Android 消息机制(Handler Looper Message )理解

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GordenNee
0.1 2017.07.18 19:57* 字数 5896

1.概述

​ Android的消息机制主要是指Hanlder的运行机制及其附带的MessageQueue和Looper的工作过程。三者作为一个整体来实现消息机制。

  • Handler的主要作用是将一个任务切换到某个指定的线程中去执行,最主要的一个场景我们开启一个子线程来处理一些耗时的任务,在耗时任务结束后返回主线程去更新ui。那为什么我们不能直接在子线程中去更新ui呢,这是因为Android规定ui操作只能在主线程进行,否则会抛出异常,具体判断逻辑是在ViewRootImpl中通过方法checkThread()进行的验证。

    void checkThread() {
            if (mThread != Thread.currentThread()) {
                throw new CalledFromWrongThreadException(
                        "Only the original thread that created a view hierarchy can touch its                         views.");
            }
        }
    
  • 为什么系统不允许在子线程访问UI?

    这是因为Android的UI控件不是线程安全的,如果在多线程中并发访问控件可能会导致UI控件处于不可预期状态。so,那为什么系统不对控件加上安全锁的机制?缺点有两个:首先控件加上锁机制会导致UI访问逻辑复杂;其次锁机制会降低UI访问的效率,因为锁机制会阻塞某些线程的执行。

    因此,比较好的方案就是采用单线程的模型来处理UI,开发者只需要切换一下线程去执行ui操作即可。

  • Handler另外一个作用是可以发送一个延时消息

2.原理概述

​ Handler的使用方法大致如下:

private Handler mHandler = new Handler() {
        @Override
        public void handleMessage(Message msg) {
            super.handleMessage(msg);
            switch (msg.what) {
                case 0:
                    mTestTV.setText("This is handleMessage");//更新UI
                    break;
            }
        }
    };
    
  
new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    Thread.sleep(1000);//在子线程有一段耗时操作,比如请求网络
                    mHandler.sendEmptyMessage(0);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }).start();
  • 大致原理:

    Handler与其内部的LooperMessageQueue一起协同工作。首先通过Handler的post方法将一个Runnable投递到Handler内部的MessageQueue中,也可以用Handler的send方法发送一个Message,其实post方法最终也是通过send方法实现的。

    ​ 当Handler的send方法被调用时,会调用MessageQueue的enqueueMessage方法将这个消息放入消息队列中,然后Looper会一直检查MessageQueue中的消息,当发现有新消息到来时,就会处理这个消息,最终消息中的Runnable或者Handler中的handleMessage方法会被调用来处理具体的工作。

3.ThreadLocal工作原理

3.1 ThreadLocal的使用场景

​ 早在JDK 1.2的版本中就提供java.lang.ThreadLocalThreadLocal为解决多线程程序的并发问题提供了一种新的思路。使用这个工具类可以很简洁地编写出优美的多线程程序。

当使用ThreadLocal维护变量时,ThreadLocal为每个使用该变量的线程提供独立的变量副本,所以每一个线程都可以独立地改变自己的副本,而不会影响其它线程所对应的副本。

ThreadLocal是一个线程内部的数据存储类,通过它可以在指定线程中存储数据,数据存储以后只可以在当前线程中获取到存储的数据,对于其他线程来说是无法获取到的。

主要的应用场景是:

  • 以线程为作用域并且不同的线程具有不同的数据副本。这种情况对应与我们要讲的Handler和Looper。

  • 在复杂逻辑下的对象传递,如监听器的传递。比如监听器的传递,有时候一个线程中的任务过于复杂,可能表现为函数调用栈比较深或者代码入口的多样性,在这种情况下,我们一般的作法有大致两种:

    • 第一种方法是将监听器通过参数的形式在函数调用栈中进行传递,这个方法的局限性在于函数调用栈很深时,通过函数传递会让程序看起来很混乱糟糕。
    • 第二种方法是将监听器作为静态变量供线程访问,这个方法的局限性是缺乏扩充性。比如如果需要有两个线程并发执行,那就需要提供两个静态的监听器对象。如果有10个监听器对象,提供10个监听器对象?这是无法接受的

