講講Handler+Looper+MessageQueue 關系


Handler+Looper+MessageQueue這三者的關系其實就是Android的消息機制。這塊內容相比開發人員都不陌生,在面試中,或者日常開發中都會碰到,今天就來講這三者的關系。

概述:

Handler 、 Looper 、Message 這三者都與Android異步消息處理線程相關的概念。那么什么叫異步消息處理線程呢?

異步消息處理線程啟動后會進入一個無限的循環體之中,每循環一次,從其內部的消息隊列中取出一個消息,然后回調相應的消息處理函數,執行完成一個消息后則繼續循環。若消息隊列為空,線程則會阻塞等待。
那么Android消息機制主要是指Handler的運行機制,Handler運行需要底層的MessageQueue和Looper支撐。其中MessageQueue采用的是單鏈表的結構,Looper可以叫做消息循環。由於MessageQueue只是一個消息存儲單元,不能去處理消息,而Looper就是專門來處理消息的,Looper會以無限循環的形式去查找是否有新消息,如果有的話,就處理,否則就一直等待着。
我們知道,Handler創建的時候會采用當前線程的Looper來構造消息循環系統,需要注意的是,線程默認是沒有Looper的,如果需要使用Handler就必須為線程創建Looper,因為默認的UI主線程,也就是ActivityThread,ActivityThread被創建的時候就會初始化Looper,這也是在主線程中默認可以使用Handler的原因。

關系圖:

先給出這三者之間的關系圖

原因:

前面提到的Handler+Looper+MessageQueue,這三者實際上是一個整體,我們在開發過程中接觸的最多是Handler。Handler的主要作用是將一個任務切換到某個指定的線程中去執行,那么Androd為什么要提供這個功能呢?
這是因為Android規定UI只能在主線程中進行,如果在子線程中訪問UI,那么程序就會崩潰,拋出異常,這就是導致我們不能在主線程中進行耗時操作,否則會導致程序無法響應,即ANR,那要是我們想要從服務端獲取數據在UI上顯示怎么辦呢,耗時的話我們一般在子線程中進行獲取,如何把獲取的數據呈現在主線程中呢,這其中就用到了Handler,Handler主要原因就是為了解決在子線程中無法訪問UI的矛盾。
可以在延伸下,系統為什么不允許在子線程中訪問UI呢,這是因為Android的UI控件不是線程安全的,如果是多線程中並發訪問可能會導致UI控件處於不可控的狀態。

Looper類

Looper扮演的角色就是消息循環,不斷從MessageQueue中查看是否有新消息,如果有新消息到來就會立刻處理,否則就一直祖塞在那里,在它的構造方法,默認會創建一個MessageQueue的消息隊列,然后將當前線程的對象保存起來。

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

對於Looper主要是prepare()和loop()兩個方法,首先看prepare()方法。

public static final void prepare() {
        if (sThreadLocal.get() != null) {
            throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
        }
        sThreadLocal.set(new Looper(true));
}

sThreadLocal是一個ThreadLocal對象,可以在一個線程中存儲變量。可以看到,在第5行,將一個Looper的實例放入了ThreadLocal,並且2-4行判斷了sThreadLocal是否為null,否則拋出異常。這也就說明了Looper.prepare()方法不能被調用兩次,同時也保證了一個線程中只有一個Looper實例

然后我們看loop()方法:

public static void loop() {
        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;

        // 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();

        for (;;) {
            Message msg = queue.next(); // might block
            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);
            }

            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);
            }

            msg.recycle();
        }
}

方法直接返回了sThreadLocal存儲的Looper實例,如果me為null則拋出異常,也就是說looper方法必須在prepare方法之后運行。
拿到該looper實例中的mQueue(消息隊列)
就進入了我們所說的無限循環。
取出一條消息,如果沒有消息則阻塞。
使用調用 msg.target.dispatchMessage(msg);把消息交給msg的target的dispatchMessage方法去處理。Msg的target是什么呢?其實就是handler對象,下面會進行分析。
釋放消息占據的資源。

Looper主要作用:

1、 與當前線程綁定,保證一個線程只會有一個Looper實例,同時一個Looper實例也只有一個MessageQueue。

2、 loop()方法,不斷從MessageQueue中去取消息,交給消息的target屬性的dispatchMessage去處理。

好了,我們的異步消息處理線程已經有了消息隊列(MessageQueue),也有了在無限循環體中取出消息的哥們,現在缺的就是發送消息的對象了,於是乎:Handler登場了。

