前言
Handler是什么？我们都知道，Handler是Android内部消息机制，它可以帮我们方便的实现线程间的通讯。它在Android系统中是非常重要的，所以明白其内部实现原理是非常有必要的。
使用
要了解Handler的内部实现原理，我们可以从日常使用入手，一步一步来学习其内部实现原理。
我们平常使用Handler，一般都有以下几步：
- 为
Handler创建一个静态类,内部以弱引用的方式来持有对象的引用。这样主要是为了防止Hnadler出现内存泄漏的问题。 - 构建一个
Message对象并通过Handler的sendMessage(Message msg)方法发送这个Message对象。 - 在
Handler的handleMessage(msg: Message)回调方法中处理。
@Override
protected void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
Handler mHandler=new MyHandler(this);
Message m=Message.obtain();
m.what=1;
mHandler.sendMessage(m);
}
private static class MyHandler extends Handler {
WeakReference<Activity> mWeakReference;
public MyHandler(Activity activity) {
mWeakReference = new WeakReference<Activity>(activity);
}
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
final Activity activity = mWeakReference.get();
if (activity == null) {
return;
}
activity.runOnUiThread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
Toast.makeText(activity, String.valueOf(msg.what), Toast.LENGTH_SHORT).show();
}
});
}
}
-
Handler在我们日常使用中，差不多就是以上几个步骤，只不过Handler除了可以通过sendMessage(Message msg)方法发送Meesage，Handler也还有很多别的方法可以发送Message，比如还可以post一个Runnable等等，但其实它们本质上是一样的，最终都会调用Handler的sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis)方法。
Handler的构造方法
要明白Handler的内部原理，第一步我们就需要看看Handler的构造方法。
private static final boolean FIND_POTENTIAL_LEAKS = false;
final Looper mLooper;
final MessageQueue mQueue;
final Callback mCallback;
final boolean mAsynchronous;
public Handler() {
this(null, false);
}
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 " + Thread.currentThread()
+ " that has not called Looper.prepare()");
}
mQueue = mLooper.mQueue;
mCallback = callback;
mAsynchronous = async;
}
- 可以看出，我们调用
Handler的无参构造方法，实际上Handler内部会调用其两个参数的构造方法。 - 在
Handler两个参数构造方法中，会通过Looper.myLooper()拿到一个Looper对象，如果这个Looper对象为null则会抛出异常。 - 然后就是一系列变量赋值操作。
- 通过
Handler构造方法，我们可以知道，在我们新建Handler对象时，Looper.myLooper()一定不能为null，那么Looper.myLooper()是怎么得到Looper对象的呢？，我们需要先把这个搞清楚，我们来看下Looper.myLooper()方法：
static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();
public static @Nullable Looper myLooper() {
return sThreadLocal.get();
}
- 可以看出，
Looper.myLooper()方法很简单，就是调用了ThreadLocal对象的get()方法，我们看下ThreadLocal对象的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) {
@SuppressWarnings("unchecked")
T result = (T)e.value;
return result;
}
}
return setInitialValue();
}
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
return t.threadLocals;
}
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;
}
protected T initialValue() {
return null;
}
void createMap(Thread t, T firstValue) {
t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}
-
ThreadLocal内部是通过ThreadLocalMap对象取值的。 -
ThreadLocalMap，看起来和Map类似，暂时可以当成Map结构来处理，稍后再分析。 - 来看
get()方法,首先得到当前线程对象的ThreadLocalMap对象：
1.如果ThreadLocalMap对象不为null，就以当前ThreadLocal对象为key，得到ThreadLocalMap的Entry对象，如果Entry对象不为null，Entry对象的value就是我们想要的Looper对象。