    而采用ThreadLocal就会很简单,只需要维护一个ThreadLocal,就可以实现不同线程存储自己的监听器对象,互不干扰,代码逻辑也会很简洁。

3.2 ThreadLocal的使用方法

private ThreadLoacl<Boolean> mBooleanThreadLocal = new ThreadLocal<Boolean>;

mBooleanThreadLocal.set(true);
Log.d(TAG,"[ThreadMain] mBooleanThreadLocal = :" + mBooleanThreadLocal.get());

new Thread("Thread#1") {
  @Override
  public void run () {
    mBooleanThreadLocal.set(false);
    Log.d(TAG,"[Thread#1] mBooleanThreadLocal = :" + mBooleanThreadLocal.get());
  }
}

new Thread("Thread#2") {
  @Override
  public void run () {
    Log.d(TAG,"[Thread#2] mBooleanThreadLocal = :" + mBooleanThreadLocal.get());
  }
}

运行结果:

[ThreadMain] mBooleanThreadLocal = : true
[Thread#1] mBooleanThreadLocal = : false
[Thread#2] mBooleanThreadLocal = : null

​ 没有为ThreadLocal设置的情况下默认get()到的会是null。

3.3 ThreadLocal原理

​ ThreadLocal 是一个泛型类,定义为 public class ThreadLocal<T>

​ 在Java源码中有一个ThreadLocal.java,在Android源码中也有一个ThreadLocal.java。两者的主要区别在于他内部的实现方式不同。

3.3.1 java中的ThreadLocal

​ ThreadLocal是如何做到为每一个线程维护变量的副本的呢?其实实现的思路很简单:在ThreadLocal类中有一个Map,用于存储每一个线程的变量副本,Map中元素的键为线程对象,而值对应线程的变量副本。

​ ThreadLocal的set方法:

ThreadLocal.java

public void set(T value) {
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
            map.set(this, value);
        else
            createMap(t, value);
    }

​ 在set方法中首先获取到当前Thread的对象。然后去获取ThreadLocalMap,这个ThreadLocalMap它是在每一个Thread中都有一份,可以看下getMap(t).

ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
  return t.threadLocals;
}

​ 代码很简单就是返回当前线程中的threadLocals 对象。可以看下Thread.java中的定义。

/* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained
* by the ThreadLocal class. */
ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;

​ 接着看set()方法,如果得到的map不为空就会把当前的ThreadLocal本身作为Key值,需要保存的value值作为Value

​ 到这里可以大致理解如下:在每一个Thread中都维护一个ThreadLocalMap,这个ThreadLocalMap 的Key为ThreadLocal对象,Value为保存的值,这样一个线程中就存了多个ThreadLocal对应的值。

​ 如果得到的ThreadLocalMap为空,就去createMap,实现如下:

void createMap(Thread t, T firstValue) {
        t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
    }

​ 可以看下ThreadLocalMap的构造方法:

ThreadLocalMap(ThreadLocal firstKey, Object firstValue) {
    table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];
    int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);
    table[i] = new Entry(firstKey, firstValue);
    size = 1;
    setThreshold(INITIAL_CAPACITY);
}

​ 通过变量命名及实现,可以知道这个构造方法就是一个初始化并put一个键值对。

​ 接着看下get()方法:

public T get() {
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null) {
        ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
        if (e != null)
            return (T)e.value;
    }
    return setInitialValue();
}

​ 首先去获取到线程的ThreadLocalMap,如果ThreadLocalMap不为空,那么就去获取当前线程对应的value值。否则化会去调用setInitialValue().

private T setInitialValue() {
    T value = initialValue();
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null)
    map.set(this, value);
    else
    createMap(t, value);
    return value;
}

​ 首先initialValue()方法是一个空的实现,默认返回null,可以通过重写该方法来返回默认的value。后面的步骤就是去初始化了。

public class TestThreadLocal {
    private static final ThreadLocal<Integer> value = new ThreadLocal<Integer>() {
        @Override
        protected Integer initialValue() {
            return Integer.valueOf(1);//默认返回1
        }
    };
}
  • 内存泄露问题

    下图是本文介绍到的一些对象之间的引用关系图,实线表示强引用,虚线表示弱引用:

​ 然后网上就传言,ThreadLocal会引发内存泄露,他们的理由是这样的:
如上图,ThreadLocalMap使用ThreadLocal的弱引用作为key,如果一个ThreadLocal没有外部强引用引用他,那么系统gc的时候,这个ThreadLocal势必会被回收,这样一来,ThreadLocalMap中就会出现key为null的Entry,就没有办法访问这些key为null的Entry的value,如果当前线程再迟迟不结束的话,这些key为null的Entry的value就会一直存在一条强引用链:
Thread Ref -> Thread -> ThreaLocalMap -> Entry -> value
永远无法回收,造成内存泄露。

