Android学习——Handler通信机制

Posted 2022-01-28 callme大帅

1. 作用

先来思考一个问题，android线程间内存是共享的，为什么我们还需要Handler传递消息?

1. 为了UI渲染不卡顿，需要将UI渲染和耗时任务放在不同线程中执行，互不干扰保证UI渲染的流畅性。
2. 为了做到第1点，Android默认将UI渲染限制在UI线程中执行

// ViewRootImpl.java:

@Override
public void requestLayout() 
    if (!mHandlingLayoutInLayoutRequest) 
        checkThread();
        mLayoutRequested = true;
        scheduleTraversals();
    


void checkThread() 
    if (mThread != Thread.currentThread()) 
        throw new CalledFromWrongThreadException(
                "Only the original thread that created a view hierarchy can touch its views.");
    

可以看到在执行requestLayout时检查了是否在UI线程

如果没有Handler我们该怎么做?

3. 限于1和2的背景，应用到我们实际场景中去，假如我们在子线程做完耗时任务后，将数据直接赋值给UI线程中，这个时候UI线程并不知道该值发生了变化，于是我们写一个Listener通知主线程，像这样:

var test = 1
private var listener = object: TestCallback 
    override fun call(t: Int) 
        // 当前线程: 子线程
        Log.d("当前线程:",  Thread.currentThread().toString())
    

override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) 
    findViewById<Button>(R.id.btn2).setOnClickListener 
        Thread(Runnable 
            test++
            listener.call(test)
        ).start()
    

这个时候发现在子线程中调该listener的回调方法仍然是运行在子线程，并没有实现将数据传递给UI线程且UI线程能监听到的效果。

4. 此时我们就会想到在UI线程起一个轮询，时刻关注着test值的变化，于是今天的主角Handler登场了。

2. 原理

先来介绍一下Handler消息处理机制的流程，请看图解：

图中大致了解到子线程调了handler的sendMessage方法，将Message添加到MessageQueue，loop循环取出Message后，将消息分发(dispatchMessage)给Callback回调(handleMessage)，即将子线程中的Message传到了主线程的handleMessage回调中。

3. 源码分析

3.1 Looper/Handler/MessageQueue类剖析

Looper.java

静态成员：
    ThreadLocal<Looper> sThreadLocal //线程存储管理类，用来存储Looper
    Looper sMainLooper //主线程的Looper
普通成员：
    MessageQueue mQueue // 消息链表
    Thread mThread //当前线程
静态方法：
    prepare() //创建Looper并存在sThreadLocal,即：将线程和Looper绑定
    prepareMainLooper() //ActivityThread创建主线程的Looper并存储到sThreadLocal和sMainLooper
    loop() //从sThreadLocal获取当前Looper，获取Looper里的mQueue,并循环获取message，然后调Message对应的handler的dispatchMessage方法
    myLooper() //在sThreadLocal中获取当前线程的Looper()

Handler.java

构造：
    Handler(Looper looper, Callback callback)
普通成员:
    Looper mLooper //对应的Looper
    MessageQueue mQueue //Looper里的mQueue
    Callback mCallback //handleMessage回调
普通方法：
    dispatchMessage(Message msg) //分发给回调handleMessage
    Message obtainMessage() //创建Message
    post(Runnable r) //创建message并sendMessage
    removeCallbacks(Runnable r) //在mQueue移除Message
    sendMessage(Message msg) // 将msg绑定当前handler后执行queue的enqueueMessage
    removeMessages(int what) //执行mQueue.removeMessages
    hasMessages(int what) // 执行mQueue.hasMessages

MessageQueue.java

普通成员：
    long mPtr //共享native层的消息机制的指针
    Message mMessages //具有next指针的链表
    next() //获取下一个message
    enqueueMessage //将消息加入到链表
    removeMessages // 移除消息