2.如果ThreadLocalMap对象为null，就返回一个初始值，默认初始值为null。 - 也就是说，要保证
Looper.myLooper()不为null，得符合上述1中的条件。所以我们需要看看Thread中的threadLocals变量在哪赋值：
//Thread
ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
// ThreadLocal
public void set(T value) {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
map.set(this, value);
else
createMap(t, value);
}
void createMap(Thread t, T firstValue) {
t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}
-
Thread中的threadLocals初始为null，而且在Thread中没有赋值的地方，但是ThreadLocal中set(T value)方法是会初始化一个ThreadLocalMap对象，也就是说，如果不调用，ThreadLocal中set(T value)方法，Looper.myLooper()为null，是没法创建Handler对象的。现在思路很明确了，我们要找到ThreadLocal中set(T value)方法调用时机，Looper.myLooper()会得到一个Looper对象，那么Looper中应该有个类似set的方法，把Looper对象，通过ThreadLocal中set(T value)方法，设置给ThreadLocalMap的Entry对象的value：
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();
}
- 可以发现是
Looper的prepare()方法，将一个Looper对象通过ThreadLocal中set(T value)方法，设置给ThreadLocalMap的Entry对象的value。初始化Looper对象同时会初始化MessageQueue对象。 -
Looper的prepare()方法只能在同一个线程调用一次，否则会抛出异常，为什么说是同一个线程呢？因为ThreadLocal的get()方法是获取了当前线程的ThreadLocalMap对象，通过这个ThreadLocalMap对象获取数据。 - 问题：我们平常使用过程中，并没有调用
Looper的prepare()，也没有抛出异常，这是为什么呢？实际上
UI线程启动时，就调用了Looper的prepare()，所以不需要我们手动调用，所以准确来说，在UI线程可以直接创建Handler对象，子线程必须调用Looper的prepare()才能创建Handler对象。
总结
- 在UI线程可以直接创建
Handler对象，子线程必须调用Looper的prepare()才能创建Handler对象。 - 一个线程，只有一个
Looper对象。这是通过ThreadLocal实现的，ThreadLocal是一个线程相关的类，通过ThreadLocal存储的数据，不同线程之间的数据是相互独立的。
Message入列
- 通过上文，我们了解了
Handler的创建过程，接下来我们再看看Handler发送的消息是如何一步步被分发的。 - 我们很容易知道，无论调用
Handler发送消息的哪个方法，最终都是调用了sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis)方法，这个方法如下：
// Handler
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);
}
//MessageQueue
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;
}
- 上面代码便是
Message添加到MessageQueue的过程，MessageQueue我们可以理解为消息队列，用来存放Message对象。下面我们来一步一步看看Message是如何添加到MessageQueue的。
- 首先，会判断
Message的target是不是null，是null则抛出异常，这个target是当前Handler对象，通过上面代码可以知道，target是在enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis)方法里面赋值的。 - 会判断
Message是不是已经添加过了，如果是一个已经添加过的Message也会抛出异常。 - 通过
synchronize来进行线程同步，准备将Message添加到MessageQueue。 - 判断
Thread是否处于dead状态，如果处于dead状态则不再继续执行添加，直接返回false。 - 开始添加，把
Message标记为use状态,同时给Message设置期望执行时间，也就是when,注意这个期望执行时间是用的SystemClock.uptimeMillis()和delayMillis之和，是一个相对时间，其实想想这里最主要的就是需要一个相对时间。
6.判断当前有没有正在执行的任务，或者当前Message是不是需要立刻执行，或者当前Message的期望执行时间是不是比将要执行的Message得期望执行时间要早，如果满足，就将这个Message'插入到MessageQueue的最前面，否则，根据when的大小，顺序插入MessageQueue。然后根据needWake`参数，决定是否需要唤醒执行任务。
- 经过上面的步骤，
Message就被插入MessageQueue等待执行了。也就是说Message是要添加到MessageQueue，然后等待被取出执行的。那么，Message如何被取出执行，然后分发给Handler的呢?
Looper.loop()
- 通过上文，我们已经把
Message添加到MessageQueue的过程梳理清楚了，那么Message是如何被取出执行的呢？其实是通过Looper.loop()来取出执行，并分发给发送Message的Handler。下面来看下Looper.loop()方法。
//Looper
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();
// Allow overriding a threshold with a system prop. e.g.
