Android Handler那些事儿，消息屏障？IdelHandler?ANR?

Posted 2023-04-10

参考技术A

Handler 是android SDK中用来处理异步消息的核心类，子线程可以通过handler来通知主线程进行ui更新。

备注：本文源码截图 基于Android sdk 28

Handler机制 消息发送主要流程如图

应用程序启动后，zygote fork一个应用进程后，和普通java程序一样，程序会首先执行ActivityThread中的main函数。在main函数中，程序首先会创建Looper对象并绑定到主线程中，然后开启loop循环。（ps:主线程loop循环不能退出）

在prepareMainLooper方法中，最终会创建Looper，MessageQueue对象 以及创建native层MessageQueue对象。

使用Handler.sendMessageXXX或这 postDedayXXX发送消息后，最终会调用到SendMessageAtTime方法中。

然后调用MessageQueue.enqueueMessage将消息存到消息队列中。

存入消息后，然后通过调用native方法 唤醒主线程进行消息处理。

当应用程序启动，做完一些必要工作之后，便会开启Loop循环，除非系统异常，否则该循环不会停止。loop循环中，主要做两件事，第一，从消息队列中取消息。第二，进行消息分发处理。

MessageQueue.next() 方法 通过调用 native方法 nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis)实现无消息处理时，进入阻塞的功能。
当nextPollTimeoutMillis 值为0时，该方法会立刻返回；
当nextPollTimeoutMillis 值为-1时，该方法会无限阻塞，直到被唤醒；
当nextPollTimeoutMillis 值大于0时，该方法会将该值设置为超时时间，阻塞到达一定时间后，返回；

在loop循环中 ，通过调用 msg.target.dispatchMessage(msg) 进行消息的分发处理

使用当前线程的MessageQueue.addIdleHandler方法可以在消息队列中添加一个IdelHandler。

当MessageQueue 阻塞时，即当前线程空闲时，会回调IdleHandler中的方法；

当IdelHandler接口返回false时，表示该IdelHandler只执行一次，

a，延迟执行

例如，当启动Activity时，需要延时执行一些操作，以免启动过慢，我们常常使用以下方式延迟执行任务，但是在延迟时间上却不好控制。

其实，这时候使用IdelHandler 会更优雅

b，批量任务，任务密集，且只关注最终结果

例如，在开发一个IM类型的界面时，通常情况下，每次收到一个IM消息时，都会刷新一次界面，但是当短时间内， 收到多条消息时，就会刷新多次界面，容易造成卡顿，影响性能，此时就可以使用一个工作线程监听IM消息，在通过添加IdelHandler的方式通知界面刷新，避免短时间内多次刷新界面情况的发生。

在Android的消息机制中，其实有三种消息: 普通消息、异步消息及消息屏障。

消息屏障 也是一种消息，但是它的target为 null。可以通过MessageQueue中的postSyncBarrier方法发送一个消息屏障（该方法为私有，需要反射调用）。

在消息循环中，如果第一条消息就是屏障消息，就往后遍历，看看有没有异步消息:
如果没有，则无限休眠，等待被唤醒
如果有，就看离这个消息被触发时间还有多久，设置一个超时时间，继续休眠

异步消息 和普通消息一样，只不过它被设置setAsynchronous 为true。有了这个标志位，消息机制会对它有些特别的处理，我们稍后说。

所以 消息屏障和异步消息的作用 很明显，在设置消息屏障后，异步消息具有优先处理的权利。

这时候我们回顾将消息添加到消息队列中时，可以发现，其实并不是每一次添加消息时，都会唤醒线程。
当该消息插入到队列头时，会唤醒该线程；
当该消息没有插入到队列头，但队列头是屏障，且该消息是队列中 靠前的一个异步消息，则会唤醒线程，执行该消息；

调用MessageQueue.removeSyncBarrier 方法可以移除指定的消息屏障

ANR 即 Application Not Response， 是系统进程对应用行为的一种监控，如果应用程序没有在规定时间内完成任务的话，就会引起ANR。

ANR类型

Service Timeout : 前台服务20s, 后台服务200s

BroadcastQueue Timeout : 前台广播 10s，后台广播60s

ContentPrivider Timeout : 10s

InputDispatching Timeout : 5s

比如，在启动一个服务时， AMS端通过应用进程的Binder对象创建Service, 在scheduleCreateService()方法中 会调用到当前service的onCreate()生命周期函数；

bumpServiceExecutingLocked()方法内部实际上会调用到scheduleServiceTimeoutLocked()方法，发送一个ActivityManagerService.SERVICE_TIMEOUT_MSG类型消息到AMS工作线程中。

消息的延时时间，如果是前台服务，延时20s, 如果是后台服务，延时200s;

