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Android---Handler消息处理机制
搞Android的人都知道。android是不同意你在子线程中更新UI操作的。这主要出于线程安全方面的考虑。通常的做法是在主线程中创建一个Handler对象,在子线程中创建一个Message对象。该Message对象中封装一些更新UI操作的数据，通过Handler的sendMessage方法发送出去，主线程利用Handler的handleMessage方法来对该Message进行对应的处理。但发现没有，子线程调用Handler的sendMessage发出Message之后，消息是怎么传递到主线程的handleMessage方法里面进而进行处理的呢。接下来我们从源代码角度慢慢进行分析：
先来看看寻常我们是怎么使用handler的：
实例1：
public class MainActivity extends Activity {
public Handler mHandler;
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
mHandler = new Handler(){
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
switch (msg.what) {
case 1:
System.out.println("接收到空消息");
break;
default:
break;
}
}
};
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
mHandler.sendEmptyMessage(1);
}
}).start();
}
}解释：
能够看到。在子线程中我们使用的是主线程的Handler来进行sendMessage的，那么问题来了。子线程中能够存在自己的Handler么？而且用这个Handler来sendMessage？以下我们进行測试:
实例2：
public class MainActivity extends Activity {
public Handler mHandler;
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
mHandler = new Handler(){
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
switch (msg.what) {
case 1:
System.out.println("接收到空消息");
break;
default:
break;
}
}
};
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
Handler handler = new Handler();
handler.sendEmptyMessage(1);
}
}).start();
}
}解释：
这段程序我们调用的是自己的子线程自己的Handler,执行之后报了下面错误:
E/AndroidRuntime(963): java.lang.RuntimeException: Can‘t create handler inside thread that has not called Looper.prepare()
意思就是说在没有调用Looper.prepare()之前是不同意创建Handler对象的，这一点我们能够从Handler的构造函数中查看原因:
下面是Handler的构造函数源代码:
public Handler() {
this(null, false);
}
public Handler(Callback callback, boolean async) {
if (FIND_POTENTIAL_LEAKS) {
final Class<? extends Handler> klass = getClass();
if ((klass.isAnonymousClass() || klass.isMemberClass() || klass.isLocalClass()) &&
(klass.getModifiers() & Modifier.STATIC) == 0) {
Log.w(TAG, "The following Handler class should be static or leaks might occur: " +
klass.getCanonicalName());
}
}
//从ThreadLocal获取到Looper对象，这个对象是由Looper.prepare()函数创建而且加入到ThreadLocal中的
mLooper = Looper.myLooper();
if (mLooper == null) {
<span style="color:#ff6666;">throw new RuntimeException(
"Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");</span>
}
//获得Looper对象中的MessageQueue
mQueue = mLooper.mQueue;
mCallback = callback;
mAsynchronous = async;
}
解释：
抛出异常原因在于mLooper为null，而mLooper是一个Looper对象，这个对象是通过Looper的static方法myLooper从ThreadLocal中获取的。而创建Looper对象是由Looper的static方法prepare()实现的，而且将其增加到了ThreadLocal中。
因此我们找到了抛出异常的原因。也就是Looper对象为null。正如异常中所提示的一样，须要调用Looper.prepare()来创建Looper对象。
我们来查看Looper的static方法prepare源代码：
public static void prepare() {
prepare(true);//创建子线程的Looper对象的时候，此处始终为true。可是待会会发现主线程的Looper对象在创建的时候此參数值是false
}
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));
}解释：
从源代码中我们看到在创建Looper对象之前先查看ThreadLocal中是否已经存在一个Looper对象。一个线程仅仅能创建一个Looper对象，假设多次创建Looper会抛异常。假设不存在的话，调用new Looper(true)创建当前线程的Looper对象，而且将其set到ThreadLocal中(在此多少能够发现ThreadLocal事实上是一个Map型的数据结构实现的，其源代码分析以后补上),来吧，该看看new Looper(true)究竟做了写什么事的时候了，源代码例如以下:
private Looper(boolean quitAllowed) {
mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);//创建了一个MessageQueue消息队列
mRun = true;
mThread = Thread.currentThread();
}解释：
非常easy，就是创建了一个MessageQueue而且将mThread设置为当前线程；
好了，至此我们创建了Looper对象。那么我们把Looper.prepare()增加到实例2的Handler handler = new Handler( )之前，看看会有什么事发生吧：
实例3：
public class MainActivity extends Activity {
public Handler mHandler;
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
mHandler = new Handler(){
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
switch (msg.what) {
case 0:
System.out.println("1: "+Thread.currentThread());
break;
default:
break;
}
}
};
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
Looper.prepare();
Handler handler = new Handler(){
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
System.out.println("2: "+Thread.currentThread());
}
};
handler.sendEmptyMessage(0);
mHandler.sendEmptyMessage(0);
}
}).start();
}
}解释：
输出结果:1: Thread[main,5,main]
发如今我们的输出信息中，并没有输出:子线程中handleMessage的信息
原因事实上也非常easy:你如今仅仅是有Looper对象了，可是你并没有对Looper对象进行不论什么操作，就像你非常有钱，可是你不花这些钱，那钱还有什么用呢？那该怎么用呢？要想找到这个问题的答案，我们须要分析主线程中是怎么创建Looper对象以及怎么使用这个Looper对象的呢？
我们知道应用程序是通过ActivityThread主线程来创建的，为什么这样子说呢？看看源代码就知道啦：
public static void main(String[] args) {
SamplingProfilerIntegration.start();
// CloseGuard defaults to true and can be quite spammy. We
// disable it here, but selectively enable it later (via
// StrictMode) on debug builds, but using DropBox, not logs.
CloseGuard.setEnabled(false);
Environment.initForCurrentUser();
// Set the reporter for event logging in libcore
EventLogger.setReporter(new EventLoggingReporter());
Security.addProvider(new AndroidKeyStoreProvider());
Process.setArgV0("<pre-initialized>");
Looper.prepareMainLooper();//创建Looper对象
ActivityThread thread = new ActivityThread();
thread.attach(false);
if (sMainThreadHandler == null) {
sMainThreadHandler = thread.getHandler();
}
AsyncTask.init();
if (false) {
Looper.myLooper().setMessageLogging(new
LogPrinter(Log.DEBUG, "ActivityThread"));
}
Looper.loop();//使用Looper对象中的MessageQueue来进行消息处理
throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
}
解释：
由于这个类里面有我们苦苦想要寻找的main函数，可能你曾经也会疑惑android程序究竟是怎么启动的呢？如今明确了吧，入口函数main在这里呢，来看看里面我们可能熟悉的代码吧。Looper.prepareMainLooper()有点类似于我们之前见过的Looper.prepare()吧，显然他也是用来创建一个Looper对象而且放入ThreadLocal里面的。仅仅只是他是在主线程中创建的:
public static void prepareMainLooper() {
<span style="color:#ff6666;">prepare(false);//这里的參数值是false，子线程创建Looper的prepare參数值是true</span>
synchronized (Looper.class) {
if (sMainLooper != null) {
throw new IllegalStateException("The main Looper has already been prepared.");
}
sMainLooper = myLooper();
}
}解释：
在有了Looper对象之后。main方法中的Looper.loop()就是利用Looper对象中的MessageQueue来进行消息接收和处理的。源代码例如以下:
public static void loop() {
final Looper me = myLooper();//获得Looper对象
if (me == null) {
throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
}
<span style="color:#ff6666;">final MessageQueue queue = me.mQueue;//获得Looper对象中的MessageQueue</span>
// 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();
//採用死循环的方式从MessageQueue中取出消息
for (;;) {
<span style="color:#ff6666;"> Message msg = queue.next(); // might block</span>