// adb shell 'setprop log.looper.1000.main.slow 1 && stop && start'
final int thresholdOverride =
SystemProperties.getInt("log.looper."
+ Process.myUid() + "."
+ Thread.currentThread().getName()
+ ".slow", 0);
boolean slowDeliveryDetected = false;
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 traceTag = me.mTraceTag;
long slowDispatchThresholdMs = me.mSlowDispatchThresholdMs;
long slowDeliveryThresholdMs = me.mSlowDeliveryThresholdMs;
if (thresholdOverride > 0) {
slowDispatchThresholdMs = thresholdOverride;
slowDeliveryThresholdMs = thresholdOverride;
}
final boolean logSlowDelivery = (slowDeliveryThresholdMs > 0) && (msg.when > 0);
final boolean logSlowDispatch = (slowDispatchThresholdMs > 0);
final boolean needStartTime = logSlowDelivery || logSlowDispatch;
final boolean needEndTime = logSlowDispatch;
if (traceTag != 0 && Trace.isTagEnabled(traceTag)) {
Trace.traceBegin(traceTag, msg.target.getTraceName(msg));
}
final long dispatchStart = needStartTime ? SystemClock.uptimeMillis() : 0;
final long dispatchEnd;
try {
msg.target.dispatchMessage(msg);
dispatchEnd = needEndTime ? SystemClock.uptimeMillis() : 0;
} finally {
if (traceTag != 0) {
Trace.traceEnd(traceTag);
}
}
if (logSlowDelivery) {
if (slowDeliveryDetected) {
if ((dispatchStart - msg.when) <= 10) {
Slog.w(TAG, "Drained");
slowDeliveryDetected = false;
}
} else {
if (showSlowLog(slowDeliveryThresholdMs, msg.when, dispatchStart, "delivery",
msg)) {
// Once we write a slow delivery log, suppress until the queue drains.
slowDeliveryDetected = true;
}
}
}
if (logSlowDispatch) {
showSlowLog(slowDispatchThresholdMs, dispatchStart, dispatchEnd, "dispatch", 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();
}
}
// Handler
public void dispatchMessage(Message msg) {
if (msg.callback != null) {
handleCallback(msg);
} else {
if (mCallback != null) {
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
}
}
handleMessage(msg);
}
}
private static void handleCallback(Message message) {
message.callback.run();
}
//Message
public static Message obtain(Handler h, Runnable callback) {
Message m = obtain();
m.target = h;
m.callback = callback;
return m;
}
- 大体一看，这个方法比较复杂，我们来梳理一下。
- 首先，判断当前
Thread的Looper对象是否为null，为null则抛出异常。 - 开启死循环，不断通过
MessageQueue的next()方法，取出要执行的Message,如果MessageQueue没有Message了，则方法退出。 - 通过
msg.target.dispatchMessage(msg)方法，进行消息的分发。期间会进行一些列判断，先判断msg.callback是不是null,若果是null，直接调用callback.run()，那么这个callback是什么时候被赋值的呢？其实是在上述代码中Message obtain(Handler h, Runnable callback)里面被赋值的，如果msg.callback是null,则判断mCallback,如果mCallback是null，则会回调handleMessage（Message msg）方法,也就是我们非常熟悉的方法。如果mCallback不是null，则调用mCallback.handleMessage(Message msg)方法，还记得Handler两个参数的构造方法吗？mCallback就是在那里赋值的。 - 分发完毕，通过
msg.recycleUnchecked()将Message回收，整个分发流程就结束了。
总结
- 一个线程只有一个
Looper，一个MessageQueue，可以有很多个Handler。 - 在子线程创建
Handler，必须要先调用looper.prepare方法，同时需要调用looper.loop方法，开启死循环，不断从MessageQueue取出Message并进行分发。
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