如果Service的创建 工作在 上诉消息的延时时间内完成，则会移除该消息，

否则，在Handler正常收到这个消息后，就会进行服务超时处理，即弹出ANR对话框。

复杂情况下，可能会频繁调用sendMessage 往消息队列中，添加消息，导致消息积压，造成卡顿，

1，重复消息过滤

频繁发送同类型消息时，有可能队列中之前的消息还没有处理，又发了一条相同类型的消息，更新之前的数据，这时候，可以采用移除前一个消息的方法，优化消息队列。

2，互斥消息取消

在发送消息时，优先将消息队列中还未处理的信息已经过时的消息 移除，优化队列

3，队列优化-复用消息

创建消息时，优先采用之前回收的消息，避免重复创建对象，引起GC

完~
（如果错误或不足，望指出， 大家共同进步）

（4.1.10.8）Android Handler之同步屏障机制(sync barrier)

一、概述

简单理解为 异步消息插队并优先执行。

• 场景：排队买票
  • 先来了一个普通用户来排队，买完票走了。
  • 后面又来了一个VIP用户A来买票 就一直站在卖窗口这里 也不走（ps：添加屏障 )
  • 紧接者又来了一个普通用户C，再后面又来了VIP用户B
  • VIP A 对VIP B 说，哥们不要排队直接来窗口买票，VIP B买完票走了，VIP A 被 某个哥们叫走了（移除屏障）
  • 这个时候终于轮到普通用户C买票了。

二、系统应用

简单的来说就是优于事件回调执行，为了做一些优先级更高的操作 比如 视图刷新。当一个Handler消息来时 会优先于执行同步屏障消息事件。
以便系统底层可以做一些比上层业务更加重要的消息事件 ，所以 这个方法 被注解成hide 也是系统给自己开了一道后门。不然的话把方法公开给应用去使用，那么很可能把系统卡成翔而导致掉帧。

• 申请VSYNC信号前加入屏障，保证被优先执行
  • 这里的handler就是主线程的handler

   void scheduleTraversals() {
       if (!mTraversalScheduled) {
           mTraversalScheduled = true;
           //设置同步障碍，确保mTraversalRunnable优先被执行
           mTraversalBarrier = mHandler.getLooper().getQueue().postSyncBarrier();
           //内部持有Handler关联主looper, 然后通过Handler发送了一个异步消息到主线程messageQueue
           mChoreographer.postCallback(
                   Choreographer.CALLBACK_TRAVERSAL, mTraversalRunnable, null);
           。。。。
       }
   }

以上说明申请VSYNC信号非常重要，如果申请VSYNC不及时会造成屏幕不流畅卡顿现象，所以说Android是不允许在主线程做耗时操作的一个重要原因，因为当前一个消息正在onHandlerMesage中(main)做耗时操作，那么VSYNC申请会处于一个等待状态 造成屏幕无法在16.6ms内刷新（一般来说屏幕刷新频率 主流为60Hz ,也就是16.6ms刷新一次）。

• 回调后：
  • 自己被执行了才移除屏障
  • 进行View的绘制流程

    void doTraversal() {
        if (mTraversalScheduled) {
            mTraversalScheduled = false;
          //移除消息屏障  
         mHandler.getLooper().getQueue().removeSyncBarrier(mTraversalBarrier);
            if (mProfile) {
                Debug.startMethodTracing("ViewAncestor");
            }
            performTraversals();
            if (mProfile) {
                Debug.stopMethodTracing();
                mProfile = false;
            }
        }
    }

三、源码实现

3.1 Message分类

Handler中的Message可以分为两类：同步消息、异步消息。消息类型可以通过以下函数得知

//Message.java
public boolean isAsynchronous() {
    return (flags & FLAG_ASYNCHRONOUS) != 0;
}

一般情况下这两种消息的处理方式没什么区别，只有在设置了同步屏障时才会出现差异。

3.2 MessageQueue的特殊处理

3.2.1 MessageQueue.postSyncBarrier

private int postSyncBarrier(long when) {
    // Enqueue a new sync barrier token.
    // We don't need to wake the queue because the purpose of a barrier is to stall it.
    synchronized (this) {
        final int token = mNextBarrierToken++;
        final Message msg = Message.obtain();
        msg.markInUse();
        msg.when = when;
        msg.arg1 = token;

        Message prev = null;
        Message p = mMessages;
        if (when != 0) {
            while (p != null && p.when <= when) {
                prev = p;
                p = p.next;
            }
        }
        if (prev != null) { // invariant: p == prev.next
            msg.next = p;
            prev.next = msg;
        } else {
            msg.next = p;
            mMessages = msg;
        }
        return token;
    }
}

该函数仅仅是创建了一个Message对象并加入到了消息链表中。乍一看好像没什么特别的，但是这里面有一个很大的不同点是 该Message没有target, 这也就意味着被looper取出后不经过handler执行。

和普通消息的差异：没有targer:Handler

我们通常都是通过Handler发送消息的，Handler中发送消息的函数有post***、sendEmptyMessage***以及sendMessage***等函数，而这些函数最终都会调用enqueueMessage函数：可以看到enqueueMessage为msg设置了target字段

//Handler.java
private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
    msg.target = this;
    //...
    return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}