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);
}
//调用dispatchMessage来进行消息的处理
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);
}
//消息处理结束回收消息
msg.recycle();
}
}解释：
详细过程是:
(1)首先通过myLooper( )静态方法获取到Looper对象;
(2)通过获取到的Looper对象来获取到该对象中的MessageQueue消息处理队列;
(3)採用死循环的方式对消息队列中的每一个消息调用此消息所在的handler(通过msg.target获取此handler)的dispatchMessage方法进行处理;
(4)消息处处理结束后调用recycle方法回收消息;
这里最重要的方法当然就是dispatchMessage消息处理和消息回收函数啦,接下来我们先分析一下消息是怎么传递到MessageQueue队列中的。随后再来分别来看看究竟在dispatchMessage和recycle这两个函数中做了什么？
要想处理消息，首先你得有消息吧。就像你想花钱一样，首先你总得有钱吧，handler机制中，消息是从哪来的呢？
非常显然从实例中我们能够看出，我们都是通过handler的sendEmptyMessage方法来发送消息的，在handler中存在非常多发送消息的方法，可是归根结底他们最后都会调用sendMessageAtTime方法的(无论你是採用Runnable的post机制还是採用Message的send机制)，源代码例如以下:
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);
}解释：这种方法有两个參数。一个是想要传递给主线程的Message对象，uptimeMillis表示我们发送消息的时间，假设调用的不是sendMessageDelayed的话。uptimeMillis的值为0。在消息队列非空的前提下调用enqueueMessage将消息增加到队列中；
我们来看看enqueueMessage的源代码:
private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
msg.target = this;
if (mAsynchronous) {
msg.setAsynchronous(true);
}
return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}
解释：非常easy。他就是直接调用了MessageQueue队列中的enqueueMessage入队方法，来看MessageQueue里面的enqueueMessage方法源代码：
boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
if (msg.isInUse()) {
throw new AndroidRuntimeException(msg + " This message is already in use.");
}
if (msg.target == null) {
throw new AndroidRuntimeException("Message must have a target.");
}
synchronized (this) {
if (mQuitting) {
RuntimeException e = new RuntimeException(
msg.target + " sending message to a Handler on a dead thread");
Log.w("MessageQueue", e.getMessage(), e);
return false;
}
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;
}
解释：这里我们仅仅讨论核心代码。由于要插入Message对象到队列。所以我们必须找到队尾元素的位置。而这个位置在上面的源代码是通过p的指针值是否为空来进行推断的，假设p本身为空的话，说明p已经到达了队尾，我们仅仅须要将该Message对象插入到p之后就可以啦，假如队列本身为空的话，那么p本身就是队尾。直接插入；假如队列本身不为空的话。须要遍历整个队列。找到队尾元素就可以啦，然后插入，我们能够看到。MessageQueue的队列是由单链表来实现的。
好了，这下子Message对象增加到了MessageQueue中啦，随后就是我们该怎么处理的问题啦；
查看Handler.java源代码中的dispatchMessage方法:
public void dispatchMessage(Message msg) {
if (msg.callback != null) {
handleCallback(msg);
} else {
if (mCallback != null) {
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
}
}
handleMessage(msg);
}
}解释：
在正式分析此方法之前先补充一点。Handler支持两种消息类型。Runnable和Message,因此发送消息提供了post(Runnable r)和sendMessage(Message msg)两个方法。Message中的callback属性存储的就是Runnable对象；详细分析:
(1)首先查看该Message的callback字段是否为null，即查看此消息是否存在Runnable属性值(该值是通过post方法将其增加到Message的callback中的)。有的话则运行handleCallback方法。该方法会运行Runnable的run方法，源代码例如以下:
private static void handleCallback(Message message) {
message.callback.run();
}(2)假设Message的callback字段为null的话，则查看是否存在外部的Callback类型对象，这个值是在创建Handler的时候通过构造函数传递进来的，假设存在的话运行该Callback对象的handleMessage方法;(3)假设既不存在Runnable对象。又不存在外部的Callback对象的话，则直接运行handler自身的handleMessage方法，这种方法须要我们在new Handler之后进行重写，由于Handler本身是没有实现这种方法的。
public void handleMessage(Message msg) {
}好了，消息已经处理结束啦，接下来我们就该回收该消息啦。也就是Looper.loop( )方法所运行的最后一句代码，msg.recycle( ),再次回到了源代码级别查看： public void recycle() {
clearForRecycle();//将Message的各种标识位所有归位
