深入分析Android Handler消息机制

Posted 2021-12-21 码农小风

概述

Handler是android消息机制的上层接口。通过它可以轻松地将一个任务切换到Handler所在的线程中去执行。通常情况下，Handler的使用场景就是 更新UI。

Handler的使用

在子线程中，进行耗时操作，执行完操作后，发送消息，通知主线程更新UI。

public class Activity extends android.app.Activity 
	private Handler mHandler = new Handler()
		@Override        
		        public void handleMessage(Message msg) 
			super.handleMessage(msg);
			// 更新UI
		
	
	;
	@Override    
	public void onCreate(Bundle savedInstanceState, PersistableBundle persistentState) 
		super.onCreate(savedInstanceState, persistentState);
		setContentView(R.layout.activity_main);
		new Thread(new Runnable() 
			@Override            
			             public void run() 
				// 执行耗时任务                ...                
				// 任务执行完后，通知Handler更新UI                
				Message message = Message.obtain();
				message.what = 1;
				mHandler.sendMessage(message);
			
		
		).start();
	

Handler架构

Handler消息机制主要包括： MessageQueue、 Handler、 Looper这三大部分，以及 Message。

• Message：需要传递的消息，可以传递数据；
• MessageQueue：消息队列，但是它的内部实现并不是用的队列，而是通过单链表的数据结构来维护消息列表，因为单链表在插入和删除上比较有优势。主要功能是向消息池投递消息（ MessageQueue.enqueueMessage）和取走消息池的消息（ MessageQueue.next）。
• Handler：消息辅助类，主要功能是向消息池发送各种消息事件（ Handler.sendMessage）和处理相应消息事件（ Handler.handleMessage）；
• Looper：消息控制器，不断循环执行（ Looper.loop），从MessageQueue中读取消息，按分发机制将消息分发给目标处理者。

从上面的类图可以看出：

• Looper有一个MessageQueue消息队列；
• MessageQueue有一组待处理的Message；
• Message中记录发送和处理消息的Handler；
• Handler中有Looper和MessageQueue。

MessageQueue、Handler和Looper三者之间的关系： 每个线程中只能存在一个Looper，Looper是保存在ThreadLocal中的。 主线程（UI线程）已经创建了一个Looper，所以在主线程中不需要再创建Looper，但是在其他线程中需要创建Looper。 每个线程中可以有多个Handler，即一个Looper可以处理来自多个Handler的消息。 Looper中维护一个MessageQueue，来维护消息队列，消息队列中的Message可以来自不同的Handler。

Handler的运行流程

在子线程执行完耗时操作，当Handler发送消息时，将会调用 MessageQueue.enqueueMessage，向消息队列中添加消息。 当通过 Looper.loop开启循环后，会不断地从消息池中读取消息，即调用 MessageQueue.next， 然后调用目标Handler（即发送该消息的Handler）的 dispatchMessage方法传递消息， 然后返回到Handler所在线程，目标Handler收到消息，调用 handleMessage方法，接收消息，处理消息。

源码分析

在子线程创建Handler

class LooperThread extends Thread 
	public Handler mHandler;
	public void run() 
		Looper.prepare();
		mHandler = new Handler() 
			public void handleMessage(Message msg) 
				// process incoming messages here
			
		
		;
		Looper.loop();
	

从上面可以看出，在子线程中创建Handler之前，要调用 Looper.prepare()方法，Handler创建后，还要调用 Looper.loop()方法。而前面我们在主线程创建Handler却不要这两个步骤，因为系统帮我们做了。

主线程的Looper

在ActivityThread的main方法，会调用 Looper.prepareMainLooper()来初始化Looper，并调用 Looper.loop()方法来开启循环。

public final class ActivityThread extends ClientTransactionHandler 
	// ...    
	public static void main(String[] args) 
		// ...        
		Looper.prepareMainLooper();
		// ...        
		Looper.loop();
	

Looper

从上可知，要使用Handler，必须先创建一个Looper。

初始化Looper：

public final class Looper 
	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));
	
	public static void prepareMainLooper() 
		prepare(false);
		synchronized (Looper.class) 
			if (sMainLooper != null) 
				throw new IllegalStateException("The main Looper has already been prepared.");
			
			sMainLooper = myLooper();
		
	
	private Looper(Boolean quitAllowed) 
		mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
		mThread = Thread.currentThread();
	
	// ...