​ 首先从ThreadLocal的直接索引位置(通过ThreadLocal.threadLocalHashCode & (len-1)运算得到)获取Entry e,如果e不为null并且key相同则返回e;
​ 如果e为null或者key不一致则向下一个位置查询,如果下一个位置的key和当前需要查询的key相等,则返回对应的Entry,否则,如果key值为null,则擦除该位置的Entry,否则继续向下一个位置查询
​ 在这个过程中遇到的key为null的Entry都会被擦除,那么Entry内的value也就没有强引用链,自然会被回收。仔细研究代码可以发现,set操作也有类似的思想,将key为null的这些Entry都删除,防止内存泄露。
​ 但是光这样还是不够的,上面的设计思路依赖一个前提条件:要调用ThreadLocalMap的getEntry函数或者set函数。这当然是不可能任何情况都成立的,所以很多情况下需要使用者手动调用ThreadLocal的remove函数,手动删除不再需要的ThreadLocal,防止内存泄露。所以JDK建议将ThreadLocal变量定义成private static的,这样的话ThreadLocal的生命周期就更长,由于一直存在ThreadLocal的强引用,所以ThreadLocal也就不会被回收,也就能保证任何时候都能根据ThreadLocal的弱引用访问到Entry的value值,然后remove它,防止内存泄露。

3.3.2 Android 中的ThreadLocal

​ set()方法:

public void set(T value) {
    Thread currentThread = Thread.currentThread();
    Values values = values(currentThread);
    if (values == null) {
        values = initializeValues(currentThread);
    }
    values.put(this, value);
}

​ 这里新增了一个Values的对象。这个对象定义在ThreadLocal.Values。 每一个Thread中都有一个这样的变量localValues。

Values values(Thread current) {
        return current.localValues;
    }
Values initializeValues(Thread current) {
        return current.localValues = new Values();
    }
void put(ThreadLocal<?> key, Object value) {
    cleanUp();

    // Keep track of first tombstone. That's where we want to go back
    // and add an entry if necessary.
    int firstTombstone = -1;

    for (int index = key.hash & mask;; index = next(index)) {
        Object k = table[index];

        if (k == key.reference) {
            // Replace existing entry.
            table[index + 1] = value;
            return;
        }

        if (k == null) {
            if (firstTombstone == -1) {
                // Fill in null slot.
                table[index] = key.reference;
                table[index + 1] = value;
                size++;
                return;
            }

            // Go back and replace first tombstone.
            table[firstTombstone] = key.reference;
            table[firstTombstone + 1] = value;
            tombstones--;
            size++;
            return;
        }

        // Remember first tombstone.
        if (firstTombstone == -1 && k == TOMBSTONE) {
            firstTombstone = index;
        }
    }
}

​ 这里的算法不去深入探索,但是可以看到,在table数组中存储value的地方。

table[index] = key.reference;
table[index + 1] = value;

​ 接着看下get()方法

 public T get() {
        // Optimized for the fast path.
        Thread currentThread = Thread.currentThread();
        Values values = values(currentThread);
        if (values != null) {
            Object[] table = values.table;
            int index = hash & values.mask;
            if (this.reference == table[index]) {
                return (T) table[index + 1];
            }
        } else {
            values = initializeValues(currentThread);
        }

        return (T) values.getAfterMiss(this);
    }

​ 这里就比较好理解了,返回index+1位置的值。

3.4Handler中的ThreadLocal

​ 具体到Handler中来说,对于每一个Handler它都需要一个唯一对应的Looper。通过ThreadLocal就可以实现在Looper中维护一份ThreadLocal就可以满足不同的线程对应不同的Looper.