synchronized (sPoolSync) {
if (sPoolSize < MAX_POOL_SIZE) {
next = sPool;
sPool = this;
sPoolSize++;//将该消息返回给消息缓冲池
}
}
}void clearForRecycle() {
flags = 0;
what = 0;
arg1 = 0;
arg2 = 0;
obj = null;
replyTo = null;
when = 0;
target = null;
callback = null;
data = http://www.mamicode.com/null;>解释：释放消息前首先将消息里面的各个消息标识位归位。随后将该消息增加到消息缓冲池中，以备下次我们使用消息的时候能够直接调用Message.obtain( )方法来获取消息。这样子就不用new Message( )啦，从而降低了new对象的时空开销，这就是缓冲机制的优点，由于缓冲池里面的全部消息对象是能够反复使用的。仅仅是在使用的时候进行必要标识位的设置就可以，看看Message的obtain方法就一目了然啦：
public static Message obtain() {
synchronized (sPoolSync) {
if (sPool != null) {
Message m = sPool;
sPool = m.next;
m.next = null;
sPoolSize--;
return m;
}
}
return new Message();
}解释：我们能够发现，仅仅有当消息缓冲池为null的时候我们才会new Message出来，假设消息缓冲池不为空的话，直接获取缓冲池中的第一个，而且让缓冲池中的消息个数降低1就可以；
至此，整个消息处理过程已经结束了。
那么我们应该知道怎么改动实例3让他可以输出:子线程中handleMessage的信息
实例4：
public class MainActivity extends Activity {
public Handler mHandler;
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
mHandler = new Handler(){
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
switch (msg.what) {
case 0:
System.out.println("1: "+Thread.currentThread());
break;
default:
break;
}
}
};
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
Looper.prepare();
Handler handler = new Handler(){
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
System.out.println("2: "+Thread.currentThread());
}
};
handler.sendEmptyMessage(0);
mHandler.sendEmptyMessage(0);
Looper.loop();
}
}).start();
}
}
区别就是添加了Looper.loop( )这句代码而已。输出结果:
2: Thread[Thread-120,5,main]
1: Thread[main,5,main]
究竟，我们能够做做总结啦。看看Handler消息处理机制中究竟用到些什么？
1. Looper
(1)创建消息循环
prepare( )用于创建Looper对象，而且保存到ThreadLocal中；
(2)获得消息循环对象
myLooper( )，採用ThreadLocal的get方式获取存储在ThreadLocal里面的消息循环对象；
(3)開始消息循环
详细过程:
首选获取MessageQueue里面的队头Message
接着调用该Message所在handler的dispatchMessage方法。最后在dispatchMessage里面调用handlerMessage方法
消息使用完成之后将其增加到本地消息缓冲池中。以便下次使用，节省创建Message的开销
2. MessageQueue
每一个Looper对象相应一个MessageQueue队列，他是消息的存储区，向Handler发送的消息终于都会存储到该队列中
(1)消息入队
消息入队採用的方法是enqueueMessage( )。首先会查看队列是否为空，假设为空。则直接入队就可以。假设非空须要轮询链表，依据when从低到高的顺序插入链表的合适位置。这里的队列是由单链表实现的；
(2)轮询队列
next( )用于获取MessageQueue中的Message
3. Handler
(1)获取消息
以obtain打头的方法，这些方法实现的功能就是从本地消息缓冲池中获取消息，这样做的目的就仅仅是为了提高时空效率，这些方法实际上还是调用的Message中的各种obtain方法
(2)发送消息
Handler支持两种消息类型，各自是Runnable和Message，他们发送消息的方法各自是以post打头的post(Runnable runnable)和以sendMessage(Message message)，可是post方法中的Runnable对象在最后还是会被封装到Message中称为Message的属性callback的值，也就是说原则上还是自由Message这样的方式的，在调用各种sendMessage的时候。都会终于运行sendMessageAtTime。而在这种方法里面就会调用MessageQueue的enqueueMessage来将Message增加到队列中啦；
(3)处理消息
Handler中处理消息的開始方法是dispatchMessage,在这种方法里面会调用Handler本身的handleMessage方法。而这种方法是须要我们在创建Handler的时候重写的
4. Message
(1)创建消息
创建消息有两种方式。我们能够通过new Message( )的方式创建一个新的Message，也能够通过Message.obtain从本地消息缓冲池中获取一个消息，后者在时空上效率更高；
(2)释放消息
消息使用完成之后。调用recycle函数释放消息，将该消息增加到本地消息缓冲池中，以便下次使用；
以上就是Handler消息处理机制的主要内容了。我们也自己实现了一个子线程中的handler而且创建了子线程自己的MessageQueue，此外子线程可以通过loop方法处理传递给子线程的消息了。可是假设每次我们想让子线程实现这种功能的话，我们都必须利用Looper.prepare( )和Looper.loop( )方法将我们的子线程中的handler代码包裹起来。这样是不是太麻烦啦，这就导致了HandlerThread的出现，在下一篇。我们解说下HandlerThread的源代码分析。
Android---Handler消息处理机制