Android HandlerThread 消息循环机制之源代码解析

Posted 2020-09-29 cxchanpin

关于 HandlerThread 这个类。可能有些人眼睛一瞟，手指放在键盘上，然后就是一阵狂敲。立即就能敲出一段段华丽的代码：

HandlerThread handlerThread = new HandlerThread("handlerThread");
handlerThread.start();

Handler handler = new Handler(handlerThread.getLooper()){
    public void handleMessage(Message msg) {
        ...
    }
};
handler.sendMessage(***);

细致一看。没问题啊（我也没说代码有问题啊），那请容许我说一句，“这代码敲也敲完了，原理懂不？”

为什么要扯这玩意。没什么理由，就是不小心看了这篇文章Android消息循环机制源代码分析。学姐说了，源代码都没看，没分析。还敢说你懂。原本还认为自己懂了点，看完这句话。顿时就不确定了。

于是，自觉打开了 AS …

前言

首先，先给各位看官打个预防针。待会要讲的东西可能有点多，有点绕。涉及的类包括有：HandlerThread、Thread、Handler、Looper、Message、MessageQueue，可能有些人已经遭不住啦，有种想要关闭网页的冲动。不要慌，刚開始我看源代码的时候我也不知道最終会牵扯这么一大串出来，但细致理一理后，事实上就是那么回事。

一、擒贼先擒王 HandlerThread

这件事情的源头都是因它而起的。不先找它先找谁。

首先，HandlerThread 是什么gui。感觉像是 Handler 和 Thread 的结合体。点进源代码一看：public class HandlerThread extends Thread {} 没什么好说的，原来是一个线程的子类。那么接下来就要看看这个 HandlerThread 究竟有什么特殊之处。

HandlerThread handlerThread = new HandlerThread("handlerThread");
handlerThread.start();

跟正常线程的创建、启动步骤一样。线程已启动，那势必会运行其 run() 方法。为了方便以下流程的分析，这里先用代码块1表示：

#HandlerThread.java

public void run() {
    mTid = Process.myTid();
    Looper.prepare();
    synchronized (this) {
        mLooper = Looper.myLooper();
        notifyAll();
    }
    Process.setThreadPriority(mPriority);
    onLooperPrepared();
    Looper.loop();
    mTid = -1;
}

当中。Looper 就代表我们常常说的消息循环，Looper.prepare() 就代表消息循环运行前的一些准备工作。

二、抓捕各种小弟(Looper、MessageQueue、Message)

既然上面已经谈到Looper。那就来看一下它的几个方法：Looper.prepare() 和 Looper.loop()。
代码块2

#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();
}

static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();
final MessageQueue mQueue;
final Thread mThread;

上面一路下来还是挺清晰的。总结一下：由于一个 Thread 仅仅能相应有一个 Looper，所以仅仅有满足条件下才会将 Looper 对象存放在类型为 ThreadLocal 的类属性里。当然在这之前还是要先 new 一个 Looper 对象，而在 Looper 的构造方法中又创建了两个对象 。分别为mQueue（消息队列）和 mThread（当前线程）。

整个 prepare 过程事实上主要是创建了三个对象：Looper、MessageQueue、Thread。
好了，Looper.prepare() 这个过程已经分析完了。

接着我们再看代码块1。里面有一段同步代码块，目的是为了获取 Looper 对象。方法跳转过去一看。原来就是将之前存进 ThreadLocal 里的Looper 对象取出 。

#Looper.java

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

接下来最关键的就是 Looper.loop() 这句代码，它也是 HandlerThread 这个类存在的价值所在。仅仅要一运行这句代码，也就代表真正的消息循环開始啦：代码块3

#Looper.java

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();
    }
}

这种方法的作用就是開始从消息队列中循环取出消息。那这个消息队列又从哪来的呢，还记得我们在Looper.prepare() 中创建 Looper 对象的时候在其构造方法中 new 两个对象嘛。一个 MessageQueue，一个Thread。

在这里要想使用消息队列。首先须要先获取 Looper 实例。毕竟消息队列 MessageQueue 是作为其成员属性而存在的。接着获得了消息队列的对象，并进入一个貌似死循环的控制流中。

这个 for 语句干的事情就是不断的从消息队列 MessageQueue 里取出消息，然后发送出去。

详细谁来处理这些消息立即揭晓。

以下的代码就是不断地取出消息：

#Looper.java

Message msg = queue.next()

