面试再也不怕 Handler 了，消息传递机制全解析

Posted 2021-10-01 涂程

一、为什么要使用 Handler

众所周知，android 不允许在子线程中更新 UI。但是我们在子线程完成耗时的操作之后，需要对界面数据进行更新，又该怎么处理呢？这时候，我们可以使用 Handler 进行 UI 更新。值得注意的是，更新 UI 我们需要把 Message 发送到主线程持有的 MessageQueue ，否则程序依然就会发生奔溃。

另外，除了更新 UI，Handler 是 Android 系统的消息传递机制，它定义了一套处理消息的规则，广播、服务以及线程间的通信都需要靠它来完成。

与 Handler 相关的还有 Looper 和 MessageQueue，接下来我们就从它的使用开始分析，对这三剑客一网打尽。

二、Handler 发送消息的流程

Handler 发送消息有两种方式，一种是 sendMessage 的方式，一种是 post 的方式,通过对源码的阅读，post 的方式其实是调用到了 sendMessage 的方式。那我们就来看看 sendMessage 的流程吧。通过调用 sendMessage，最终会走到下面方法中：

这里做的事情很简单，必须满足 MessageQueue 不能为空，否则程序会抛出异常，接下来看 enqueueMessage 的流程：

在这里完成了两个重要的流程：

• 为 msg 的 target 赋值，msg.target = this，因此这个 target 就是调用的 sendMessage 的 Handler。（记住这里的重点）
• 调用了 MessageQueue 的 enqueueMessage 方法。

到目前为止，流程来到了 MessageQueue 中。现在看 MessageQueue 的 enqueueMessage 方法。

三、MessageQueue 的工作流程

由于 enqueueMessage 的方法比较长，我们这里不截图，直接看下面的代码：(省略部分代码)

boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
    // 1、target 不能为空，否则直接抛出异常
    if (msg.target == null) {
        throw new IllegalArgumentException("Message must have a target.");
    }
    // 2、加锁，不能有多个 Handler 同时发送消息
    synchronized (this) {
        msg.when = when;
        Message p = mMessages; // 出队列的 msg 的下一个要出队列的 msg
        boolean needWake;
        // 3、下面这三种情况直接插在 head 节点上，（1）这个队列是一个空队列，
        // （2）这个 msg 需要立即处理，（3）是它需要处理的时间比即将出队列的节
        // 点的处理时间还要小
        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 {
            needWake = mBlocked && p.target == null && msg.isAsynchronous();

            // 4、如果之前第三点的条件不满足，就会从 head 节点开始遍历，
            // 插入到一个合适的时间，或者链表的尾部，这个 for 循环做的其实就是
            // 链表节点的插入
            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;
        }
        // 5、是否需要进行唤醒，在 queue.next() 方法中如果没有获取到 msg就会休眠
        if (needWake) {
            nativeWake(mPtr);
        }
    }
    return true;
}

解释其实已经在上面的代码里了，下面来做一个简单归纳：

• MessageQueue 其本质上一个单向链表，入队列这个操作进行了加锁的处理，不能多个 msg 同时入队列。
• 在插入队列的时候，会根据当前队列是否为空，或者处理消息的时间选择合适的插入位置。
• 最后判断是否需要进行 wake up

到目前为止，我们看了 Handler 的发送消息的流程，以及消息是如何插入链表的，那么消息是如何处理的呢？我们知道，只有调用了 Looper 的 loop() 方法之后，才能处理消息，那接下来看 Looper 的 loop() 方法。

四、Looper 的工作流程

Looper 的 loop() 方法也是相当长，接下来看代码：(省略部分代码)

public static void loop() {
    // 1、获取 Looper 对象，定进行判空处理
    final Looper me = myLooper();
    if (me == null) {
        throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
    }

    // 2、获取了 MessageQueue 对象
    final MessageQueue queue = me.mQueue;
    for (;;) {
        //  3、调用 MessageQueue 的 next()，返回值是 msg
        Message msg = queue.next(); // might block
        if (msg == null) {
            return;
        }        
        ....
        try {
            // 4、之前说过，在 SendMessage 的时候设置了 msg 的target，这个 target 就是调用 sendMessage 的 Handler
            msg.target.dispatchMessage(msg);
        } catch (Exception exception) {
        } finally {
        }

        msg.recycleUnchecked();
    }
}

代码本身很长，但是其实做的事情也不多，现在简单归纳一下：

• 在调用 Looper.loop() 之前，必须先调用 Looper.prepare()，如果没有 Looper 对象的话程序会直接抛异常。
• 通过调用 MessageQueue 的 next 方法不断的从队列里取消息出来。
• 最后把 msg 交给 Handler 的 dispatchMessage() 进行处理。

