Handler源码分析
Handler是Android开发中必不可少的组建，大部分情况下我们用来做跨线程通讯，但是Handler的设计并不只是为了做线程通讯，它是android的事件处理核心机制，作为源码阅读的第一步可以很好的帮助我们深入理解android的一些设计
核心类：1:Handler 2:Looper 3:MessageQueue 4:Message
一句话概括handler原理: Looper源源不断的将MessageQueue中的Message提取出来交给用户定义的Handler调用。
未了方便理解，我决定从简单的组建开始分析。
1、Looper
Looper类似于泵，远远不断将水池(MessageQueue)中的水(Message)抽取出来交给用户（Handler）。
这是looper的官方注释：
Class used to run a message loop for a thread. Threads by default do not have a message loop associated with them; to create one, call{@link #prepare} in the thread that is to run the loop, and then {@link #loop} to have it process messages until the loop is stopped.
可以看到线程默认是没有looper的，需要调用prepare()方法然后调用loop()方法启动循环。
筛选出几个比较重要的属性：
static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();
private static Looper sMainLooper;
final MessageQueue mQueue;
final Thread mThread;
可以看到，使用ThreadLocal保证了每个线程有一份looper，而主线程的Looper单独定义了出来。
关于Prepare的几个方法：
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();
}
prepare()方法比较简单，就是初始化一个MessageQueue以及thread存储在本地。
重点在loop()方法：
public static void loop() {
.....
for (;;) {
if (!loopOnce(me, ident, thresholdOverride)) {
return;
}
}
}
private static boolean loopOnce(final Looper me,
final long ident, final int thresholdOverride) {
Message msg = me.mQueue.next(); // might block
if (msg == null) {
// No message indicates that the message queue is quitting.
return false;
}
........
msg.target.dispatchMessage(msg);
.........
return true;
}
可以看到，loopOnce的作用就是从queue中得到下一条的msg，并调用msg.target.dispatchMessage(msg)，而这个target其实就是handler，也就是说，message本身带着handler，looper将msg交给他自己带着点hanler去回调dispatchMessage交给用户处理，而由于handler定义的线程和发送消息的不在一个线程，于是就实现了在B线程发送消息交给了A线程中定义的handler，实现了跨线程的通信（后面分析Handler会具体讲到发送过程）。
2、Message
接下来分析Message类，一些比较关键的属性
Handler target;
Message next;
private static Message sPool;
static final int FLAG_ASYNCHRONOUS = 1 << 1
1、target: target就是每条msg对应的handler，handler会在sendMessage的时候将自身和线程信息一起带给msg。
2、next：没错，这里其实就是队列数据真正存放的地方，messageQueue的数据之间用链表实现，在message中用next指向下一个对象，而messageQueue内部会其实主要负责索引和指针的变化。
3、sPool：又一个message，这个属性根据名字就能知道，这是一个消息池，类似线程池，减少创建message的开支，obtain会直接复用池里的对象：
/**
* Return a new Message instance from the global pool. Allows us to
* avoid allocating new objects in many cases.