然后在looper中转发给Handler处理：

public static void loop() {
        final Looper me = myLooper();  
        final MessageQueue queue = me.mQueue;
        for (;;) {
           //取出消息，没有消息则阻塞
            Message msg = queue.next();
            msg.target.dispatchMessage(msg);
       }
}

和普通消息的差异：空消息，不唤醒线程

注意的是 添加消息屏障并没有调用 nativeWake(mPtr) 来唤醒线程。
而通过enqueueMessage 消息是有去调用nativeWake(mPtr) 来唤醒线程的。(ps:当主线程阻塞状态 才会触发nativeWake）

很好理解：屏障只是为了后续加入的异步信息，如果没有信息就不需要唤醒线程，有信息自然就会走enqueueMessage唤醒

3.2.2 MessageQueue.next

Message next() {
    //...

    int pendingIdleHandlerCount = -1; // -1 only during first iteration
    int nextPollTimeoutMillis = 0;
    for (;;) {
        //...

        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) {//碰到同步屏障
                // Stalled by a barrier.  Find the next asynchronous message in the queue.
                // do while循环遍历消息链表
                // 跳出循环时，msg指向离表头最近的一个“非同步消息”，没有就会为null
                do {
                    prevMsg = msg;
                    msg = msg.next;
                } while (msg != null && !msg.isAsynchronous());
            }
            if (msg != null) {
                if (now < msg.when) {
                    //...
                } else {
                    // Got a message.
                    mBlocked = false;
                    if (prevMsg != null) {
                        //将msg从消息链表中移除
                        prevMsg.next = msg.next;
                    } else {
                        mMessages = msg.next;
                    }
                    msg.next = null;
                    if (DEBUG) Log.v(TAG, "Returning message: " + msg);
                    msg.markInUse();
                    //返回异步消息
                    return msg;
                }
            } else {
                // No more messages.
                nextPollTimeoutMillis = -1;
            }

            //...
        }

        //...
    }
}

• 当设置了同步屏障之后，next函数将会忽略所有的同步消息，返回异步消息。
  • 也就是说，如果第一条消息就是屏障，那么就往后遍历 看看有没有异步消息
  • 有 ：再看离这个消息触发 还有多久，设置一个超时继续休眠
  • 没有：就继续休眠，等待被别人唤醒，此时该屏障一直存在在消息队列头部

换句话说就是，设置了同步屏障SyncBarrier之后，Handler只会处理isAsynchronous异步消息。

再换句话说，同步屏障为Handler消息机制增加了一种简单的优先级机制，异步消息的优先级要高于同步消息。

3.2.3 MessageQueue.removeSyncBarrier移除屏障

public void removeSyncBarrier(int token) {
            // Remove a sync barrier token from the queue.  
            //....省略.......移除队列中barrier的token消息
            //唤醒线程
            if (needWake && !mQuitting) {
                nativeWake(mPtr);
            }
        }
    }

移除一个消息屏障，做了以下几件事：
1.移除次序列号的token消息
2.如果主线程是阻塞状态，则唤醒线程

3.3 Handler发送异步信息

如何发送异步消息

通常我们使用Handler发消息时，这些消息都是同步消息，如果我们想发送异步消息，那么在创建Handler时使用以下构造函数中的其中一种(async传true)

public Handler(boolean async);
public Handler(Callback callback, boolean async);
public Handler(Looper looper, Callback callback, boolean async);

private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
        msg.target = this; //target 是不会为null的
        if (mAsynchronous) {// 默认为false ，消息默认是被标记为同步(普通)消息
            msg.setAsynchronous(true);
        }
        return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}

然后通过该Handler发送的所有消息都会变成异步消息

四、总结

1. 一般屏障是和异步 是一起配合使用的，直到调用removeSyncBarrier 那么后面的普通消息才有机会执行；
2. 被 Message ： p.target 的被标记为屏障消息。
3. 被setAsynchronous(true) 为异步消息 ；
4. 当我们利用handler 发送消息的时候，根据Handler的属性判断是否发送异步信息：
5. Handler:postSyncBarrier 和 removeSyncBarrier 方法都是被@hide ，是无法直接调用的，需通过反射来使用；
6. postSyncBarrier 不会唤醒线程， removeSyncBarrier 会唤醒线程（当队列里面有消息时）；

具体流程如下：

• 只要遍历到一个屏障消息 ，那么相当于再这个时间添加了屏障（这里不会主动唤醒线程） ，那么后面入队的异步消息 都优先执行
• 没有则一直阻塞，如果这个时候一个普通消息sendMessageDelayed(getPostMessage®, 0)入队 会触发唤醒线程。
• 如果队列里面有异步消息 则取出此异步消息返回 然后继续阻塞线程 ，直到移除屏障消息(这里才会触发唤醒线程)。
• 如果队列里面没有异步消息则继续阻塞 ，直到调用removeSyncBarrier移除屏障那么才会取出这个普通消息 返回。

参考文献

• Handler之同步屏障机制(sync barrier)
• Handler之postSyncBarrier消息屏障