 Looper.java
 
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));
   }

​ 如果不这样做,那么系统就必须提供一个全局的哈希表供Handler查找指定线程的Looper,这就势必会增加一个类似于LooperManager的类了,这种方法繁琐复杂。系统没有采用这种方案而是采用了ThreadLocal,这就是ThreadLocal的好处。

4. MessageQueue

​ MessageQueue主要包含两个操作enqueneMessage() 和 next()。enqueneMessage作用是向消息队列中插入一条消息,而next则是从消息队列中取出一条消息,同时将其从消息队列中移除。

​ 尽管MessageQueue 叫消息队列,但是它的实现并不是队列,而是一个单链表的数据结构。

  • enqueneMessage

       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(TAG, 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;
        }
    

    ​ 主要实现就是一个链表的插入操作。

  • next

        Message next() {
            // Return here if the message loop has already quit and been disposed.
            // This can happen if the application tries to restart a looper after quit
            // which is not supported.
            final long ptr = mPtr;
            if (ptr == 0) {
                return null;
            }
    
            int pendingIdleHandlerCount = -1; // -1 only during first iteration
            int nextPollTimeoutMillis = 0;
            for (;;) {
                if (nextPollTimeoutMillis != 0) {
                    Binder.flushPendingCommands();
                }
    
                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;
                    if (msg != null && msg.target == null) {
                        // 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 {
                            // Got a message.
                            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 {
                        // No more messages.
                        nextPollTimeoutMillis = -1;
                    }
    
                    // Process the quit message now that all pending messages have been handled.
                    if (mQuitting) {
                        dispose();
                        return null;
                    }
    
                    // If first time idle, then get the number of idlers to run.
                    // Idle handles only run if the queue is empty or if the first message
                    // in the queue (possibly a barrier) is due to be handled in the future.
                    if (pendingIdleHandlerCount < 0
                            && (mMessages == null || now < mMessages.when)) {
                        pendingIdleHandlerCount = mIdleHandlers.size();
                    }
                    if (pendingIdleHandlerCount <= 0) {
                        // No idle handlers to run.  Loop and wait some more.
                        mBlocked = true;
                        continue;
                    }
    
                    if (mPendingIdleHandlers == null) {
                        mPendingIdleHandlers = new IdleHandler[Math.max(pendingIdleHandlerCount, 4)];
                    }
                    mPendingIdleHandlers = mIdleHandlers.toArray(mPendingIdleHandlers);
                }
    
                // Run the idle handlers.
                // We only ever reach this code block during the first iteration.
                for (int i = 0; i < pendingIdleHandlerCount; i++) {
                    final IdleHandler idler = mPendingIdleHandlers[i];
                    mPendingIdleHandlers[i] = null; // release the reference to the handler
    
                    boolean keep = false;
                    try {
                        keep = idler.queueIdle();
                    } catch (Throwable t) {
                        Log.wtf(TAG, "IdleHandler threw exception", t);
                    }
    
                    if (!keep) {
                        synchronized (this) {
                            mIdleHandlers.remove(idler);
                        }
                    }
                }
    
                // Reset the idle handler count to 0 so we do not run them again.
                pendingIdleHandlerCount = 0;
    
                // While calling an idle handler, a new message could have been delivered
                // so go back and look again for a pending message without waiting.
                nextPollTimeoutMillis = 0;
            }
        }
    

    ​ next方法是一个无限循环的方法,如果消息队列中没有消息,那么next方法就会一直堵塞在这里,只有新消息到来时,next方法才会返回这条消息并将其从单链表中移除、

5 Looper

  • Looper的构造方法:
    Looper.java
    
    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();
    }

​ 在Prepare中会检查当前ThreadLocal是否已经有了looper对象,如果有了就会抛出异常,也就是说prepare()方法一个线程中一个生命周期内只能调用一次。

​ 在构造方法内会new一个MessageQueue,用作消息队列。

​ Looper除了prepare方法外,还提供了prepareMainLooper()方法,这个方法主要是用来给ActivityThread创建Looper使用的,其本质也是调用prepare方法来实现的。但是这个Looper不可以退出。

  • Looper是可以退出的,可以通过两种方式:

    • quit: 直接退出Looper

    • quitSafely:会设定一个退出的标记,然后把消息队列中的已有消息都处理完毕后才会安全的退出。但是delay的消息不会被保证结束前执行。

      MessageQueue
        
      void quit(boolean safe) {
          if (!mQuitAllowed) {
              throw new IllegalStateException("Main thread not allowed to quit.");
          }
      
          synchronized (this) {
              if (mQuitting) {
                  return;
              }
              mQuitting = true;
      
              if (safe) {
                  removeAllFutureMessagesLocked();
              } else {
                  removeAllMessagesLocked();
              }
      
              // We can assume mPtr != 0 because mQuitting was previously false.
              nativeWake(mPtr);
          }
      }
      

