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Android Handler 消息处理机制

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2018/01/07 Share

日常开发中,一般不会在子线程中直接进行 UI 操作,大部分采取的办法是创建 Message 对象,然后借助 Handler 发送出去,再在 Handler 的 handlerMessage() 方法中获取 Message 对象,进行一系列的 UI 操作。Handler 负责发送 Message, 又负责处理 Message, 其中经历了什么 ,需要从源码中一探究竟。

首先看 Handler 的构造函数:

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public Handler(Callback callback, boolean async) {
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());
}
}

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;
}

Handler 的无参构造函数会调用上面的重载构造函数,我们直接看第二个 if 语句, 如果 mLooper 为 null,将会抛出异常 “Can’t create handler inside thread that has not called Looper.prepare()”,意思是说如果没有调用 Looper.prepare(), 在当前线程中不能创建 Handler 实例。但是,我们在 UI 主线程中创建 Handler 时,好像并不要调用方法 Looper.prepare(),肯定是系统已经帮我们自动调用了 Looper.prepare() 方法。

我们来看 Looper.myLooper() 方法,这个方法直接从 sThreadLocal 取出 Looper 对象。

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

所以 sThreadLocal 中的 Looper 对象肯定是在 Looper.prepare() 方法中 set 进去,Looper.prepare() 方法会调用 Looper.prepare(boolean quitAllowed) 方法。

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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));
}

可以看到,这个方法中首先判断当前线程中有没有 Looper 对象了,如果没有,就会创建一个 Looper 对象 set 到 sThreadLocal 中 ;如果有 Looper 对象了,就不能再创建 Looper 对象,即一个线程只能创建一个 Looper 对象。而在 UI 主线程中,系统是什么时候调用了 Looper.prepare() 方法呢?

查看 ActivityThread 中的 main() 方法,代码如下所示:

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public static void main(String[] args) {
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "ActivityThreadMain");
SamplingProfilerIntegration.start();

// CloseGuard defaults to true and can be quite spammy. We
// disable it here, but selectively enable it later (via
// StrictMode) on debug builds, but using DropBox, not logs.
CloseGuard.setEnabled(false);

Environment.initForCurrentUser();

// Set the reporter for event logging in libcore
EventLogger.setReporter(new EventLoggingReporter());

// Make sure TrustedCertificateStore looks in the right place for CA certificates
final File configDir = Environment.getUserConfigDirectory(UserHandle.myUserId());
TrustedCertificateStore.setDefaultUserDirectory(configDir);

Process.setArgV0("<pre-initialized>");

Looper.prepareMainLooper(); // 创建 Looper 对象

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");
}

查看 Looper.prepareMainLooper(); 这一行,应用启动的时候就调用了这个方法,在这个方法中又去调用了方法 prepare(boolean quitAllowed) 去创建一个 Looper 对象。

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public static void prepareMainLooper() {
prepare(false);
synchronized (Looper.class) {
if (sMainLooper != null) {
throw new IllegalStateException("The main Looper has already been prepared.");
}
sMainLooper = myLooper();
}
}

至此,Handler 的创建过程已经清晰。再来看看 Looper 的构造函数如下:

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private Looper(boolean quitAllowed) {
mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
mThread = Thread.currentThread();
}

可以看出在当前线程中创建了一个 MessageQueue,顾名思义,MessageQueue 是用来存放消息的消息队列。同样从这可以看出,一个线程只能创建一个 Looper,也就只有一个 MessageQueue。

那么,Handler 是如何发送消息并处理消息的呢?得从发送消息的方法看起,Handler 提供很多发送消息的方法,但大部分方法最终都会调用 sendMessageAtTime 方法。

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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);
}

这个方法的第一个参数是发送的消息,第二个参数是自系统开机到当前时间的毫秒数再加上延迟时间,如果调用的不是 sendMessageDelayed() 方法,延迟时间就为 0。最后调用 enqueueMessage 方法。

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private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
msg.target = this;
if (mAsynchronous) {
msg.setAsynchronous(true);
}
return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}

这个方法中,首先将 msg.target 设置为 handler 对象本身,然后调用 MessageQueue 的 enqueueMessage 方法,我们再看 MessageQueue 的 enqueueMessage 方法。

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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;
}

这个方法中主要就是将消息按照时间的先后顺序进行排队,通过 msg.next 指定下一个消息。

那么消息是如何出队的呢?这得看 Looper.loop() 源码了。

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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
final Printer logging = me.mLogging;
if (logging != null) {
logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " +
msg.callback + ": " + msg.what);
}

final long slowDispatchThresholdMs = me.mSlowDispatchThresholdMs;

final long traceTag = me.mTraceTag;
if (traceTag != 0 && Trace.isTagEnabled(traceTag)) {
Trace.traceBegin(traceTag, msg.target.getTraceName(msg));
}
final long start = (slowDispatchThresholdMs == 0) ? 0 : SystemClock.uptimeMillis();
final long end;
try {
msg.target.dispatchMessage(msg); // 回调 Handler 的 dispatchMessage 方法
end = (slowDispatchThresholdMs == 0) ? 0 : SystemClock.uptimeMillis();
} finally {
if (traceTag != 0) {
Trace.traceEnd(traceTag);
}
}
if (slowDispatchThresholdMs > 0) {
final long time = end - start;
if (time > slowDispatchThresholdMs) {
Slog.w(TAG, "Dispatch took " + time + "ms on "
+ Thread.currentThread().getName() + ", h=" +
msg.target + " cb=" + msg.callback + " msg=" + msg.what);
}
}

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();
}
}

主线程中,这个方法在 ActivityThread 中的 main() 方法中被调用。可以看出,在这个方法中进入了一个死循环,不断调用 MessageQueue.next() 方法从消息队列中获取出队消息,将消息传递到 msg.target 的 dispatchMessage() 方法中,这里的 msg.target 其实就是 Handler,是在 Handler 的 enqueueMessage 方法中设置的。然后看一看 Handler 中 dispatchMessage() 方法的源码,如下所示:

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public void dispatchMessage(Message msg) {
if (msg.callback != null) {
handleCallback(msg);
} else {
if (mCallback != null) {
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
}
}
handleMessage(msg);
}
}

这里三种不同的调用方法都是对消息进行处理,提供不同的应用场景。

到这里 Android Handler 的基本原理一目了然了,对于其他一些在子线程中使用的方法,比如 Handler 的 post()方法 、Activity 的 runOnUiThread() 等方法,其背后的原理都是一样的,不再赘述。

总结

  • 基本概念
    • Message:消息。
    • MessageQueue:消息队列,用来存放 Handler 发送过来的 Message,并且按照时间顺序将消息排成队列。
    • Handler:消息处理者,负责发送和处理消息。
    • Looper:消息轮询器,不断的从 MessageQqueue 中取出 Message 交给 Handler 处理。
  • 应用启动时系统默认给 UI 主线程创建了 Looper 对象。如果是在子线程中创建 Handler 对象,需要先创建 Looper.prepare() 方法创建 Looper 对象。
  • 一个线程只能拥有一个 Looper 对象和 一个 MessageQueue 对象。
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  1. 1. 总结