从上可以看出，不能重复创建Looper，每个线程只能创建一个。创建Looper，并保存在 ThreadLocal。其中ThreadLocal是线程本地存储区（Thread Local Storage，简称TLS），每个线程都有自己的私有的本地存储区域，不同线程之间彼此不能访问对方的TLS区域。

开启Looper

public final class Looper 
	// ...    
	public static void loop() 
		// 获取TLS存储的Looper对象        
		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;
		// 进入loop主循环方法        
		for (;;) 
			Message msg = queue.next();
			// 可能会阻塞，因为next()方法可能会无线循环            
			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 dispatchStart = needStartTime ? SystemClock.uptimeMillis() : 0;
			final long dispatchEnd;
			try 
				// 获取msg的目标Handler，然后分发Message                
				msg.target.dispatchMessage(msg);
				dispatchEnd = needEndTime ? SystemClock.uptimeMillis() : 0;
			
			finally 
				if (traceTag != 0) 
					Trace.traceEnd(traceTag);
				
			
			// ...            
			msg.recycleUnchecked();
		
	

Handler

创建Handler：

public class Handler 
	// ...    
	public Handler() 
		this(null, false);
	
	public Handler(Callback callback, Boolean async) 
		// ...        
		// 必须先执行Looper.prepare()，才能获取Looper对象，否则为null        
		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;
		// 消息队列，来自Looper对象        
		mCallback = callback;
		// 回调方法        
		mAsynchronous = async;
		// 设置消息是否为异步处理方式
	

发送消息：

子线程通过Handler的post()方法或send()方法发送消息，最终都是调用 sendMessageAtTime()方法。

post方法：

public final Boolean post(Runnable r)
	return sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);

public final Boolean postAtTime(Runnable r, long uptimeMillis)
	return sendMessageAtTime(getPostMessage(r), uptimeMillis);

public final Boolean postAtTime(Runnable r, Object token, long uptimeMillis)
	return sendMessageAtTime(getPostMessage(r, token), uptimeMillis);

public final Boolean postDelayed(Runnable r, long delayMillis)
	return sendMessageDelayed(getPostMessage(r), delayMillis);

private static Message getPostMessage(Runnable r) 
	Message m = Message.obtain();
	m.callback = r;
	return m;

send方法：

public final Boolean sendMessage(Message msg)
	return sendMessageDelayed(msg, 0);

public final Boolean sendEmptyMessage(int what)
	return sendEmptyMessageDelayed(what, 0);

public final Boolean sendEmptyMessageDelayed(int what, long delayMillis) 
	Message msg = Message.obtain();
	msg.what = what;
	return sendMessageDelayed(msg, delayMillis);

public final Boolean sendEmptyMessageAtTime(int what, long uptimeMillis) 
	Message msg = Message.obtain();
	msg.what = what;
	return sendMessageAtTime(msg, uptimeMillis);

public final Boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis)
	if (delayMillis < 0) 
		delayMillis = 0;
	
	return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis);

sendMessageAtTime()
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);

分发消息

在loop()方法中，获取到下一条消息后，执行 msg.target.dispatchMessage(msg)，来分发消息到目标Handler。

public class Handler 
	// ...    
	public void dispatchMessage(Message msg) 
		if (msg.callback != null) 
			// 当Message存在回调方法，调用该回调方法            
			handleCallback(msg);
		 else 
			if (mCallback != null) 
				// 当Handler存在Callback成员变量时，回调其handleMessage()方法                
				if (mCallback.handleMessage(msg)) 
					return;
				
			
			// Handler自身的回调方法            
			handleMessage(msg);
		
	
	private static void handleCallback(Message message) 
		message.callback.run();
	

总结