    在子线程中,我们手动创建了Looper后,在所有任务结束后应该调用quit方法来终止消息循环,否则这个子线程就会一直处于消息等待的状态。而如果退出Looper之后,这个线程也会立刻终止。因此在不需要Looper的时候应该手动终止它。

  • loop方法

       /**
         * Run the message queue in this thread. Be sure to call
         * {@link #quit()} to end the loop.
         */
        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;
    
            // Make sure the identity of this thread is that of the local process,
            // and keep track of what that identity token actually is.
            Binder.clearCallingIdentity();
            final long ident = Binder.clearCallingIdentity();
    
            for (;;) {
                Message msg = queue.next(); // might block
                if (msg == null) {
                    // No message indicates that the message queue is quitting.
                    return;
                }
    
                // This must be in a local variable, in case a UI event sets the logger
                Printer logging = me.mLogging;
                if (logging != null) {
                    logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " +
                            msg.callback + ": " + msg.what);
                }
    
                msg.target.dispatchMessage(msg);
    
                if (logging != null) {
                    logging.println("<<<<< Finished to " + msg.target + " " + msg.callback);
                }
    
                // Make sure that during the course of dispatching the
                // identity of the thread wasn't corrupted.
                final long newIdent = Binder.clearCallingIdentity();
                if (ident != newIdent) {
                    Log.wtf(TAG, "Thread identity changed from 0x"
                            + Long.toHexString(ident) + " to 0x"
                            + Long.toHexString(newIdent) + " while dispatching to "
                            + msg.target.getClass().getName() + " "
                            + msg.callback + " what=" + msg.what);
                }
    
                msg.recycleUnchecked();
            }
        }
    
    • looper方法是一个死循环,唯一跳出循环的方式是MessageQueue返回了null,也就是表明MessageQueue正在quit。当Looper调用了quit或者quitsafely时,会调用MessageQueue的quit或者quitsafely。当消息队列MessageQueue被标记为退出状态时,也就是isQuitting 标志,enqueueMessage 不在接受新消息,并返回false。此时当当前队列中的消息处理完毕后,会判断标志位,如果是即将退出的标志,那么直接返回null,Looper也会停止死循环。
    • 当正常的接收消息时,会调用msg.target.dispatchMessage(msg);来分发消息,但是Handler中dispatchMessage方法是在创建Handler时所使用的线程中执行的。这样就完成切换逻辑。

6.Handler

  • 常用的新消息发送方法

    Handler.java
     
    public final boolean post(Runnable r) {
      return  sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);
    }
    
    public final boolean postDelayed(Runnable r, long delayMillis) {
      return sendMessageDelayed(getPostMessage(r), delayMillis);
    }
    
    private static Message getPostMessage(Runnable r) {
      Message m = Message.obtain();
      m.callback = r;
      return m;
    }
    
    ----------
    
    public final boolean sendMessage(Message msg){
      return sendMessageDelayed(msg, 0);
    }
    
    public final boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis){
      if (delayMillis < 0) {
        delayMillis = 0;
      }
      return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis);
    }
    
    public final boolean sendEmptyMessage(int what){
      return sendEmptyMessageDelayed(what, 0);
    }
    
    public final boolean sendEmptyMessageDelayed(int what, long delayMillis) {
      Message msg = Message.obtain();
      msg.what = what;
      return sendMessageDelayed(msg, delayMillis);
    }
    
    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);
    }
    
  • 以上post类方法允许你排列一个Runnable对象到主线程队列中,最终会调用到sendMessage

  • sendMessage类方法, 会发送一个带数据的Message对象到队列中。

  • Looper会通过messageQueue的next方法拿到消息进行处理,最后交给Handler处理,即Handler的dispatchMessage方法

      /**
         * Handle system messages here.
         */
        public void dispatchMessage(Message msg) {
            if (msg.callback != null) {
                handleCallback(msg);
            } else {
                if (mCallback != null) {
                    if (mCallback.handleMessage(msg)) {
                        return;
                    }
                }
                handleMessage(msg);
            }
        }
    
  • 会首先判断Message的callBack是否存在,如果存在,就会调用callback

   private static void handleCallback(Message message) {
        message.callback.run();
    }
  • 接着会去判断mCallBack,mCallBack是我们在构造函数传入的

    public Handler(Looper looper, Callback callback, boolean async) {
            mLooper = looper;
            mQueue = looper.mQueue;
            mCallback = callback;
            mAsynchronous = async;
        }
    

