从架构师的角度分析Android Handler 源码的正确姿势

发布时间：2020-08-05 23:48:19 作者：Android丶VG
来源：网络阅读：318

Handler的原理是什么?能深入分析下 Handler的实现机制吗？
面试官问该问题是想问清楚handler的源码，handler机制如何实现，对消息泵Looper理不理解
(更多完整项目下载。未完待续。源码。图文知识后续上传github。)

1. Handler 机制简介

定义一套 Android 消息传递机制
作用

在多线程的应用场景中，将工作线程中需更新UI的操作信息传递到 UI主线程，从而实现工作线程对UI的更新处理，最终实现异步消息的处理

使用Handler的原因：将工作线程需操作UI的消息传递到主线程，使得主线程可根据工作线程的需求更新UI，从而避免线程操作不安全的问题

2. 储备知识

在阅读Handler机制的源码分析前，请务必了解Handler的一些储备知识：相关概念、使用方式 & 工作原理
#####2.1 相关概念

关于 Handler 机制中的相关概念如下：

在下面的讲解中，我将直接使用英文名讲解，即 Handler、Message、Message Queue、Looper，希望大家先熟悉相关概念

2.2 使用方式

Handler使用方式因发送消息到消息队列的方式不同而不同，共分为2种：使用Handler.sendMessage（）、使用Handler.post（）

下面的源码分析将依据使用步骤讲解

3. Handler机制的核心类

从架构师的角度分析Android Handler 源码的正确姿势
在源码分析前，先来了解Handler机制中的核心类

3.1 类说明

Handler机制中有3个重要的类：

处理器类（Handler）
消息队列类（MessageQueue）
循环器类（Looper）
3.2Handler工作流程

4.源码分析

从架构师的角度分析Android Handler 源码的正确姿势

下面的源码分析将根据 Handler的使用步骤进行
Handler使用方式因发送消息到消息队列的方式不同而不同，共分为2种：使用Handler.sendMessage（）、使用Handler.post（）
下面的源码分析将依据上述2种使用方式进行

方式1：使用 Handler.sendMessage（）

使用步骤

/** 
  * 此处以 匿名内部类 的使用方式为例
  */
  // 步骤1：在主线程中 通过匿名内部类 创建Handler类对象
  private Handler mhandler = new  Handler(){
                // 通过复写handlerMessage()从而确定更新UI的操作
                @Override
                public void handleMessage(Message msg) {
                        ...// 需执行的UI操作
                    }
            };

  // 步骤2：创建消息对象
    Message msg = Message.obtain(); // 实例化消息对象
    msg.what = 1; // 消息标识
    msg.obj = "AA"; // 消息内容存放

  // 步骤3：在工作线程中 通过Handler发送消息到消息队列中
  // 多线程可采用AsyncTask、继承Thread类、实现Runnable
   mHandler.sendMessage(msg);

  // 步骤4：开启工作线程（同时启动了Handler）
  // 多线程可采用AsyncTask、继承Thread类、实现Runnable

源码分析下面，我将根据上述每个步骤进行源码分析

步骤1：在主线程中通过匿名内部类创建Handler类对象

/** 
  * 具体使用
  */
    private Handler mhandler = new  Handler(){
        // 通过复写handlerMessage()从而确定更新UI的操作
        @Override
        public void handleMessage(Message msg) {
                ...// 需执行的UI操作
            }
    };

/** 
  * 源码分析：Handler的构造方法
  * 作用：初始化Handler对象 & 绑定线程
  * 注：
  *   a. Handler需绑定 线程才能使用；绑定后，Handler的消息处理会在绑定的线程中执行
  *   b. 绑定方式 = 先指定Looper对象，从而绑定了 Looper对象所绑定的线程（因为Looper对象本已绑定了对应线程）
  *   c. 即：指定了Handler对象的 Looper对象 = 绑定到了Looper对象所在的线程
  */
  public Handler() {

            this(null, false);
            // ->>分析1

    }
/** 
  * 分析1：this(null, false) = Handler（null，false）
  */
  public Handler(Callback callback, boolean async) {

            ...// 仅贴出关键代码

            // 1. 指定Looper对象
                mLooper = Looper.myLooper();
                if (mLooper == null) {
                    throw new RuntimeException(
                        "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");
                }
                // Looper.myLooper()作用：获取当前线程的Looper对象；若线程无Looper对象则抛出异常
                // 即 ：若线程中无创建Looper对象，则也无法创建Handler对象
                // 故 若需在子线程中创建Handler对象，则需先创建Looper对象
                // 注：可通过Loop.getMainLooper()可以获得当前进程的主线程的Looper对象

