我猜这几个Handler消息机制的问题你不一定全知道?

Android的消息机制相关的几个类

  • Handler

  • MessageQueue

  • Looper

  • Message

  • ThreadLocal

问题大纲

  • 从源码的角度来说为什么不能在主线程中更新ui?

  • 为什么有时在 Activity 的 onCreate() 方法中创建一个子线程访问UI,程序还是正常能跑起来呢?

  • ThreadLocal 是干什么用的?

  • Handler 内部如何获取到当前线程的 Looper?

  • 为什么在子线程弹出 Toast 会报错?

  • Android中为什么主线程不会因为Looper.loop()里的死循环卡死?

  • 如何将 Message 插入到 MessageQueue 的队列头?

Question

Q:为什么不能在主线程中更新ui?

ViewRootImpl中有一个 checkThread()方法:

void checkThread() {
  if (mThread != Thread.currentThread()) {
    throw new CalledFromWrongThreadException(
    "Only the original thread that created a view hierarchy can touch its views.");
  }
}

mThread 表示主线程。

Q:为什么有时在 Activity 的 onCreate() 方法中创建一个子线程访问UI,程序还是正常能跑起来呢?

从上面可以看到,ViewRootImpl 的 checkThread() 方法的检查是非常严格的,Android 是运行在主线程中的,


mThread = Thread.currentThread();

从上面代码可以看出 mThread 肯定是主线程。

那就是只能说明 checkThread() 方法没有执行,执行onCreate方法的那个时候 ViewRootImpl 还没创建,无法去检查当前线程。

ViewRootImpl的实例对象是在什么时候创建的呢?

具体源码太长了,直接给出结论:ViewRootImpl的实例对象是在 onResume() 中创建!

Q:ThreadLocal 是干什么用的?

从JAVA官方对ThreadLocal类的说明定义(定义在示例代码中):ThreadLocal类用来提供线程内部的局部变量。这种变量在多线程环境下访问(通过get和set方法访问)时能保证各个线程的变量相对独立于其他线程内的变量。ThreadLocal实例通常来说都是private static类型的,用于关联线程和线程上下文。
JDK8以前:
每个ThreadLocal类都创建一个Map,然后用线程的ID threadID作为Map的key,要存储的局部变量作为Map的value,这样就能达到各个线程的值隔离的效果。这是最简单的设计方法,JDK最早期的ThreadLocal就是这样设计的。
JDK8以后:
每个Thread维护一个ThreadLocalMap哈希表,这个哈希表的key是ThreadLocal实例本身,value才是真正要存储的值Object。

来源:https://www.jianshu.com/p/807686414c11

Q:Handler 内部如何获取到当前线程的 Looper?

通过 ThreadLocal,在不同线程互不打扰的存储数据。

具体分析:

当我们 new Handler() 时,在构造里面会调用 Looper.myLooper() 去获取当前线程的 Looper 对象,这个 Looper 对象时通过 ThreadLocal 的 get() 方法取出来的,ThreadLocal 可以看做是一个以当前线程为 Key 的特殊 Map,当调用 Looper.prepare() 方法时,会创建一个 Looper 对象,并且通过 ThreadLocal 的 set() 方法把当前线程的 Looper 对象进行存储。

Java 的程序主入口是 main() 方法,Android 也是有 main() 方法的,在 ActivityThread 中,通过 Looper.prepareMainLooper(); 将 ui 线程的 Looper 对象存入 ThreadLocal 中,这也是在ui线程中我们使用 Handler 不需要调用 Looper.prepare() 的原因。

上面是反向来看,我们再来顺着整理一遍:

Android 程序启动时,ActivityThread 类作为程序的入口类,在 ActivityThread 中的 main() 方法中调用 Looper.prepareMainLooper(); ,在Looper 的 prepare() 方法中 new 一个 Looper 对象,并且通过 ThreadLocal 存储到当前线程中。然后在 ActivityThread 中的 main() 方法中开启 Looper.loop() 循环。
当我们在ui线程(主线程)new Handler() 时,通过 ThreadLocal 的 get() 方法取出存储的 Looper 对象。如果是子线程中使用 Handler,因为没有通过 ThreadLocal 存储 Looper ,必须要手动通过 Looper.prepare() 去创建一个 Looper,并且使用 Looper.loop() 开启循环,但是 Looper.loop() 里面是一个无线循环,会阻塞当前线程。

Handler.png

Handler.png

Looper.png

Looper.png

ActivityThread.png
为什么在子线程弹出 Toast 会报错?

错误如下:

java.lang.RuntimeException: Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()

顺着提示找到报错的源码如下:

if (looper == null) {
    // Use Looper.myLooper() if looper is not specified.
    looper = Looper.myLooper();
    if (looper == null) {
        throw new RuntimeException(
                "Can't toast on a thread that has not called Looper.prepare()");
    }
}

从上面知道 Looper.myLooper(); 的源码是通过 sThreadLocal.get() 去获取当前线程的 Looper,由于是子线程,都没有通过 sThreadLocal.set() 去存储当前线程的 Looper,拿到的肯定是null,肯定会报错。

扩展一下:

Toast 创建时源码如下:


private final WindowManager.LayoutParams mParams = new WindowManager.LayoutParams();

从这可以看出,Toast本质上是一个 window,跟 activity 是平级的,checkThread() 只是Activity维护的 View树 的行为,不属于checkThread() 抛主线程不能更新UI异常的管理范畴。

Q:为什么主线程不会因为Looper.loop()里的死循环卡死?
Q:MessageQueue 没有消息时阻塞操作为什么不导致ANR?

Java 层跟着两个方法有关:

// MessageQueue.class
Message next() {
    // ···
    // 这是一个native方法,nextPollTimeoutMillis是阻塞的时长,阻塞操作是在native中执行的
    nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis) 
    // ···
}
boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
    // ···
    // 跟上面方法相对应,有新消息来,调用此方法从natvie中唤醒
    nativeWake(mPtr);
    // ···
}

这里就涉及到 Linux pipe/epoll 机制,简单说就是在主线程的
MessageQueue 没有消息时,便阻塞在 loop 的 queue.next()中的 nativePollOnce()方法里,此时主线程会释放 CPU 资源进入休眠状态,直到下个消息到达或者有事务发生,通过往 pipe 管道写端写入数据来唤醒主线程工作。
这里采用的 epoll机制,是一种 IO 多路复用机制,可以同时监控多个描述符,当某个描述符就绪(读或写就绪),则立刻通知相应程序进行读或写操作,本质是同步 I/O,即读写是阻塞的。所以说,主线程大多数时候都是处于休眠状态,并不会消耗大量 CPU 资 源。

https://www.zhihu.com/question/34652589

Q:如何将 Message 插入到 MessageQueue 的队列头?

调用 sendMessageAtFrontOfQueue(),源码其实就是将延迟时间设置为 0;

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;
    }
    return enqueueMessage(queue, msg, 0);
}
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