接下去的内容可能就须要各位看官对数据结构有点了解了，我们一步一步嵌进去看一下。代码块4

#MessageQueue.java

Message next() {
    ...
    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 (false) Log.v("MessageQueue", "Returning message: " + msg);
                    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);
        }
        ...
    }
}

其他能够先无论。我们直接跳转到 synchronized 这同步代码块里。我们看到Message msg = mMessage; 这个 mMessage 对象就是一个消息 Message，仅仅只是这个 Message 类里面附带了一种数据结构：链表。我们最好还是看一下这个类：

public final class Message implements Parcelable {
    ...
    // sometimes we store linked lists of these things
    /*package*/ Message next;   
    ...
}

不难看出。Message 类中包括了一个 Message 类型的属性，作用就是指向下一条消息。依次类推，最終形成一个链表结构。仅仅只是这里链表中的消息是要经过特殊处理的，并非每进来一条消息就直接追加到尾部。由于 android 系统中的消息是有时间机制的。每条消息都会附加一个时间。这也是handler.sendMessageDelayed() 存在的意义。

接着看代码块4，先是对 msg 和 msg.target 进行推断，仅仅要链表中中的消息不为空，同一时候消息的触发时间小于当前系统的时间，那么这个消息就会被取出来作为待发送的对象。这里 msg.target 是非常重要的，我们之所以能 handleMessage 全靠它，以下会分析到。

然后回到代码块3，通过

Message msg = queue.next(); // might block

拿到消息后。再由 msg.target 将消息分发出去

msg.target.dispatchMessage(msg);

那这个 msg.target 究竟是个什么东西。看属性定义

/*package*/ Handler target;

竟然是一个 Handler，通过它将消息分发出去。我们再看一下是如何分发的：

#Handler.java

/**
 * 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);
    }
}

是不是有种茅塞顿开的感觉。

在这我就直接透漏一下，Message 中的 callback 事实上就是一个 Runnable 对象。handleCallback(msg); 就是运行其 run() 方法。

这也是为什么我们能够通过 handler.post(new Runnable(){...})来发送消息，事实上就是把Runnable对象赋给了Message的Callback 属性。

而假设是正常的 handler.sendMessage()，那么肯定就是运行以下的语句咯。我们能够在创建 Handler 对象的时候指定一个回调接口 Callback。

当然不指定也没事。我们最終还是能够通过 handleMessage(msg) 来获取待处理的消息。最后，我们还是要对这条消息进行回收重用的嘛msg.recycleUnchecked();

好了，关于Looper.prepare() 和 Looper.loop() 这两个方法就介绍到这。

我们再来补充一下，消息队列之所以有消息，那肯定得有谁提供瑟。答案就是 Handler。我们常常的操作就是handler.sendMessage(msg);。代码块5

#Handler.java

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 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.java

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("MessageQueue", 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;
}

我认为我也没什么好说的，赤裸裸的将流程一步一步的贴出来。一句话，对传入进来的 Message 进行封装，什么 msg.when、msg.target。通通在这里搞定。

如今细致回忆 Looper.loop() 里面对 msg 的处理。之前的各种?是不就烟消云散啦。后面就顶多就是将消息加入到消息链表中。同一时候如我前面所说的那样。要依据 msg.when 的时间插入到合适的位置中去。

总结

至此，整个消息循环机制就分析完啦。原始代码：

HandlerThread handlerThread = new HandlerThread("handlerThread");
handlerThread.start();

Handler handler = new Handler(handlerThread.getLooper()){
    public void handleMessage(Message msg) {
        ...
    }
};
handler.sendMessage(***);

再看一下详细操作流程:

1. handlerThread.start() -> Looper.prepare() -> Looper.loop() -> queue.next() -> msg.target.dispatchMessage(msg) -> handleMessage(msg)
2. handler.sendMessage(msg) -> queue.enqueueMessage(msg)

由于上面的一切操作都是在一个新线程的 run() 方法中运行，所以不会堵塞 UI 线程。分析完成。
这时可能有些人就站出来了，这 HandlerThread 感觉也没啥啊，我直接用 Thread 也能够搞定一切。设想一下，加入如今有10个后台任务须要运行，依照传统的做法就是运行10遍 new Thread(某个Runnable对象).start() 首先你是创建了10个匿名对象。这资源消耗多少暂且不说。你还不能非常好的控制它们。这样非常easy造成内存泄漏。若是将这些后台任务打包成成一个个 Message 然后再发送出去。首先是线程能够得到重用，再者我们还能够 remove 掉消息队列中的消息，再一定程度上避免了内存泄漏。

好了，该说的都说完了。可能须要各位看官自己脑补一下、消化一下。