Android消息机制1-Handler(Java层)(转)

一万年来谁著史,三千里外欲封侯。这篇文章主要讲述Android消息机制1-Handler(Java层)(转)相关的知识,希望能为你提供帮助。
转自:http://gityuan.com/2015/12/26/handler-message-framework/
 
相关源码

framework/base/core/java/andorid/os/Handler.java framework/base/core/java/andorid/os/Looper.java framework/base/core/java/andorid/os/Message.java framework/base/core/java/andorid/os/MessageQueue.java libcore/luni/src/main/java/java/lang/ThreadLocal.java

一、概述在整个android的源码世界里,有两大利剑,其一是Binder IPC机制,,另一个便是消息机制(由Handler/Looper/MessageQueue等构成的)。关于Binder在Binder系列中详细讲解过,有兴趣看看。
Android有大量的消息驱动方式来进行交互,比如Android的四剑客ActivityServiceBroadcastContentProvider的启动过程的交互,都离不开消息机制,Android某种意义上也可以说成是一个以消息驱动的系统。消息机制涉及MessageQueue/Message/Looper/Handler这4个类。
1.1 模型
消息机制主要包含:
  • Message:消息分为硬件产生的消息(如按钮、触摸)和软件生成的消息;
  • MessageQueue:消息队列的主要功能向消息池投递消息(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:不断循环执行(Looper.loop),按分发机制将消息分发给目标处理者。
1.2 架构图
Android消息机制1-Handler(Java层)(转)

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  • Looper有一个MessageQueue消息队列;
  • MessageQueue有一组待处理的Message;
  • Message中有一个用于处理消息的Handler;
  • Handler中有Looper和MessageQueue。
1.3 典型实例
先展示一个典型的关于Handler/Looper的线程
class LooperThread extends Thread { public Handler mHandler; public void run() { Looper.prepare(); //【见 2.1】mHandler = new Handler() {//【见 3.1】 public void handleMessage(Message msg) { //TODO定义消息处理逻辑. 【见 3.2】 } }; Looper.loop(); //【见 2.2】 } }

接下来,围绕着这个实例展开详细分析。
二、Looper 2.1 prepare()
对于无参的情况,默认调用prepare(true),表示的是这个Looper运行退出,而对于false的情况则表示当前Looper不运行退出。
private static void prepare(boolean quitAllowed) { //每个线程只允许执行一次该方法,第二次执行时线程的TLS已有数据,则会抛出异常。 if (sThreadLocal.get() != null) { throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread"); } //创建Looper对象,并保存到当前线程的TLS区域 sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed)); }

这里的sThreadLocal是ThreadLocal类型,下面,先说说ThreadLocal。
ThreadLocal: 线程本地存储区(Thread Local Storage,简称为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。TLS常用的操作方法:
  • ThreadLocal.set(T value):将value存储到当前线程的TLS区域,源码如下:
    public void set(T value) { Thread currentThread = Thread.currentThread(); //获取当前线程 Values values = values(currentThread); //查找当前线程的本地储存区 if (values == null) { //当线程本地存储区,尚未存储该线程相关信息时,则创建Values对象 values = initializeValues(currentThread); } //保存数据value到当前线程this values.put(this, value); }

  • ThreadLocal.get():获取当前线程TLS区域的数据,源码如下:
    public T get() { Thread currentThread = Thread.currentThread(); //获取当前线程 Values values = values(currentThread); //查找当前线程的本地储存区 if (values != null) { Object[] table = values.table; int index = hash & values.mask; if (this.reference == table[index]) { return (T) table[index + 1]; //返回当前线程储存区中的数据 } } else { //创建Values对象 values = initializeValues(currentThread); } return (T) values.getAfterMiss(this); //从目标线程存储区没有查询是则返回null }

ThreadLocal的get()和set()方法操作的类型都是泛型,接着回到前面提到的sThreadLocal变量,其定义如下:
static final ThreadLocal< Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal< Looper> ()

可见sThreadLocal的get()和set()操作的类型都是Looper类型。
Looper.prepare()
Looper.prepare()在每个线程只允许执行一次,该方法会创建Looper对象,Looper的构造方法中会创建一个MessageQueue对象,再将Looper对象保存到当前线程TLS。
对于Looper类型的构造方法如下:
private Looper(boolean quitAllowed) { mQueue = new MessageQueue(quitAllowed); //创建MessageQueue对象. 【见4.1】 mThread = Thread.currentThread(); //记录当前线程. }