*/
public static Message obtain() {
synchronized (sPoolSync) {
if (sPool != null) {
Message m = sPool;
//永远将sPool指向下一个message
sPool = m.next;
m.next = null;
m.flags = 0; // clear in-use flag
sPoolSize--;
return m;
}
}
return new Message();
}
4、FLAG_ASYNCHRONOUS：Message是否同步。这里引出一个非常重要的概念：同步屏障以及message的类型（同步、异步、同步屏障）。
同步屏障
通过之前的概念我们知道，message是存放在MessageQueue中的，而Message只能从头添加消息，而添加消息是按照消息的执行顺序进行排序的（这里我会在MessageQueue分析源码）。而如果同一时间范围内，有消息需要立即执行（比如view的绘制），该怎么办，如果按照正常方法需要等待前面的消息全部执行完成，这样便会造成阻塞，于是我们便需要一个绿色通道，所有处于绿色通道内的消息全部有限执行，这便是同步屏障。
同步屏障的原理：在messageQueue中插入一个target==null的messageA，所有同步message都在这个messageA之前，异步message都在messageA之后，messageQueue在调用next()时候，会优先调用messageA之后的异步消息（异步消息执行的很快不会阻塞），之后才会调用messageA之前的同步message。（源码在messageQueue中）
3、MessageQueue
MessageQueue是消息队列，从上面的文章我也提到了，真正的链表是直接存放在message中的，messageQueue主要负责操作，主要分析几个流程中比较重要的属性和方法
Message mMessages;//队列头
Message next() {
//如果当前queue已经退出或者被释放，则返回null
final long ptr = mPtr;
if (ptr == 0) {
return null;
}
//初始化当前idleHandler数量
//step1
int pendingIdleHandlerCount = -1; // -1 only during first iteration
//下次调用的时间
int nextPollTimeoutMillis = 0;
for (;;) {
if (nextPollTimeoutMillis != 0) {
Binder.flushPendingCommands();
}
//这是一个native方法，主要作用是等待直到下一条message可用为止（即到了调用时间）
//利用了linux中的epoll_wait等待
//这篇文章会分析native侧的源码
//https://www.cnblogs.com/jiy-for-you/archive/2019/10/20/11707356.html
nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);
//找到下一条可以执行的msg
synchronized (this) {
//当前时间
final long now = SystemClock.uptimeMillis();
//遍历中的先驱节点prev
Message prevMsg = null;
//当前遍历节点
Message msg = mMessages;
if (msg != null && msg.target == null) {
//target==null表示当前节点是一个同步屏障
//一旦当前节点是同步屏障，则遍历规则就是跳到最近一个异步消息
do {
//如果当前节点是一个同步消息，则msg=msg.next，遍历到下一个节点
prevMsg = msg;
msg = msg.next;
} while (msg != null && !msg.isAsynchronous());
}
//遍历到了异步消息节点
if (msg != null) {
if (now < msg.when) {
//当前msg的调用时间when还未到达（now<when）更新等待时间(when-now)，
nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE);
} else {
//已经到达等待时间，可以执行消息
//当前队列没有阻塞
mBlocked = false;
if (prevMsg != null) {
//常规链表操作，将pre和next连接
prevMsg.next = msg.next;
} else {
mMessages = msg.next;
}
//找到的msg做一些数据上的处理，删除next
msg.next = null;
if (DEBUG) Log.v(TAG, "Returning message: " + msg);
//标记use
msg.markInUse();
//返回msg
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;
}
/*************接下来的逻辑是关于IdelHandler的****************/
//IdleHandler是一个内部接口，主要是用来在messageQueue空闲时调用的
//当queue中没有消息或者queue中消息还未到执行时间就会进入空闲，也就是走到这一步代码。
//IdleHandler只有一个方法boolean queueIdle()，返回true表示会重复调用
//也就是下次空闲时还会回调
//step2
if (pendingIdleHandlerCount < 0
&& (mMessages == null || now < mMessages.when)) {
pendingIdleHandlerCount = mIdleHandlers.size();
}
//step3
if (pendingIdleHandlerCount <= 0) {
//当前没有idleHandler处理，真正进入了阻塞状态
mBlocked = true;
//进入下一次循环
continue;
}
if (mPendingIdleHandlers == null) {
mPendingIdleHandlers = new IdleHandler[Math.max(pendingIdleHandlerCount, 4)];
}
//将所有add的idleHandler传入临时数组中
mPendingIdleHandlers = mIdleHandlers.toArray(mPendingIdleHandlers);
