)

// 所有 Handler 的 post 、sendMessage 系列方法和 runOnUiThread 最终都会调用这个方法
private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
// msg.target 是一个 Handler,将 Message 和 Handler 绑定
// 也就是用哪个 Handler 发送消息,这个 Message 就和哪个 Handler 绑定
msg.target = this;
// 如果设置了消息处理方式为异步处理
if (mAsynchronous) {
msg.setAsynchronous(true);
}
// MessageQueue 的方法,将消息入队
return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}
-> MessageQueue#enqueueMessage(Message msg, long when)

boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
// Messgae 没有绑定 Handler 抛出异常
if (msg.target == null) {
throw new IllegalArgumentException("Message must have a target.");
}
// Messgae 正在使用 抛出异常
if (msg.isInUse()) {
throw new IllegalStateException(msg + " This message is already in use.");
}

 synchronized (this) {
     // 消息队列正在退出,回收 Message
     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();  // 调用 Message#recycleUnchecked() 
         return false;
     }
     msg.markInUse();  // 标记 Message 正在使用
     msg.when = when;  // 设置 Message 的触发时间
   
     // mMessages 记录着 MessageQueue 的队头的消息 
     Message p = mMessages;  
     boolean needWake;
     // MessageQueue 没有消息、Message 触发时间为 0、Messgae 触发时间比队头 Message 早
     // 总之这个 Message 在 MessageQueue 中需要最先被分发
     if (p == null || when == 0 || when < p.when) {
         // New head, wake up the event queue if blocked.
         msg.next = p;     // 将以前的队头 Message 链接在这个 Message 后面
         mMessages = msg;  // 将这个 Message 赋值给 mMessages
         needWake = mBlocked;  // 队列是否阻塞
     } else {
         // 标记队列是否阻塞
         needWake = mBlocked && p.target == null && msg.isAsynchronous();
         Message prev;
       
         // 按照时间顺序将 Message 插入消息队列
         for (;;) {
             prev = p;   // prev 记录队头
             p = p.next; // p 记录队头的后一个
             // 队头后面没有消息或者其触发事件比要插入的 Message 晚,跳出循环
             if (p == null || when < p.when) {
                 break;
             }
             if (needWake && p.isAsynchronous()) {
                 needWake = false;
             }
         }
         // 将 Message 插入队列
         msg.next = p; 
         prev.next = msg;
     }

     // We can assume mPtr != 0 because mQuitting is false.
     if (needWake) {
         nativeWake(mPtr);
     }
 }
 return true;

}
总结:到现在为止,我们的 Handler 已经将 Message 发送到了 MessageQueue,Message 静静的等待被处理。

4、Looper.loop() 还记得这个方法在 ActivityThread 的 main 调用了吗?正是它在不断处理 MessageQueue 里面的消息。

public static void loop() {
// 获取 Looper.Looper.prepare 准备好的 Looper
final Looper me = myLooper();
if (me == null) {
throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
}
// 获取 Looper 中的消息队列
final MessageQueue queue = me.mQueue;

 // 进入无线循环
 for (;;) {
     // 取出下一条消息
     Message msg = queue.next(); 
     
     // 没有消息,退出 loop
     // 其实上面 queue.next() 也是一个无限循环,获取到消息就返回,没有消息就一直循环
     if (msg == null) {
         return;
     }

     try {
         // msg.target 实际上就是一个 Handler
         // 获取到了消息,使用绑定的 Handler#dispatchMessage 分发消息
         msg.target.dispatchMessage(msg);
     } finally {
         
     }

     // 释放消息,把 Message 的各个变量清空然后放进消息池中
     msg.recycleUnchecked();
 }

}
5、Handler#dispatchMessage(msg) 消息是如何处理的

public void dispatchMessage(Message msg) {
// 1
if (msg.callback != null) {
handleCallback(msg);
} else {
// 2
if (mCallback != null) {
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
}
}
// 3. 看到这个方法没有!就是我们创建 Handler 时重写的 handleMessage
// OK 整个流程打通!
handleMessage(msg);
}
}
总结:流程虽然通了,但是处理 Message 的方法貌似有三种(我标记了序号),而且我们的 handleMessage 的优先级最低,其他方法会在什么情况下执行呢? 直接说结论了,调用 Handler 的 post 系列方法会走序号1的处理,创建 Handler 传入 Callback 会走序号2 的处理。

Handler 机制总结:想使用 Handler 必须要有 Looper,创建 Looper 的时候会创建 MessageQueue,在 Handler 的构造的时候会绑定这个 Looper 和 MessageQueue,Handler 将 Message 发送到 MessageQueue 中,Looper.loop() 会不断的从 MessageQueue 取出消息再交给这个 Handler 处理。

五. HandlerThread 的使用及源码解读

在子线程中能直接创建 Handler 吗?