另外,与prepare()相近功能的,还有一个prepareMainLooper()方法,该方法主要在ActivityThread类中使用。
public static void prepareMainLooper() { prepare(false); //设置不允许退出的Looper synchronized (Looper.class) { //将当前的Looper保存为主Looper,每个线程只允许执行一次。 if (sMainLooper != null) { throw new IllegalStateException("The main Looper has already been prepared."); } sMainLooper = myLooper(); } }

2.2 loop()
public static void loop() { final Looper me = myLooper(); //获取TLS存储的Looper对象 【见2.4】 if (me == null) { throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn‘t called on this thread."); } final MessageQueue queue = me.mQueue; //获取Looper对象中的消息队列Binder.clearCallingIdentity(); //确保在权限检查时基于本地进程,而不是基于最初调用进程。 final long ident = Binder.clearCallingIdentity(); for (; ; ) { //进入loop的主循环方法 Message msg = queue.next(); //可能会阻塞 【见4.2】 if (msg == null) { //没有消息,则退出循环 return; }Printer logging = me.mLogging; //默认为null,可通过setMessageLogging()方法来指定输出,用于debug功能 if (logging != null) { logging.println("> > > > > Dispatching to " + msg.target + " " + msg.callback + ": " + msg.what); } msg.target.dispatchMessage(msg); //用于分发Message 【见3.2】 if (logging != null) { logging.println("< < < < < Finished to " + msg.target + " " + msg.callback); }final long newIdent = Binder.clearCallingIdentity(); //确保分发过程中identity不会损坏 if (ident != newIdent) { //打印identity改变的log,在分发消息过程中是不希望身份被改变的。 } msg.recycleUnchecked(); //将Message放入消息池 【见5.2】 } }

loop()进入循环模式,不断重复下面的操作,直到没有消息时退出循环
  • 读取MessageQueue的下一条Message;
  • 把Message分发给相应的target;
  • 再把分发后的Message回收到消息池,以便重复利用。
这是这个消息处理的核心部分。另外,上面代码中可以看到有logging方法,这是用于debug的,默认情况下logging == null,通过设置setMessageLogging()用来开启debug工作。
2.3 quit()
public void quit() { mQueue.quit(false); //消息移除 }public void quitSafely() { mQueue.quit(true); //安全地消息移除 }

Looper.quit()方法的实现最终调用的是MessageQueue.quit()方法
MessageQueue.quit()
void quit(boolean safe) { // 当mQuitAllowed为false,表示不运行退出,强行调用quit()会抛出异常 if (!mQuitAllowed) { throw new IllegalStateException("Main thread not allowed to quit."); } synchronized (this) { if (mQuitting) { //防止多次执行退出操作 return; } mQuitting = true; if (safe) { removeAllFutureMessagesLocked(); //移除尚未触发的所有消息 } else { removeAllMessagesLocked(); //移除所有的消息 } //mQuitting=false,那么认定为 mPtr != 0 nativeWake(mPtr); } }

消息退出的方式:
  • 当safe =true时,只移除尚未触发的所有消息,对于正在触发的消息并不移除;
  • 当safe =flase时,移除所有的消息
2.4 常用方法
2.4.1 myLooper用于获取TLS存储的Looper对象
public static @Nullable Looper myLooper() { return sThreadLocal.get(); }

2.4.2 post发送消息,并设置消息的callback,用于处理消息。
public final boolean post(Runnable r) { returnsendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0); }private static Message getPostMessage(Runnable r) { Message m = Message.obtain(); m.callback = r; return m; }

三、Handler 3.1 创建Handler
3.1.1 无参构造
public Handler() { this(null, false); }public Handler(Callback callback, boolean async) { //匿名类、内部类或本地类都必须申明为static,否则会警告可能出现内存泄露 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()); } } //必须先执行Looper.prepare(),才能获取Looper对象,否则为null. mLooper = Looper.myLooper(); //从当前线程的TLS中获取Looper对象【见2.1】 if (mLooper == null) { throw new RuntimeException(""); } 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 }

对于Handler的无参构造方法,默认采用当前线程TLS中的Looper对象,并且callback回调方法为null,且消息为同步处理方式。只要执行的Looper.prepare()方法,那么便可以获取有效的Looper对象。
3.1.2 有参构造
public Handler(Looper looper) { this(looper, null, false); }public Handler(Looper looper, Callback callback, boolean async) { mLooper = looper; mQueue = looper.mQueue; mCallback = callback; mAsynchronous = async; }