这里的CallBack对象是什么:

/**
     * Callback interface you can use when instantiating a Handler to avoid
     * having to implement your own subclass of Handler.
     *
     * @param msg A {@link android.os.Message Message} object
     * @return True if no further handling is desired
     */
    public interface Callback {
        public boolean handleMessage(Message msg);
    }

这里提示了一种新的构造方法:

Handler handler = new Handler(Looper.getMainLooper(), new Handler.Callback() {
      @Override
      public boolean handleMessage(Message msg) {
        return false;
      }
    });

Handler smsHandler = new Handler(){
      public void handleMessage(Message msg) {
        return false;
      };
    };

Message m = Message.obtain(h, new Runnable() {  
        @Override  
        public void run() {  
                //做一些事情,这个run方法是主线程调用的  
        }  
});  
Handler Handler = new Handler();
handler.sendMessage(m);  

​ 如果没有mCallBack,那么最后就会调用handleMessage方法.

  • 这里的优先级

run(callback) > mCallBack > handleMessage

7.主线程的消息循环

​ Android的主线程是ActivityThread,主线程的入口方法为main方法。在main方法系统会通过Looper。prepareMainLooper来创建主线程的Looper及MessageQueue,并通过Looper.loop来开启循环。

public static void main(String[] args) {
  
        .....

        Looper.prepareMainLooper();

        ActivityThread thread = new ActivityThread();
        thread.attach(false);

        if (sMainThreadHandler == null) {
            sMainThreadHandler = thread.getHandler();
        }

        if (false) {
            Looper.myLooper().setMessageLogging(new
                    LogPrinter(Log.DEBUG, "ActivityThread"));
        }

        // End of event ActivityThreadMain.
        Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
        Looper.loop();

        throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
    }

MainLooper也只能prepare一次。

  /**
     * Initialize the current thread as a looper, marking it as an
     * application's main looper. The main looper for your application
     * is created by the Android environment, so you should never need
     * to call this function yourself.  See also: {@link #prepare()}
     */
    public static void prepareMainLooper() {
        prepare(false);
        synchronized (Looper.class) {
            if (sMainLooper != null) {
                throw new IllegalStateException("The main Looper has already been prepared.");
            }
            sMainLooper = myLooper();
        }
    }

因为主线程的Looper比较特殊,所有Looper提供了一个getMainLooper的方法来获取。

/**
  * Returns the application's main looper, which lives in the main thread of the application.
 */
public static Looper getMainLooper() {
    synchronized (Looper.class) {
        return sMainLooper;
    }
}

上述会在ActivityThread中开启Looper,并在Looper中初始化MessAgeQueue,这个时候还缺少一个Handler.

Handler是定义在ActivityThread.H中。

private class H extends Handler {
    public static final int LAUNCH_ACTIVITY         = 100;
    public static final int PAUSE_ACTIVITY          = 101;
    public static final int PAUSE_ACTIVITY_FINISHING= 102;
    public static final int STOP_ACTIVITY_SHOW      = 103;
    public static final int STOP_ACTIVITY_HIDE      = 104;
    public static final int SHOW_WINDOW             = 105;
    public static final int HIDE_WINDOW             = 106;
    public static final int RESUME_ACTIVITY         = 107;
    public static final int SEND_RESULT             = 108;
    public static final int DESTROY_ACTIVITY        = 109;
    public static final int BIND_APPLICATION        = 110;
    public static final int EXIT_APPLICATION        = 111;
    public static final int NEW_INTENT              = 112;
    public static final int RECEIVER                = 113;
    public static final int CREATE_SERVICE          = 114;
    public static final int SERVICE_ARGS            = 115;
    public static final int STOP_SERVICE            = 116;
    ...
    