            // 2. 绑定消息队列对象（MessageQueue）
                mQueue = mLooper.mQueue;
                // 获取该Looper对象中保存的消息队列对象（MessageQueue）
                // 至此，保证了handler对象 关联上 Looper对象中MessageQueue
    }

从上面可看出：当创建Handler对象时，则通过构造方法自动关联当前线程的Looper对象 & 对应的消息队列对象（MessageQueue），从而自动绑定了实现创建Handler对象操作的线程
0 那么，当前线程的Looper对象 & 对应的消息队列对象（MessageQueue）是什么时候创建的呢？

在上述使用步骤中，并无创建Looper对象 & 对应的消息队列对象（MessageQueue）这1步

步骤1前的隐式操作1：创建循环器对象（Looper） & 消息队列对象（MessageQueue）

从架构师的角度分析Android Handler 源码的正确姿势

源码分析

/** 
  * 源码分析1：Looper.prepare()
  * 作用：为当前线程（子线程） 创建1个循环器对象（Looper），同时也生成了1个消息队列对象（MessageQueue）
  * 注：需在子线程中手动调用该方法
  */
    public static final void prepare() {

        if (sThreadLocal.get() != null) {
            throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
        }
        // 1. 判断sThreadLocal是否为null，否则抛出异常
        //即 Looper.prepare()方法不能被调用两次 = 1个线程中只能对应1个Looper实例
        // 注：sThreadLocal = 1个ThreadLocal对象，用于存储线程的变量

        sThreadLocal.set(new Looper(true));
        // 2. 若为初次Looper.prepare()，则创建Looper对象 & 存放在ThreadLocal变量中
        // 注：Looper对象是存放在Thread线程里的
        // 源码分析Looper的构造方法->>分析a
    }

  /** 
    * 分析a：Looper的构造方法
    **/

        private Looper(boolean quitAllowed) {

            mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
            // 1. 创建1个消息队列对象（MessageQueue）
            // 即 当创建1个Looper实例时，会自动创建一个与之配对的消息队列对象（MessageQueue）

            mRun = true;
            mThread = Thread.currentThread();
        }

/** 
  * 源码分析2：Looper.prepareMainLooper()
  * 作用：为 主线程（UI线程） 创建1个循环器对象（Looper），同时也生成了1个消息队列对象（MessageQueue）
  * 注：该方法在主线程（UI线程）创建时自动调用，即 主线程的Looper对象自动生成，不需手动生成
  */
    // 在Android应用进程启动时，会默认创建1个主线程（ActivityThread，也叫UI线程）
    // 创建时，会自动调用ActivityThread的1个静态的main（）方法 = 应用程序的入口
    // main（）内则会调用Looper.prepareMainLooper()为主线程生成1个Looper对象

      /** 
        * 源码分析：main（）
        **/
        public static void main(String[] args) {
            ... // 仅贴出关键代码

            Looper.prepareMainLooper(); 
            // 1. 为主线程创建1个Looper对象，同时生成1个消息队列对象（MessageQueue）
            // 方法逻辑类似Looper.prepare()
            // 注：prepare()：为子线程中创建1个Looper对象

            ActivityThread thread = new ActivityThread(); 
            // 2. 创建主线程

            Looper.loop(); 
            // 3. 自动开启 消息循环 ->>下面将详细分析

        }

总结：

创建主线程时，会自动调用ActivityThread的1个静态的main（）；而main（）内则会调用Looper.prepareMainLooper()为主线程生成1个Looper对象，同时也会生成其对应的MessageQueue对象

1.即主线程的Looper对象自动生成，不需手动生成；而子线程的Looper对象则需手动通过Looper.prepare()创建
2.在子线程若不手动创建Looper对象则无法生成Handler对象
根据Handler的作用（在主线程更新UI），故Handler实例的创建场景主要在主线程
生成Looper& MessageQueue对象后，则会自动进入消息循环：Looper.loop（），即又是另外一个隐式操作。
步骤1前的隐式操作2：消息循环