3.2 关键流程代码

3.2.1 子线程发送消息：handler.sendMessage(Message msg);

public final boolean sendMessage(@NonNull Message msg) 
    return sendMessageDelayed(msg, 0);

public final boolean sendMessageDelayed(@NonNull Message msg, long delayMillis) 
    ...
    return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis);

public boolean sendMessageAtTime(@NonNull Message msg, long uptimeMillis) 
    MessageQueue queue = mQueue;
    ...
    return enqueueMessage(queue, msg, uptimeMillis);

private boolean enqueueMessage(@NonNull MessageQueue queue, @NonNull Message msg,
        long uptimeMillis) 
    msg.target = this; //将当前handler赋值给Message的target
    ...
    return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis); 

3.2.2 将消息加入消息队列：queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);

boolean enqueueMessage(Message msg, long when) 
    Message p = mMessages;
    boolean needWake;
    if (p == null || when == 0 || when < p.when) 
        msg.next = p;
        mMessages = msg;
        needWake = mBlocked;
     else 
        Message prev;
        for (;;) 
            prev = p;
            p = p.next;
            if (p == null || when < p.when) 
                break;
            
        
        msg.next = p;
        prev.next = msg;
    

图解一下可以发现是单向链表MessageQueue进行插入操作：

3.2.3 遍历消息链表并dispatchMessage：Looper.loop()

public static void loop() 
    final Looper me = myLooper();
    final MessageQueue queue = me.mQueue;
    for (;;) 
        Message msg = queue.next(); // might block
        if (msg == null) 
            return;
        
        msg.target.dispatchMessage(msg);
    

3.2.4 在MessageQueue获取Message：MessageQueue.next()

Message next() 
    for (;;) 
        nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);
        Message prevMsg = null;
        Message msg = mMessages;
        if (msg != null && msg.target == null) 
            do 
                prevMsg = msg;
                msg = msg.next;
             while (msg != null);
        
        if (msg != null) 
            if (prevMsg != null) 
                prevMsg.next = msg.next;
             else 
                mMessages = msg.next;
            
            msg.next = null;
            return msg;
         
    

图解一下MessageQueue取消息操作：

3.2.4 在Looper取到消息后调Meesage.handler.dispatchMessage()

public void dispatchMessage(@NonNull Message msg) 
    //handler.post(Runnable)的情况
    if (msg.callback != null) 
        handleCallback(msg);
     else 
        if (mCallback != null) 
            //触发回调方法
            if (mCallback.handleMessage(msg)) 
                return;
            
        
        handleMessage(msg);
    

4.应用

@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) 
    ...
    //假装自己是主线程
    final MainThread mainThread = new MainThread();
    mainThread.start();

    findViewById(R.id.btn).setOnClickListener(new View.OnClickListener() 
        @Override
        public void onClick(View v) 
            //开一个子线程发消息给主线程
            new Thread(new Runnable() 
                @Override
                public void run() 
                    Message msg = Message.obtain();
                    msg.what = 666;
                    mainThread.mHandler.sendMessage(msg);
                
            ).start();
        
    );


class MainThread extends Thread 
    public Handler mHandler;
    @Override
    public void run() 
        Looper.prepare();
        mHandler = new Handler(Looper.myLooper()) 
            @Override
            public void handleMessage(@NonNull Message msg) 
                super.handleMessage(msg);
                // print: nell-handleMessage: what:666
                Log.d("nell-handleMessage", "what:" + msg.what);
            
        ;
        Looper.loop();
    

5. 难点

细心的同学可能会问为什么在UI线程中loop()无限循环，却不堵塞UI线程呢?

Looper的loop无限循环取message不堵塞ui，是因为messagequeue的next方法，调用了nativePollOnce(ptr,nextPollTimeoutMillis),该方法是native方法，借助linux的管道和epoll机制，epoll机制是高效的IO多路复用机制，最终nativePollOnce阻塞在epoll_wait方法，该方法会释放当前线程的CPU资源并进入休眠状态，等到下一个消息到达再唤醒线程。所以loop是死循环，当线程空闲时进入休眠状态，不会消耗大量CPU资源。

6. 总结

Handler 发送的消息由 MessageQueue 存储管理，并由 Loopler 负责回调消息到 handleMessage()。

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完结，撒花🎉