Android消息机制

所谓的Android消息机制其实就是Handler机制,其主要的作用是将一个任务放到另外一个线程中去执行。一般来说用于网络请求之后更新UI的情况较多,但是这并不意味着Handler只能用于这种场景,为什么更新UI的时候要使用到Handler呢?因为Android规定只能在UI线程中访问UI,否则会报错!这个线程检查的操作是在ViewRootImpl的checkThread方法中去做的

void checkThread() {
    if (mThread != Thread.currentThread()) {
        throw new CalledFromWrongThreadException(
                "Only the original thread that created a view hierarchy can touch its views.");
    }
}

其中这个mThread就是UI线程。如果说没有Handler的话哪我们该怎么去刷新UI呢?

基本使用

private Handler handler = new Handler() {
    @Override
    public void handleMessage(Message msg) {
        super.handleMessage(msg);
        switch (msg.what) {
            case 0:
            {
                textView.setText("change");
            }
        }
    }
};
...
new Thread(new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        try {
            Thread.sleep(5000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        handler.sendEmptyMessage(0);
    }
}).start();

以上就是我们最常见的Handler最常见的写法,但是这样写存在一个很大的问题,那就是内存泄漏。在Java语言中,非静态内部类会持有外部类的一个隐试引用,这样就可能造成外部类无法被垃圾回收。而导致内存泄漏。很显然在这里Handler就是一个非静态内部类,它会持有Activity的应用导致Activity无法正常释放。

内存泄漏问题

上面说到Handler默认的使用方式岁会造成内存泄露,那么该如何去写呢?正确的写法应该是使用静态内部类的形式,但是如果只使用静态内部类的话handler调用activity中的方法又成了一个问题,因此使用弱引用来持有外部activity对象成为了很好的解决方案。代码如下:

final MyHandler handler=new MyHandler(this);
…
private static class MyHandler extends Handler {
    //创建一个弱引用持有外部类的对象
    private final WeakReference<MainActivity> content;

    private MyHandler(MainActivity content) {
        this.content = new WeakReference<MainActivity>(content);
    }

    @Override
    public void handleMessage(Message msg) {
        super.handleMessage(msg);
        MainActivity activity= content.get();
        if (activity != null) {
            switch (msg.what) {
                case 0: {
                    activity.notifyUI();
                }
            }
        }
    }
}
…
@Override
protected void onDestroy() {
    super.onDestroy();
    handler.removeCallbacksAndMessages(this);

}

消息机制中的成员

Hander机制当中的主要成员有Handler、Looper、MessageQueue、Message这四个成员,当然Threadlocal也会存在一些踪迹,但是个人认为它并不属于Handler机制中的成员!

Handler

从名字的英文含义上你就能大概知道它是消息处理者,负责发送消息和处理消息。

Looper

是一个查询消息的循环结构,负责查询MessageQueue当中的消息

Message

这就是我们的消息,它能携带一个int数据和一个Object数据

MessageQueue

它是Message的一个集合

源码分析Handler机制的工作流程


image.png

我们先从Handler发送消息开始,上面Demo中我们使用的是sendEmptyMessage方法,但其实我们还有一些了其他的send方法和post方法,但是这些方法最终都是要调用sendMessageAtTime具体代码如下

/**
 * Enqueue a message into the message queue after all pending messages
 * before the absolute time (in milliseconds) <var>uptimeMillis</var>.
 * <b>The time-base is {@link android.os.SystemClock#uptimeMillis}.</b>
 * Time spent in deep sleep will add an additional delay to execution.
 * You will receive it in {@link #handleMessage}, in the thread attached
 * to this handler.
 * 
 * @param uptimeMillis The absolute time at which the message should be
 *         delivered, using the
 *         {@link android.os.SystemClock#uptimeMillis} time-base.
 *         
 * @return Returns true if the message was successfully placed in to the 
 *         message queue.  Returns false on failure, usually because the
 *         looper processing the message queue is exiting.  Note that a
 *         result of true does not mean the message will be processed -- if
 *         the looper is quit before the delivery time of the message
 *         occurs then the message will be dropped.
 */
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);
}

在sendMessageAtTime有一个点就是mQueue这个变量,它是一个MessageQueue的对象。最终我们调用了enqueueMessage方法

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

首先msg要绑定Handler,msg.target = this;这个好理解,一个Message对象只能由一个Handler来处理。然后

if (mAsynchronous) {
    msg.setAsynchronous(true);
}

如果mAsynchronous为true表示该消息是异步的。最后一步是将消息交给我们的MessageQueue的enqueueMessage处理,代码如下:

boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
    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) {
            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) {
            // 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;
}

到这我们的Message对象就添加到MessageQueue当中了!到这里我们理解了Handler的send和post方法的实际作用就是将Message消息添加到MessageQueue之中,但是这一系列的操作之中我们并没有看见创建MessageQueue对象的过程,似乎在这之前它已经创建好了,于是我们想起了之前的一个变量叫mQueue,它是一个MessageQueue的对象

final MessageQueue mQueue;