此处主要分析的是Looper类中的loop（）方法

/**

源码分析： Looper.loop()
作用：消息循环，即从消息队列中获取消息、分发消息到Handler
特别注意：
a. 主线程的消息循环不允许退出，即无限循环

b. 子线程的消息循环允许退出：调用消息队列MessageQueue的quit（）
*/
public static void loop() {

...// 仅贴出关键代码

// 1. 获取当前Looper的消息队列
    final Looper me = myLooper();
    if (me == null) {
        throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
    }
    // myLooper()作用：返回sThreadLocal存储的Looper实例；若me为null 则抛出异常
    // 即loop（）执行前必须执行prepare（），从而创建1个Looper实例

    final MessageQueue queue = me.mQueue;
    // 获取Looper实例中的消息队列对象（MessageQueue）

// 2. 消息循环（通过for循环）
    for (;;) {

    // 2.1 从消息队列中取出消息
    Message msg = queue.next(); 
    if (msg == null) {
        return;
    }
    // next()：取出消息队列里的消息
    // 若取出的消息为空，则线程阻塞
    // ->> 分析1 

    // 2.2 派发消息到对应的Handler
    msg.target.dispatchMessage(msg);
    // 把消息Message派发给消息对象msg的target属性
    // target属性实际是1个handler对象
    // ->>分析2

// 3. 释放消息占据的资源
msg.recycle();
}

}

/**

分析1：queue.next()
定义：属于消息队列类（MessageQueue）中的方法

作用：出队消息，即从消息队列中移出该消息
*/
Message next() {

...// 仅贴出关键代码

// 该参数用于确定消息队列中是否还有消息
// 从而决定消息队列应处于出队消息状态 or 等待状态
int nextPollTimeoutMillis = 0;

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

// nativePollOnce方法在native层，若是nextPollTimeoutMillis为-1，此时消息队列处于等待状态　
nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);

synchronized (this) {

    final long now = SystemClock.uptimeMillis();
    Message prevMsg = null;
    Message msg = mMessages;

    // 出队消息，即 从消息队列中取出消息：按创建Message对象的时间顺序
    if (msg != null) {
        if (now < msg.when) {
            nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE);
        } else {
            // 取出了消息
            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 {

        // 若 消息队列中已无消息，则将nextPollTimeoutMillis参数设为-1
        // 下次循环时，消息队列则处于等待状态
        nextPollTimeoutMillis = -1;
    }

    ......
}
   .....

}
}// 回到分析原处

/**

分析2：dispatchMessage(msg)
定义：属于处理者类（Handler）中的方法
作用：派发消息到对应的Handler实例 & 根据传入的msg作出对应的操作
*/
public void dispatchMessage(Message msg) {

// 1. 若msg.callback属性不为空，则代表使用了post（Runnable r）发送消息
// 则执行handleCallback(msg)，即回调Runnable对象里复写的run（）
// 上述结论会在讲解使用“post（Runnable r）”方式时讲解
if (msg.callback != null) {
handleCallback(msg);
} else {
if (mCallback != null) {
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
}
}
```
    // 2. 若msg.callback属性为空，则代表使用了sendMessage（Message msg）发送消息（即此处需讨论的）
    // 则执行handleMessage(msg)，即回调复写的handleMessage(msg) ->> 分析3
    handleMessage(msg);

}
```
}

/**
- 分析3：handleMessage(msg)
- 注：该方法 = 空方法，在创建Handler实例时复写 = 自定义消息处理方式
  **/
  public void handleMessage(Message msg) {
  ... // 创建Handler实例时复写
  }
```
### 总结：
```

消息循环的操作 = 消息出队 + 分发给对应的Handler实例
分发给对应的Handler的过程：根据出队消息的归属者通过dispatchMessage(msg)进行分发，最终回调复写的handleMessage(Message msg)，从而实现消息处理的操作
特别注意：在进行消息分发时

（dispatchMessage(msg)）

，会进行1次发送方式的判断：

若msg.callback属性不为空，则代表使用了post（Runnable r）发送消息，则直接回调Runnable对象里复写的run（）
若msg.callback属性为空，则代表使用了sendMessage（Message msg）发送消息，则回调复写的handleMessage(msg)
至此，关于步骤1的源码分析讲解完毕

步骤2：创建消息对象

/** 
  * 具体使用
  */
    Message msg = Message.obtain(); // 实例化消息对象
    msg.what = 1; // 消息标识
    msg.obj = "AA"; // 消息内容存放

/** 
  * 源码分析：Message.obtain()
  * 作用：创建消息对象
  * 注：创建Message对象可用关键字new 或 Message.obtain()
  */
  public static Message obtain() {