通过源码我们可以发现调用 queue.next() 时可能发生阻塞，那这个方法又做了什么？还有，为什么要先调用 Looper.prepare()，这个方法又做了什么处理？先来看比较简单的吧：

这个 Looper.prepare() 其实是创建了一个 Looper 对象，并且通过 ThreadLocal 实现每个线程有且仅有一个这样的 Looper 对象。为什么要创建 Looper 呢？没有就不行吗？我们来看 Handler 的构造函数：

可以看到，如果 Looper 为空的话，程序直接抛异常。这个 myLooper() 是用来获取当前线程的 Looper 对象：

从时序上说，我们调用 Looper.prepare() 的时机必须在 new Handler() 之前。那么，我们主线程使用 Handler 的时候，并没有调用 Looper.prepare() 这个方法，这又是怎么回事呢？

原来，在 ActivityThread 的 main() 方法中已经为我们进行了处理:

这个 prepareMainLooper() 在内部调用了 Looper.prepare() 。到目前为止，我们解决了 Looper 的相关问题，说明了必须存在 Looper 的原因。现在还有一个问题没有解决，queue.next() 方法做了什么事情？它为什么发生阻塞呢？

接下来看 MessageQueue 的 next() 方法：（已省略部分代码）

Message next() {

    final long ptr = mPtr;
    if (ptr == 0) {
        return null;
    }

    int pendingIdleHandlerCount = -1; 
    int nextPollTimeoutMillis = 0;
    for (;;) {
        if (nextPollTimeoutMillis != 0) {
            Binder.flushPendingCommands();
        }
        // 1、这是一个 native 方法，如果messageQueue 没有可以处理的消息就会休眠
        nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);
        synchronized (this) {
            final long now = SystemClock.uptimeMillis();
            Message prevMsg = null;
            Message msg = mMessages;
            if (msg != null && msg.target == null) {
                // 2、同步屏障，寻找队列中的下一个异步消息
                do {
                    prevMsg = msg;
                    msg = msg.next;
                } while (msg != null && !msg.isAsynchronous());
            }
            if (msg != null) {
                if (now < msg.when) {
                    // 3、下一个出队列的这个 msg 还没有到时间，并计算需要阻塞的时间
                    nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE);
                } else {
                    // 4、得到一个能够处理的msg，并返回这个 msg
                    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 {
                // No more messages.
                nextPollTimeoutMillis = -1;
            }
            ...
        }
    }
}

重要的点其实已经在上面说了，下面总结一下：

• 获取 msg 的这个过程有可能会发生阻塞，具体调用到的是 native 的 nativePollOnce 方法
• 获取消息的时候，有一个同步屏障，也就是对 msg 对应的 target（Handler） 为空的消息进行了过滤。
• 如果能获取到一个 msg ，那么就返回这个 msg。

四、再看 Handler

先来梳理一下我们现在明白了什么：

• 在创建 Handler 的时候，必须先创建 Looper 对象，之后还需要调用 Looper.loop() 方法才能让 Handler 开始工作。
• 通过 Handler sendMessage 发送消息，其实是调用了 queue.enqueueMessage，这个 Queue 其实是一个单向链表，在调用这个方法的时候，会根据当前队列的转态以及 when 把这个 msg 插入到合适的位置。
• queue.next() 可能会发生休眠，原因是拿到不到合适的 msg，在 queue.enqueueMessgae 的时候会判断是否需要唤醒。

之前我们说过，这个 msg 其实是交给了 Handler 的 dispatchMessage 去处理，下面来看一下 Handler 是怎么处理的：

• msg.callback 是我们通过 post 方法传递进来的一个 Runnable 对象,如果我们没有使用 post 的话，就不会走到 handleCallback(msg) 中。
• mCallback 是一个 CallBack 对象，如果我们在创建 Handler 的时候没有传这个参数，那么 mCallback 也是为null 的。
• 最后才会走到 handleMessage(msg) 中。

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