}
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 {
//回调idleHandler
keep = idler.queueIdle();
} catch (Throwable t) {
Log.wtf(TAG, "IdleHandler threw exception", t);
}
if (!keep) {
//如果释放了，则从list中移除该handler
synchronized (this) {
mIdleHandlers.remove(idler);
}
}
}
//这里将count置为0，因为当idleHandler返回true时，会继续存在，此时如果继续循环，就会进入
//死循环不停调用，置为0可以结束本次的idleHandler调用
//step=4
pendingIdleHandlerCount = 0;
//第二次循环，由于pendingIdleHandlerCount==0，所以在step2处就会continus
//于是nextPollTimeoutMillis就不会再次被赋值=0，此时nextPollTimeoutMillis=-1或者是
//需要等待的时间 when-now
//所以就会在native侧真正的进入等待，知道下次的唤醒
nextPollTimeoutMillis = 0;
}
}
//内部定义的接口，空闲时handler
//主要在messageQueue空闲时会调用IdleHandler
//我们可以放一些需要延迟但又不确定具体延迟多久的任务
//注意不能过分依赖这个东西，因为调用的不确定性，无法确定queue具体空闲时间
//activityThread中使用IdleHandler来进行GC（间隔5s以上）
public static interface IdleHandler {
//返回true表示这个handler会继续留存在queue内部，下次空闲时候还会调用
//false则会在完成调用后从list中remove
boolean queueIdle();
}
public void addIdleHandler(@NonNull IdleHandler handler) {
if (handler == null) {
throw new NullPointerException("Can't add a null IdleHandler");
}
synchronized (this) {
mIdleHandlers.add(handler);
}
}
public void removeIdleHandler(@NonNull IdleHandler handler) {
synchronized (this) {
mIdleHandlers.remove(handler);
}
}
在Message源码和next()方法里都提到了关于同步屏障，同步屏障的作用就是在队列中插入一个target==null的特殊message，在next()方法中，如果queue下一个msg是一个同步屏障，则遍历queue找到第一个异步msg，直到所有异步msg全部出队列，实现了异步消息的优先出队列。同步屏障的add和remove如下:
public int postSyncBarrier() {
return postSyncBarrier(SystemClock.uptimeMillis());
}
//插入同步屏障
private int postSyncBarrier(long when) {
synchronized (this) {
final int token = mNextBarrierToken++;
//消息池里得到一个新的消息，target==null
final Message msg = Message.obtain();
msg.markInUse();
msg.when = when;
msg.arg1 = token;
//根据消息执行的时间when找到同步屏障节点插入的位置
Message prev = null;
Message p = mMessages;
if (when != 0) {
while (p != null && p.when <= when) {
prev = p;
p = p.next;
}
}
if (prev != null) { // invariant: p == prev.next
msg.next = p;
prev.next = msg;
} else {
msg.next = p;
mMessages = msg;
}
return token;
}
}
//移除同步屏障
public void removeSyncBarrier(int token) {
// Remove a sync barrier token from the queue.
// If the queue is no longer stalled by a barrier then wake it.
synchronized (this) {
Message prev = null;
Message p = mMessages;
//如果是一个普通消息，则跳过
while (p != null && (p.target != null || p.arg1 != token)) {
prev = p;
p = p.next;
}
//没有找到同步屏障
if (p == null) {
throw new IllegalStateException("The specified message queue synchronization "
+ " barrier token has not been posted or has already been removed.");
}
final boolean needWake;
if (prev != null) {
//如果同步屏障不是首节点（prev存在）
prev.next = p.next;
needWake = false;
} else {
//如果同步屏障就是头节点，则根据是否存在下一个节点next来判断是否需要唤醒queue
mMessages = p.next;
needWake = mMessages == null || mMessages.target != null;
}
//回收msg资源
p.recycleUnchecked();
//如果需要唤醒队列，则调用native侧的唤醒方法
if (needWake && !mQuitting) {
nativeWake(mPtr);
}
}
}
说完next和同步屏障，MessageQueue中剩下的比较重要的方法就是消息的如队列Enqueue了：
boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