Handler類

Handler的工作主要是包含消息的發送和接受的過程。使用Handler之前,我們都是初始化一個實例,比如用於更新UI線程,我們會在聲明的時候直接初始化,或者在onCreate中初始化Handler實例。
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());
            }
        }

        mLooper = Looper.myLooper();
        if (mLooper == null) {
            throw new RuntimeException(
                "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");
        }
        mQueue = mLooper.mQueue;
        mCallback = callback;
        mAsynchronous = async;
    }

通過Looper.myLooper()獲取了當前線程保存的Looper實例,然后在19行又獲取了這個Looper實例中保存的MessageQueue(消息隊列),這樣就保證了handler的實例與我們Looper實例中MessageQueue關聯上了。

然后看我們最常用的sendMessage方法

 public final boolean sendMessage(Message msg)
    {
        return sendMessageDelayed(msg, 0);
    }

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

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

 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);
    }

最后調用了sendMessageAtTime,在此方法內部有直接獲取MessageQueue然后調用了enqueueMessage方法,我們再來看看此方法:

 private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
        msg.target = this;
        if (mAsynchronous) {
            msg.setAsynchronous(true);
        }
        return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
    }

enqueueMessage中首先為meg.target賦值為this,如果大家還記得Looper的loop方法會取出每個msg然后交給msg,target.dispatchMessage(msg)去處理消息,也就是把當前的handler作為msg的target屬性。最終會調用queue的enqueueMessage的方法,也就是說handler發出的消息,最終會保存到消息隊列中去。

現在已經很清楚了Looper會調用prepare()和loop()方法,在當前執行的線程中保存一個Looper實例,這個實例會保存一個MessageQueue對象,然后當前線程進入一個無限循環中去,不斷從MessageQueue中讀取Handler發來的消息。然后再回調創建這個消息的handler中的dispathMessage方法,下面我們趕快去看一看這個方法:

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

  /**
     * Subclasses must implement this to receive messages.
     */
    public void handleMessage(Message msg) {
    }

可以看到這是一個空方法,為什么呢,因為消息的最終回調是由我們控制的,我們在創建handler的時候都是復寫handleMessage方法,然后根據msg.what進行消息處理。

總結下:

1、首先Looper.prepare()在本線程中保存一個Looper實例,然后該實例中保存一個MessageQueue對象;因為Looper.prepare()在一個線程中只能調用一次,所以MessageQueue在一個線程中只會存在一個。

2、Looper.loop()會讓當前線程進入一個無限循環,不端從MessageQueue的實例中讀取消息,然后回調msg.target.dispatchMessage(msg)方法。

3、Handler的構造方法,會首先得到當前線程中保存的Looper實例,進而與Looper實例中的MessageQueue想關聯。

4、Handler的sendMessage方法,會給msg的target賦值為handler自身,然后加入MessageQueue中。

5、在構造Handler實例時,我們會重寫handleMessage方法,也就是msg.target.dispatchMessage(msg)最終調用的方法。

Handler Post

看代碼

 public final boolean post(Runnable r)
    {
       return  sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);
    }
  private static Message getPostMessage(Runnable r) {
        Message m = Message.obtain();
        m.callback = r;
        return m;
    }
 public final boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis)
    {
        if (delayMillis < 0) {
            delayMillis = 0;
        }
        return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis);
    }
 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);
    }

可以看到,在getPostMessage中,得到了一個Message對象,然后將我們創建的Runable對象作為callback屬性,賦值給了此message.

注:產生一個Message對象,可以new  ,也可以使用Message.obtain()方法;兩者都可以,但是更建議使用obtain方法,因為Message內部維護了一個Message池用於Message的復用,避免使用new 重新分配內存。最終和handler.sendMessage一樣,調用了sendMessageAtTime,然后調用了enqueueMessage方法,給msg.target賦值為handler,最終加入MessagQueue.

可以看到,這里msg的callback和target都有值,那么會執行哪個呢?

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);
        }
    }

 

Handler使用流程圖:

 

閱讀擴展

源於對掌握的Android開發基礎點進行整理,羅列下已經總結的文章,從中可以看到技術積累的過程。
 


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