     String codeToString(int code) {
            if (DEBUG_MESSAGES) {
                switch (code) {
                    case LAUNCH_ACTIVITY: return "LAUNCH_ACTIVITY";
                    case PAUSE_ACTIVITY: return "PAUSE_ACTIVITY";
                    case PAUSE_ACTIVITY_FINISHING: return "PAUSE_ACTIVITY_FINISHING";
                    case STOP_ACTIVITY_SHOW: return "STOP_ACTIVITY_SHOW";
                    ......
                    }
           }
 }

​ ActivityThread 通过ApplicationThread与AMS进程通信,AMS以进程间通信方试完成ActivityThread的请求后会回调ApplicationThread的Binder方法,然后ApplicationThread会通过H发送消息,H收到消息后会将逻辑切换到ActivityThread中即主线程中进行。这就是主线程的消息循环模型。

8. PS

  • 在开发的过程中会碰到一个棘手的问题,调用Activity.finish函数Acitivity没有执行生命周期的ondestory函数,是因为有一个handler成员,因为它有一个delay消息没有处理,调用Activity.finish,Activity不会马上destory,所以记得在Ativity finish前清理一下handle中的未处理的消息,这样Activity才会顺利的destory。

  • 主线程的Handler和 Looper为什么不会阻塞卡死

    1. epoll模型
      当没有消息的时候会epoll.wait,等待句柄写的时候再唤醒,这个时候其实是阻塞的。
    2. 所有的ui操作都通过handler来发消息操作。
      比如屏幕刷新16ms一个消息,你的各种点击事件,所以就会有句柄写操作,唤醒上文的wait操作,所以不会被卡死了。
  • 内存泄漏

    Handler handler = new Handler() {  
      
            @Override  
            public void handleMessage(Message msg) {  
                dosomething();  
      
            }  
        };  
    

    ​ 它默认是可以使用外部类的成员变量的,这样也佐证了我们所说的它会隐式的持有外部类的引用;这时候如果子线程使用handler将message消息发送到messageQueue中并等待执行的过程过长,这时候activity已经执行finish方法;那么我们希望的是activity被执行onDestory方法,然后activity相关的各种资源,组件都被销毁掉,但是由于handler隐式的持有activity的引用,那么activity就无法被回收,activity相关的资源与组件也无法被回收--即内存已经泄露。

    ​ 解决方案:

    • 使用static 静态变量定义handler

      static Handler handler = new Handler() {  
        
              @Override  
              public void handleMessage(Message msg) {  
                  dosomething();  
        
              }  
          };  
      
      

      这样的话,handler对象由于是静态类型无法持有外部activity的引用,但是这样Handler不再持有外部类的引用,导致程序不允许在Handler中操作activity中的对象了,这时候我们需要在Handler对象中增加一个队activity的弱引用;

      static class MyHandler extends Handler {  
          WeakReference<Activity > mActivityReference;  
          MyHandler(Activity activity) {  
              mActivityReference= new WeakReference<Activity>(activity);  
          }  
          @Override  
          public void handleMessage(Message msg) {  
              final Activity activity = mActivityReference.get();  
              if (activity != null) {  
                  mImageView.setImageBitmap(mBitmap);  
              }  
          }  
      }  
      
    • 通过代码逻辑判断

      在activity执行onDestory时,判断是否有handler已经执行完成,否则做相关逻辑操作。

  • 主线程往子线程发消息

    在子线程中创建Handler,需要手动初始化Looper。

  • Handler常见的两个异常

    在使用Handler时,经常会出现以下两个异常:

    (1)CalledFromWrongThreadException:这种异常是因为尝试在子线程中去更新UI,进而产生异常。

    (2)Can't create handle inside thread that ha not called Looper.prepared:是因为我们在子线程中去创建Handler,而产生的异常。

  • 为什么在有些时候子线程中是可以直接更新UI的:

    为了回答这个问题,我们需要先通过看源码去了解下面这三个问题:

    (1)Android是如何检测非UI线程去更新UI的

    (2)ViewRootImp是什么?

    (3)ViewRootImp是在哪里创建的?

    源码我就不贴出来了,这里我只是总结一下。

    答案:

    非UI线程真的不能更新UI吗? 是可以的。

    解释:

    在线程中更新UI时会调用ViewParent.invalidateChild()方法检查当前的thread是否是Mainthread。

    ​ 但是,ViewRootImpl这个类是在activity的onResume()方法中创建的。就算在子线程中更新UI,只要在ViewRootImpl创建之前更新UI(比如,程序在执行onCreate方法时,我就去执行setText方法区更新UI),就可以逃避掉checkThread()的检查。

    关于本题,给出以下链接大家去细读一下源码吧:

    Android更新Ui进阶精解(一):

    http://www.jianshu.com/p/6de0a42a44d6

    为什么我们可以在非UI线程中更新UI:

    http://blog.csdn.net/aigestudio/article/details/43449123

Android 开发
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