Handler类在构造方法中,可指定Looper,Callback回调方法以及消息的处理方式(同步或异步),对于无参的handler,默认是当前线程的Looper。
3.2 消息分发机制
在Looper.loop()中,当发现有消息时,调用消息的目标handler,执行dispatchMessage()方法来分发消息。
public void dispatchMessage(Message msg) { if (msg.callback != null) { //当Message存在回调方法,回调msg.callback.run()方法; handleCallback(msg); } else { if (mCallback != null) { //当Handler存在Callback成员变量时,回调方法handleMessage(); if (mCallback.handleMessage(msg)) { return; } } //Handler自身的回调方法handleMessage() handleMessage(msg); } }

分发消息流程:
  1. Message的回调方法不为空时,则回调方法msg.callback.run(),其中callBack数据类型为Runnable,否则进入步骤2;
  2. HandlermCallback成员变量不为空时,则回调方法mCallback.handleMessage(msg),否则进入步骤3;
  3. 调用Handler自身的回调方法handleMessage(),该方法默认为空,Handler子类通过覆写该方法来完成具体的逻辑。
对于很多情况下,消息分发后的处理方法是第3种情况,即Handler.handleMessage(),一般地往往通过覆写该方法从而实现自己的业务逻辑。
3.3 消息发送
发送消息调用链:
Android消息机制1-Handler(Java层)(转)

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从上图,可以发现所有的发消息方式,最终都是调用MessageQueue.enqueueMessage();
3.3.1 sendEmptyMessage
public final boolean sendEmptyMessage(int what) { return sendEmptyMessageDelayed(what, 0); }

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

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

3.3.4 sendMessageAtTime
public boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis) { MessageQueue queue = mQueue; if (queue == null) { return false; } return enqueueMessage(queue, msg, uptimeMillis); }

3.3.5 sendMessageAtFrontOfQueue
public final boolean sendMessageAtFrontOfQueue(Message msg) { MessageQueue queue = mQueue; if (queue == null) { return false; } return enqueueMessage(queue, msg, 0); }

该方法通过设置消息的触发时间为0,从而使Message加入到消息队列的队头。
3.3.6 post
public final boolean post(Runnable r) { returnsendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0); }private static Message getPostMessage(Runnable r) { Message m = Message.obtain(); m.callback = r; return m; }

3.3.7 postAtFrontOfQueue
public final boolean postAtFrontOfQueue(Runnable r) { return sendMessageAtFrontOfQueue(getPostMessage(r)); }

3.3.8 enqueueMessage
private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) { msg.target = this; if (mAsynchronous) { msg.setAsynchronous(true); } return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis); 【见4.3】 }

3.3.8 小节Handler.sendEmptyMessage()等系列方法最终调用MessageQueue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis),将消息添加到消息队列中,其中uptimeMillis为系统当前的运行时间,不包括休眠时间。
3.4 其他方法
3.4.1 obtainMessage获取消息
public final Message obtainMessage() { return Message.obtain(this); 【见5.2】 }

Handler.obtainMessage()方法,最终调用Message.obtainMessage(this),其中this为当前的Handler对象。
3.4.2 removeMessages
public final void removeMessages(int what) { mQueue.removeMessages(this, what, null); 【见 4.5】 }

【Android消息机制1-Handler(Java层)(转)】Handler是消息机制中非常重要的辅助类,更多的实现都是MessageQueueMessage中的方法,Handler的目的是为了更加方便的使用消息机制。
四、MessageQueueMessageQueue是消息机制的Java层和C++层的连接纽带,大部分核心方法都交给native层来处理,其中MessageQueue类中涉及的native方法如下:
private native static long nativeInit(); private native static void nativeDestroy(long ptr); private native void nativePollOnce(long ptr, int timeoutMillis); private native static void nativeWake(long ptr); private native static boolean nativeIsPolling(long ptr); private native static void nativeSetFileDescriptorEvents(long ptr, int fd, int events);

关于这些native方法的介绍,见Android消息机制2-Handler(native篇)。
4.1 创建MessageQueue
MessageQueue(boolean quitAllowed) { mQuitAllowed = quitAllowed; //通过native方法初始化消息队列,其中mPtr是供native代码使用 mPtr = nativeInit(); }