if (msg.target == null) {
throw new IllegalArgumentException("Message must have a target.");
}
//在这里加锁，就实现了每个queue的线程安全
//由于每个thread拥有一个lopper，每个lopper拥有一个enqueue，每个queue的enqueue又是线程安全的
//于是就实现了所有子线程向主线程发送消息的线程安全
synchronized (this) {
//当前消息正在被使用
if (msg.isInUse()) {
throw new IllegalStateException(msg + " This message is already in use.");
}
//当前队列正在关闭
if (mQuitting) {
IllegalStateException e = new IllegalStateException(
msg.target + " sending message to a Handler on a dead thread");
Log.w(TAG, e.getMessage(), e);
msg.recycle();
return false;
}
msg.markInUse();
msg.when = when;
Message p = mMessages;
boolean needWake;
if (p == null || when == 0 || when < p.when) {
//当前msg的when小于队列头msg的when，需要优先执行
//根据当前是否阻塞决定是否需要唤醒
msg.next = p;
mMessages = msg;
needWake = mBlocked;
} else {
//如果当前头节点是一个同步屏障而且当前插入msg是一个异步消息，则表示需要立即执行
//于是需要唤醒队列
needWake = mBlocked && p.target == null && msg.isAsynchronous();
Message prev;
//根据when找到对应的插入位置
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) {
//唤醒队列
nativeWake(mPtr);
}
}
return true;
}
4、Handler
先看Handler的构造方法：
public Handler(@Nullable Callback callback, boolean async) {
//Handler一般要求使用内部静态类的形式定义，防止内存泄漏
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());
}
}
//handler构造的时候会获取到当前线程的looper
mLooper = Looper.myLooper();
if (mLooper == null) {
throw new RuntimeException(
"Can't create handler inside thread " + Thread.currentThread()
+ " that has not called Looper.prepare()");
}
//获取到当前looper的messageQueue，每个线程有唯一的messageQueue
mQueue = mLooper.mQueue;
//自定义事件处理回调callback
mCallback = callback;
//当前handler内的消息是否全部定义为异步消息
mAsynchronous = async;
}
Handler是处理Message的地方，在Looper中会最终回调Message.target.dispatchMessage(Message msg)，这个方法定义是这样的：
public void dispatchMessage(@NonNull Message msg) {
if (msg.callback != null) {
//如果msg自身带有callback，就交给msg自己的回调处理，否则交给handler的callback处理
handleCallback(msg);
} else {
if (mCallback != null) {
//优先交给handler自己的callback
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
}
}
//最后交给回调
handleMessage(msg);
}
}
Handler中还有一个常用的方法就是sendMessage,它最终调用的是sendMessageAtTime：
public boolean sendMessageAtTime(@NonNull 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，sendMessage最终调用的是MessageQueue的enqueueMessage，而queueMessage又是线程安全的，所以handler处理消息也线程安全的。
Handler处理消息的完整流程
当handler在ThreadA中初始化的时候便会拿到当前线程中ThreadLocal的looper以及messageQueue，当子线程ThreadB调用 Handler.sendMessage时，最终会调用ThreadA的messageQueue.enqueue，而这个方法是synchronized(this)加锁的，使得每个msg在加入队列的时候线程安全且根据调用事件when排序（并且根据同步屏障优先调用异步msg）。ThreadA中的looper会循环调用MessageQueue的next()方法（该方法会根据when找到下一个需要执行的msg，如果时间未到，则会进入阻塞睡眠，由linux的epoll机制唤醒，期间会适当调用idleHandler）得到下一个需要处理的msg，回调该msg的target的dispatch方法，根据需要回调给用户。
Handler可以实现跨线程通讯的原理
每个handler会在自身初始化的线程中得到对应的messageQueue，所有的消息都发送给该messageQueue，而发送方的线程没有限制，于是现实了跨越线程的通信。
结语
java侧的Handler源码分析到这大体结束了，handler在c/c++层仍有不少内容（在native层还有一个messageQueue和looper！），它的阻塞和唤醒利用了linux的epoll机制，感兴趣的朋友可以查一查native层的实现，感谢大家观看，求赞～～～。
转载自:https://juejin.cn/post/7089269848928157703