Android中Handler機制的工作原理是什么

本篇文章為大家展示了Android中Handler機制的工作原理是什么，內容簡明扼要并且容易理解，絕對能使你眼前一亮，通過這篇文章的詳細介紹希望你能有所收獲。

Looper

在使用Handler之前，我們必須得初始化Looper，并讓Looper跑起來。

Looper.prepare();
...
Looper.loop();

執行上面兩條語句之后，Looper就可以跑起來了。先來看看對應的源碼：

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));
}

private Looper(boolean quitAllowed) {
 mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
 mThread = Thread.currentThread();
}

必須保證一個線程中有且只有一個Looper對象，所以在初始化Looper的時候，會檢查當前線程有沒有Looper對象。Looper的初始化會創建一個MessageQueue。創建完Looper后會放到ThreadLocal中去，關于ThreadLocal，后面會說到。

public static void loop() {
 // 判斷當前線程有沒有初始化Looper
 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;

 ...

 for (;;) {
 Message msg = queue.next(); // might block
 if (msg == null) {
 // No message indicates that the message queue is quitting.
 return;
 }
 
 ...

 final long traceTag = me.mTraceTag;

 if (traceTag != 0 && Trace.isTagEnabled(traceTag)) {
 Trace.traceBegin(traceTag, msg.target.getTraceName(msg));
 }

 try {
 // target指的是Handler
 msg.target.dispatchMessage(msg);
 } finally {
 if (traceTag != 0) {
 Trace.traceEnd(traceTag);
 }
 }
 
 ...

 msg.recycleUnchecked();
 }
}

方法比較長，所以只把最核心的代碼放了出來。省略掉的代碼中有一個比較有意思的：我們可以指定一個閾值比如說200，當Message的處理超過200ms時，就會輸出Log。這可以在開發中幫助我們發現一些潛在的性能問題。可惜的是，設置閾值的方法是隱藏的，無法直接調用，所以這里就不放出代碼了，感興趣的朋友自己翻一下源碼吧。

簡化后的代碼可以看出邏輯十分簡單，可以說Looper在當中扮演著搬磚工的角色，從MessageQueue中取出Message，然后交給Handler去分發，再去MessageQueue中取出Message...無窮無盡，就像愚公移山一樣。

看到這里，應該多多少少會覺得有點不對勁，因為這里是一個死循環，按道理來說會一直占著CPU資源的，并且消息也總有處理完的時候，難道處理完就從消息隊列返回Null，然后Looper結束嗎？顯然不是，注意看注釋might block。

MessageQueue

答案就在MessageQueue里面，直接來看一下next():

Message next() {
 ...
 int pendingIdleHandlerCount = -1; // -1 only during first iteration
 int nextPollTimeoutMillis = 0;
 for (;;) {
 if (nextPollTimeoutMillis != 0) {
 Binder.flushPendingCommands();
 }

 nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);

 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) {
 // Stalled by a barrier. Find the next asynchronous message in the queue.
 do {
 prevMsg = msg;
 msg = msg.next;
 } while (msg != null && !msg.isAsynchronous());
 }
 if (msg != null) {
 if (now < msg.when) {
 // Next message is not ready. Set a timeout to wake up when it is ready.
 nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE);
 } else {
 // Got a message.
 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;
 }

 // Process the quit message now that all pending messages have been handled.
 if (mQuitting) {
 dispose();
 return null;
 }

 // If first time idle, then get the number of idlers to run.
 // Idle handles only run if the queue is empty or if the first message
 // in the queue (possibly a barrier) is due to be handled in the future.
 if (pendingIdleHandlerCount < 0
 && (mMessages == null || now < mMessages.when)) {
 pendingIdleHandlerCount = mIdleHandlers.size();
 }
 if (pendingIdleHandlerCount <= 0) {
 // No idle handlers to run. Loop and wait some more.
 mBlocked = true;
 continue;
 }

 if (mPendingIdleHandlers == null) {
 mPendingIdleHandlers = new IdleHandler[Math.max(pendingIdleHandlerCount, 4)];
 }
 mPendingIdleHandlers = mIdleHandlers.toArray(mPendingIdleHandlers);
 }

 // Run the idle handlers.
 // We only ever reach this code block during the first iteration.
 for (int i = 0; i < pendingIdleHandlerCount; i++) {
 final IdleHandler idler = mPendingIdleHandlers[i];
 mPendingIdleHandlers[i] = null; // release the reference to the handler

 boolean keep = false;
 try {
 keep = idler.queueIdle();
 } catch (Throwable t) {
 Log.wtf(TAG, "IdleHandler threw exception", t);
 }

 if (!keep) {
 synchronized (this) {
 mIdleHandlers.remove(idler);
 }
 }
 }

 // Reset the idle handler count to 0 so we do not run them again.
 pendingIdleHandlerCount = 0;

 // While calling an idle handler, a new message could have been delivered
 // so go back and look again for a pending message without waiting.
 nextPollTimeoutMillis = 0;
 }
}

代碼有點長，這次不打算省略掉一些了，因為這里面還有一個小彩蛋。

方法中最重要的應該就是這一行了

nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);