4.2 next()
提取下一条message
Message next() { final long ptr = mPtr; if (ptr == 0) { //当消息循环已经退出,则直接返回 return null; } int pendingIdleHandlerCount = -1; // 循环迭代的首次为-1 int nextPollTimeoutMillis = 0; for (; ; ) { if (nextPollTimeoutMillis != 0) { Binder.flushPendingCommands(); } //阻塞操作,当等待nextPollTimeoutMillis时长,或者消息队列被唤醒,都会返回 nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis); synchronized (this) { final long now = SystemClock.uptimeMillis(); Message prevMsg = null; Message msg = mMessages; if (msg != null & & msg.target == null) { //当消息Handler为空时,查询MessageQueue中的下一条异步消息msg,则退出循环。 do { prevMsg = msg; msg = msg.next; } while (msg != null & & !msg.isAsynchronous()); } if (msg != null) { if (now < msg.when) { //当异步消息触发时间大于当前时间,则设置下一次轮询的超时时长 nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE); } else { // 获取一条消息,并返回 mBlocked = false; if (prevMsg != null) { prevMsg.next = msg.next; } else { mMessages = msg.next; } msg.next = null; //设置消息的使用状态,即flags |= FLAG_IN_USE msg.markInUse(); return msg; //成功地获取MessageQueue中的下一条即将要执行的消息 } } else { //没有消息 nextPollTimeoutMillis = -1; } //消息正在退出,返回null if (mQuitting) { dispose(); return null; } //当消息队列为空,或者是消息队列的第一个消息时 if (pendingIdleHandlerCount < 0 & & (mMessages == null || now < mMessages.when)) { pendingIdleHandlerCount = mIdleHandlers.size(); } if (pendingIdleHandlerCount < = 0) { //没有idle handlers 需要运行,则循环并等待。 mBlocked = true; continue; } if (mPendingIdleHandlers == null) { mPendingIdleHandlers = new IdleHandler[Math.max(pendingIdleHandlerCount, 4)]; } mPendingIdleHandlers = mIdleHandlers.toArray(mPendingIdleHandlers); } //只有第一次循环时,会运行idle handlers,执行完成后,重置pendingIdleHandlerCount为0. for (int i = 0; i < pendingIdleHandlerCount; i++) { final IdleHandler idler = mPendingIdleHandlers[i]; mPendingIdleHandlers[i] = null; //去掉handler的引用 boolean keep = false; try { keep = idler.queueIdle(); //idle时执行的方法 } catch (Throwable t) { Log.wtf(TAG, "IdleHandler threw exception", t); } if (!keep) { synchronized (this) { mIdleHandlers.remove(idler); } } } //重置idle handler个数为0,以保证不会再次重复运行 pendingIdleHandlerCount = 0; //当调用一个空闲handler时,一个新message能够被分发,因此无需等待可以直接查询pending message. nextPollTimeoutMillis = 0; } }

nativePollOnce是阻塞操作,其中nextPollTimeoutMillis代表下一个消息到来前,还需要等待的时长;当nextPollTimeoutMillis = -1时,表示消息队列中无消息,会一直等待下去。
当处于空闲时,往往会执行IdleHandler中的方法。当nativePollOnce()返回后,next()从mMessages中提取一个消息。
nativePollOnce()在native做了大量的工作,想进一步了解可查看  Android消息机制2-Handler(native篇)。
4.3 enqueueMessage
添加一条消息到消息队列
boolean enqueueMessage(Message msg, long when) { // 每一个Message必须有一个target if (msg.target == null) { throw new IllegalArgumentException("Message must have a target."); } if (msg.isInUse()) { throw new IllegalStateException(msg + " This message is already in use."); } synchronized (this) { if (mQuitting) {//正在退出时,回收msg,加入到消息池 msg.recycle(); return false; } msg.markInUse(); msg.when = when; Message p = mMessages; boolean needWake; if (p == null || when == 0 || when < p.when) { //p为null(代表MessageQueue没有消息) 或者msg的触发时间是队列中最早的, 则进入该该分支 msg.next = p; mMessages = msg; needWake = mBlocked; //当阻塞时需要唤醒 } else { //将消息按时间顺序插入到MessageQueue。一般地,不需要唤醒事件队列,除非 //消息队头存在barrier,并且同时Message是队列中最早的异步消息。 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; prev.next = msg; } //消息没有退出,我们认为此时mPtr != 0 if (needWake) { nativeWake(mPtr); } } return true; }