        // Message内部维护了1个Message池，用于Message消息对象的复用
        // 使用obtain（）则是直接从池内获取
        synchronized (sPoolSync) {
            if (sPool != null) {
                Message m = sPool;
                sPool = m.next;
                m.next = null;
                m.flags = 0; // clear in-use flag
                sPoolSize--;
                return m;
            }
            // 建议：使用obtain（）”创建“消息对象，避免每次都使用new重新分配内存
        }
        // 若池内无消息对象可复用，则还是用关键字new创建
        return new Message();

    }

    ### 步骤3：在工作线程中 发送消息到消息队列中

多线程的实现方式：AsyncTask、继承Thread类、实现Runnable

/** 
  * 具体使用
  */

    mHandler.sendMessage(msg);

/** 
  * 源码分析：mHandler.sendMessage(msg)
  * 定义：属于处理器类（Handler）的方法
  * 作用：将消息 发送 到消息队列中（Message ->> MessageQueue）
  */
  public final boolean sendMessage(Message msg)
    {
        return sendMessageDelayed(msg, 0);
        // ->>分析1
    }

         /** 
           * 分析1：sendMessageDelayed(msg, 0)
           **/
           public final boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis)
            {
                if (delayMillis < 0) {
                    delayMillis = 0;
                }

                return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis);
                // ->> 分析2
            }

         /** 
           * 分析2：sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis)
           **/
           public boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis) {
                    // 1. 获取对应的消息队列对象（MessageQueue）
                    MessageQueue queue = mQueue;

                    // 2. 调用了enqueueMessage方法 ->>分析3
                    return enqueueMessage(queue, msg, uptimeMillis);
                }

         /** 
           * 分析3：enqueueMessage(queue, msg, uptimeMillis)
           **/
            private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
                 // 1. 将msg.target赋值为this
                 // 即 ：把 当前的Handler实例对象作为msg的target属性
                 msg.target = this;
                 // 请回忆起上面说的Looper的loop()中消息循环时，会从消息队列中取出每个消息msg，然后执行msg.target.dispatchMessage(msg)去处理消息
                 // 实际上则是将该消息派发给对应的Handler实例        

                // 2. 调用消息队列的enqueueMessage（）
                // 即：Handler发送的消息，最终是保存到消息队列->>分析4
                return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis）;
        }

        /** 
          * 分析4：queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis）
          * 定义：属于消息队列类（MessageQueue）的方法
          * 作用：入队，即 将消息 根据时间 放入到消息队列中（Message ->> MessageQueue）
          * 采用单链表实现：提高插入消息、删除消息的效率
          */
          boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {

                ...// 仅贴出关键代码

                synchronized (this) {

                    msg.markInUse();
                    msg.when = when;
                    Message p = mMessages;
                    boolean needWake;

                    // 判断消息队列里有无消息
                        // a. 若无，则将当前插入的消息 作为队头 & 若此时消息队列处于等待状态，则唤醒
                        if (p == null || when == 0 || when < p.when) {
                            msg.next = p;
                            mMessages = msg;
                            needWake = mBlocked;
                        } else {
                            needWake = mBlocked && p.target == null && msg.isAsynchronous();
                            Message prev;

                        // b. 判断消息队列里有消息，则根据 消息（Message）创建的时间 插入到队列中
                            for (;;) {
                                prev = p;
                                p = p.next;
                                if (p == null || when < p.when) {
                                    break;
                                }
                                if (needWake && p.isAsynchronous()) {
                                    needWake = false;
                                }
                            }

                            msg.next = p; 
                            prev.next = msg;
                        }

                        if (needWake) {
                            nativeWake(mPtr);
                        }
                    }
                    return true;
            }

// 之后，随着Looper对象的无限消息循环
// 不断从消息队列中取出Handler发送的消息 & 分发到对应Handler
// 最终回调Handler.handleMessage()处理消息

(更多完整项目下载。未完待续。源码。图文知识后续上传github。)

从架构师的角度分析Android Handler 源码的正确姿势

1. Handler 机制简介

2. 储备知识

2.2 使用方式

3. Handler机制的核心类

3.1 类说明

3.2Handler工作流程

4.源码分析

方式1：使用 Handler.sendMessage（）

步骤1：在主线程中 通过匿名内部类 创建Handler类对象

步骤1前的隐式操作1：创建循环器对象（Looper） & 消息队列对象（MessageQueue）

总结：

步骤1前的隐式操作2：消息循环

步骤2：创建消息对象

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步骤1：在主线程中通过匿名内部类创建Handler类对象