new Thread(new Runnable() {
@Override public void run() {
new Handler().post(new Runnable() {
@Override public void run() {
MLog.i("Handler in " + Thread.currentThread().getName());
}
});
}
}).start();
答案前面提到了是不能,执行上面的代码会出现 java.lang.RuntimeException: Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare() 这个异常,异常提示我们,不能再没有调用 Looper.prepare() 的线程中创建 Handler。

简单修改下代码就可以了,给线程准备好 Looper

new Thread(new Runnable() {
@Override public void run() {
// 准备一个 Looper,Looper 创建时对应的 MessageQueue 也会被创建
Looper.prepare();
// 创建 Handler 并 post 一个 Message 到 MessageQueue
new Handler().post(new Runnable() {
@Override public void run() {
MLog.i("Handler in " + Thread.currentThread().getName());
}
});
// Looper 开始不断的从 MessageQueue 取出消息并再次交给 Handler 执行
// 此时 Lopper 进入到一个无限循环中,后面的代码都不会被执行
Looper.loop();
}
}).start();
上面的操作 Android 都帮我们封装好了,正是 HandlerThread 这个类。
HandlerThread 的简单使用

// 1. 创建 HandlerThread
handlerThread = new HandlerThread("myHandlerThread") {
// onLooperPrepared 这个方法子线程执行,由线程的 run 方法调用,可以在里面直接创建 Handler
@Override protected void onLooperPrepared() {
super.onLooperPrepared();
new Handler().post(new Runnable() {
@Override public void run() {
// 注意:Handler 在子线程创建,这个方法也会运行在子线程,不可以更新 UI
MLog.i("Handler in " + Thread.currentThread().getName());
}
});
}
};

// 2. 准备 HandlerThread 的 Looper 并调用 onLooperPrepared
handlerThread.start();

// 3. 退出
@Override public void onDestroy() {
super.onDestroy();
handlerThread.quit();
}

// 也可以这样用
// 1. 创建 HandlerThread 并准备 Looper
handlerThread = new HandlerThread("myHandlerThread");
handlerThread.start();

// 2. 创建 Handler 并绑定 handlerThread 的 Looper
new Handler(handlerThread.getLooper()).post(new Runnable() {
@Override public void run() {
// 注意:Handler 绑定了子线程的 Looper,这个方法也会运行在子线程,不可以更新 UI
MLog.i("Handler in " + Thread.currentThread().getName());
}
});

// 3. 退出
@Override public void onDestroy() {
super.onDestroy();
handlerThread.quit();
}
HandlerThread 源码解读

HandlerThread 继承了 Thread,本质是一个拥有 Looper 的线程,因此在 HandlerThread 我们可以直接使用 Handler。

构造方法

public HandlerThread(String name) {
super(name);
mPriority = Process.THREAD_PRIORITY_DEFAULT;
}

// 传入线程的名称和优先级
// 注意 priority 的值必须来自 android.os.Process 不能来自 java.lang.Thread
public HandlerThread(String name, int priority) {
super(name);
mPriority = priority;
}
run 方法:创建子线程的 Looper

@Override
public void run() {
mTid = Process.myTid();
// 准备一个 Looper
Looper.prepare();
synchronized (this) {
// 获取 Looper
mLooper = Looper.myLooper();
// Looper 获取成功后,唤醒 getLooper 的 wait
notifyAll();
}
Process.setThreadPriority(mPriority);
// Looper 准备好的回调,在这个方法里可以使用 Handler 了
onLooperPrepared();
// Looper 开始循环取消息
Looper.loop();
mTid = -1;
}
getLooper 方法:获取子线程的 Looper

public Looper getLooper() {
// 线程没有开始或者死亡,返回 null
if (!isAlive()) {
return null;
}

// If the thread has been started, wait until the looper has been created.
// Looper 的创建时在子线程完成的,而 getLooper 可能会在主线程调用
// 当 Looper 没有创建完成时,使用 wait 阻塞等待
// 上面在 Looper 创建好后会 notifyAll 来唤醒 wait
 synchronized(this) {
    while (isAlive() && mLooper == null) {
        try {
              wait();
        } catch (InterruptedException e) {
        }
    }
}
return mLooper;

}
quit 和 quitSafely :结束 Looper 的运行

// quit
quit() -> looper.quit() -> mQueue.quit(false);
// quitSafely
quitSafely() -> looper.quitSafely() -> mQueue.quit(true);

// 这两个方法最终都会调用到 MessageQueue 的 void quit(boolean safe) 方法
// 前者会直接移除 MessageQueue 中的所有消息,然后终止 MessageQueue
// 后者会将 MessageQueue 中已有消息处理完成后(不再接收新消息)终止 MessageQueue
六.参考文章

Android API 25 源码
Android消息机制1-Handler(Java层)

安卓一些小坑
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