MessageQueue是按照Message触发时间的先后顺序排列的,队头的消息是将要最早触发的消息。当有消息需要加入消息队列时,会从队列头开始遍历,直到找到消息应该插入的合适位置,以保证所有消息的时间顺序。
4.4 removeMessages
void removeMessages(Handler h, int what, Object object) { if (h == null) { return; } synchronized (this) { Message p = mMessages; //从消息队列的头部开始,移除所有符合条件的消息 while (p != null & & p.target == h & & p.what == what & & (object == null || p.obj == object)) { Message n = p.next; mMessages = n; p.recycleUnchecked(); p = n; } //移除剩余的符合要求的消息 while (p != null) { Message n = p.next; if (n != null) { if (n.target == h & & n.what == what & & (object == null || n.obj == object)) { Message nn = n.next; n.recycleUnchecked(); p.next = nn; continue; } } p = n; } } }

这个移除消息的方法,采用了两个while循环,第一个循环是从队头开始,移除符合条件的消息,第二个循环是从头部移除完连续的满足条件的消息之后,再从队列后面继续查询是否有满足条件的消息需要被移除。
五、 Message 5.1 创建消息
每个消息用Message表示,Message主要包含以下内容:
数据类型成员变量解释
int what 消息类别
long when 消息触发时间
int arg1 参数1
int arg2 参数2
Object obj 消息内容
Handler target 消息响应方
Runnable callback 回调方法
创建消息的过程,就是填充消息的上述内容的一项或多项。
5.2 消息池
在代码中,可能经常看到recycle()方法,咋一看,可能是在做虚拟机的gc()相关的工作,其实不然,这是用于把消息加入到消息池的作用。这样的好处是,当消息池不为空时,可以直接从消息池中获取Message对象,而不是直接创建,提高效率。
静态变量sPool的数据类型为Message,通过next成员变量,维护一个消息池;静态变量MAX_POOL_SIZE代表消息池的可用大小;消息池的默认大小为50。
消息池常用的操作方法是obtain()和recycle()。
5.2.1 obtain从消息池中获取消息
public static Message obtain() { synchronized (sPoolSync) { if (sPool != null) { Message m = sPool; sPool = m.next; m.next = null; //从sPool中取出一个Message对象,并消息链表断开 m.flags = 0; // 清除in-use flag sPoolSize--; //消息池的可用大小进行减1操作 return m; } } return new Message(); // 当消息池为空时,直接创建Message对象 }

obtain(),从消息池取Message,都是把消息池表头的Message取走,再把表头指向next;
5.2.2 recycle把不再使用的消息加入消息池
public void recycle() { if (isInUse()) { //判断消息是否正在使用 if (gCheckRecycle) { //Android 5.0以后的版本默认为true,之前的版本默认为false. throw new IllegalStateException("This message cannot be recycled because it is still in use."); } return; } recycleUnchecked(); }//对于不再使用的消息,加入到消息池 void recycleUnchecked() { //将消息标示位置为IN_USE,并清空消息所有的参数。 flags = FLAG_IN_USE; what = 0; arg1 = 0; arg2 = 0; obj = null; replyTo = null; sendingUid = -1; when = 0; target = null; callback = null; data = https://www.songbingjia.com/android/null; synchronized (sPoolSync) { if (sPoolSize < MAX_POOL_SIZE) { //当消息池没有满时,将Message对象加入消息池 next = sPool; sPool = this; sPoolSize++; //消息池的可用大小进行加1操作 } } }

recycle(),将Message加入到消息池的过程,都是把Message加到链表的表头;
六、总结最后用一张图,来表示整个消息机制
Android消息机制1-Handler(Java层)(转)

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图解:
  • Handler通过sendMessage()发送Message到MessageQueue队列;
  • Looper通过loop(),不断提取出达到触发条件的Message,并将Message交给target来处理;
  • 经过dispatchMessage()后,交回给Handler的handleMessage()来进行相应地处理。
  • 将Message加入MessageQueue时,处往管道写入字符,可以会唤醒loop线程;如果MessageQueue中没有Message,并处于Idle状态,则会执行IdelHandler接口中的方法,往往用于做一些清理性地工作。
消息分发的优先级:
  1. Message的回调方法:message.callback.run(),优先级最高;
  2. Handler的回调方法:Handler.mCallback.handleMessage(msg),优先级仅次于1;
  3. Handler的默认方法:Handler.handleMessage(msg),优先级最低。

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