簡單來說，當nextPollTimeoutMillis == -1時，掛起當前線程，釋放CPU資源，當nextPollTimeoutMillis >= 0時會延時指定的時間激活一次線程，讓代碼繼續執行下去。這里涉及到了底層的pipe管道和epoll機制，就不再講下去了（其實是因為講不下去了）。這也就可以回答上面的問題了，當沒有消息的時候只需要讓線程掛起就行了，這樣可以保證不占用CPU資源的同時保住Looper的死循環。

然后我們來看消息是如何取出來的。MessageQueue中有一個Message，Message類中又有一個Message成員next，可以看出Message是一個單鏈表結構。消息的順序是根據時間先后順序排列的。一般來說，我們要取的Message就是第一個（這里先不考慮異步消息，關于異步消息以后會講到的，又成功給自己挖了一個坑哈哈），如果當前時間大于等于Message中指定的時間，那么將消息取出來，返回給Looper。由于此時nextPollTimeoutMillis的值為0，所以當前面的消息處理完之后，Looper就又來取消息了。

如果當前的時間小于Message中指定的時間，那么設置nextPollTimeoutMillis值以便下次喚醒。還有另外一種當前已經沒有消息了，nextPollTimeoutMillis會被設置為-1，也就是掛起線程。別急，還沒那么快呢，接著往下看。

緊接著的邏輯是判斷當前有沒有IdleHandler，沒有的話就continue，該掛起就掛起，該延時就延時，有IdleHandler的話會執行它的queueIdle()方法。這個IdleHandler是干什么的呢？從名字應該也能猜出個一二來，這里就不再展開講了。關于它的一些妙用可以看我之前寫的Android 啟動優化之延時加載。執行完queueIdle()方法后，會將nextPollTimeoutMillis置為0，重新看一下消息隊列中有沒有新的消息。

Handler

上面將取消息的流程都講清楚了，萬事俱備，就差往消息隊列中添加消息了，該我們最熟悉的Handler出場了。Handler往隊列中添加消息，主要有兩種方式：

Handler.sendXXX();
Handler.postXXX();

第一種主要是發送Message，第二種是Runnable。無論是哪種方式，最終都會進入到MessageQueue的enqueueMessage()方法。

boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
 ...

 synchronized (this) {
 ...

 msg.markInUse();
 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;
}

一般情況下，我們通過Handler發送消息的時候，會通過SystemClock.uptimeMillis()獲取一個開機時間，然后MessageQueue就會根據這個時間來對Message進行排序。所以enqueueMessage()方法中就分了兩種情況，一種是直接可以在隊頭插入的。一種是排在中間，需要遍歷一下，然后尋一個合適的坑插入。when == 0對應的是Handler的sendMessageAtFrontOfQueue()和postAtFrontOfQueue()方法。needWake的作用是根據情況喚醒Looper線程。

上面有一點還沒有講，就是Looper從MessageQueue中取出Message后，會交由Handler進行消息的分發。

public void dispatchMessage(Message msg) {
 if (msg.callback != null) {
 handleCallback(msg);
 } else {
 if (mCallback != null) {
 if (mCallback.handleMessage(msg)) {
 return;
 }
 }
 handleMessage(msg);
 }
}

優先級順序是Message自帶的callback，接著是Handler自帶的callback，最后才是handleMessage()這個回調。

ThreadLocal

還記得Looper中有一個ThreadLocal吧，把它放到最后來講是因為它可以單獨拿出來講，不想在上面干擾到整個流程。

ThreadLocal是一個數據存儲類，它最神奇的地方就是明明是同一個ThreadLocal對象，但是在不同線程中可以存儲不同的對象，比如說在線程A中存儲了"Hello"，而在線程B中存儲了"World"。它們之間互相不干擾。

在Handler機制中，由于一個Looper對應著一個線程，所以將Looper存進ThreadLocal最合適不過了。

ThreadLocal比價常用的就set()和get()方法。分別來看看怎么實現的吧。

public void set(T value) {
 Thread t = Thread.currentThread();
 ThreadLocalMap map = getMap(t);
 if (map != null)
 map.set(this, value);
 else
 createMap(t, value);
}

首先是去獲取ThreadLocalMap，找得到的話直接設置值，找不到就創建一個。

ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
 return t.threadLocals;
}

看到這里，大概也能明白了。每個線程Thread中有一個ThreadLocalMap對象。通過ThreadLocal.set()方法，實際上是去獲取當前線程中的ThreadLocalMap，線程不同，獲取到的ThreadLocalMap自然也不同。
再來看看這個ThreadLocalMap是什么來頭。看類的注釋中有這么一句話：

ThreadLocalMap is a customized hash map suitable only for maintaining thread local values.

從注釋中可以知道這就是一個定制的HashMap，并且它的Entry類指定了Key只能為ThreadLocal類型的。所以直接將它看成是一個HashMap就好了。

get()方法也好理解，就是從Map中取出值而已。大概看一下就好了。

public T get() {
 Thread t = Thread.currentThread();
 ThreadLocalMap map = getMap(t);
 if (map != null) {
 ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
 if (e != null) {
 @SuppressWarnings("unchecked")
 T result = (T)e.value;
 return result;
 }
 }
 return setInitialValue();
}

上述內容就是Android中Handler機制的工作原理是什么，你們學到知識或技能了嗎？如果還想學到更多技能或者豐富自己的知識儲備，歡迎關注億速云行業資訊頻道。