那他是在哪得到的呢?我们看一下Handler的构造方法,以我们最常用的来看

/**
 * Default constructor associates this handler with the {@link Looper} for the
 * current thread.
 *
 * If this thread does not have a looper, this handler won't be able to receive messages
 * so an exception is thrown.
 */
public Handler() {
    this(null, false);
}

该方法调用了

/**
 * Use the {@link Looper} for the current thread with the specified callback interface
 * and set whether the handler should be asynchronous.
 *
 * Handlers are synchronous by default unless this constructor is used to make
 * one that is strictly asynchronous.
 *
 * Asynchronous messages represent interrupts or events that do not require global ordering
 * with respect to synchronous messages.  Asynchronous messages are not subject to
 * the synchronization barriers introduced by {@link MessageQueue#enqueueSyncBarrier(long)}.
 *
 * @param callback The callback interface in which to handle messages, or null.
 * @param async If true, the handler calls {@link Message#setAsynchronous(boolean)} for
 * each {@link Message} that is sent to it or {@link Runnable} that is posted to it.
 *
 * @hide
 */
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 " + Thread.currentThread()
                    + " that has not called Looper.prepare()");
    }
    mQueue = mLooper.mQueue;
    mCallback = callback;
    mAsynchronous = async;
}

好了我们看到了mQueue实际上是通过mLooper.mQueue这获取到的。而mLooper又是通过

Looper.myLooper();

这个方法来获取到的,分析到这终于又出现了一个关键字Looper,那我们看一下myLooper这个方法

/**
 * Return the Looper object associated with the current thread.  Returns
 * null if the calling thread is not associated with a Looper.
 */
public static @Nullable Looper myLooper() {
    return sThreadLocal.get();
}

哈!一脸懵逼。但是大概可以知道Looper对象被存在了一个对象里面,看到了get方法我很容易想到它也许还有set方法,我们先来看一下这个sThreadLocal是什么?

static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();

好了我们知道ThreadLocal这东西了,但是到这线索似乎断了set方法在哪里?这时候我忽然想到如果在子线程中使用Handler是一个什么样的场景!如果不先调用Looper.prepare()方法是会报错吧!问题的关键就在于这,我们看一下代码

/** Initialize the current thread as a looper.
  * This gives you a chance to create handlers that then reference
  * this looper, before actually starting the loop. Be sure to call
  * {@link #loop()} after calling this method, and end it by calling
  * {@link #quit()}.
  */
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));
}

sThreadLocal的set方法被我们找到了,并且new了一个Looper。由此可见我们的Looper也是存在ThreadLocal中的。Looper的构造方法如下所示

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

好了mQueue这个对象的由来算是讲清楚了,他就是一个MessageQueue对象!可以说Looper和MessageQueue是一一对应的,一个Looper对象中含有一个MessageQueue。ThreadLocal通过set方法将Looper存在其中,那么我们具体看一下set方法实现

/**
 * Sets the current thread's copy of this thread-local variable
 * to the specified value.  Most subclasses will have no need to
 * override this method, relying solely on the {@link #initialValue}
 * method to set the values of thread-locals.
 *
 * @param value the value to be stored in the current thread's copy of
 *        this thread-local.
 */
public void set(T value) {
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null)
        map.set(this, value);
    else
        createMap(t, value);
}

可以看到Looper对象最终被存储在了一个叫ThreadLocalMap的数据结构里面,createMap方法用于创建ThreadLcalMap对象,createMap方法中会new一个ThreadLocalMap对象并将这个对象赋给t的threadlocals属性

/**
 * Create the map associated with a ThreadLocal. Overridden in
 * InheritableThreadLocal.
 *
 * @param t the current thread
 * @param firstValue value for the initial entry of the map
 */
void createMap(Thread t, T firstValue) {
    t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}

ThreadLocalMap个人认为是一个hash表,同样是<key,value>的形式有些和HashMap类似,它同样存在自己的扩容机制,同样存在自己的hash函数。到这里我们明白了MessageQueue是存在Looper里面的,而Looper又是存在ThreadLocal里面的,Thread当中有且只有一个ThreadLocal.ThreadLocalMap对象,因此Thread、Looper和MessageQueue三者形成了一一对应的关系,然而Handler于他们没有一点关系,Handler只和Message对象成对应的关系,所以Thread、Looper、MessageQueue、Handler四者的关系是一个线程中只能有一个Looper和一个MessageQueue但是可以存在一个或者多个Handler。到这里他们之间的关系我们搞清楚了!另外我们也知道在调用了MessageQueue的enqueueMessage方法之后我们就把Message对象添加到了MessageQueue当中了,剩下的事情就是Message是如何被处理的,在子线程当中使用Handler的时候除了要先写Looper.prepare()之外,还要写Looper.loop()方法

/**
 * Run the message queue in this thread. Be sure to call
 * {@link #quit()} to end the loop.
 */
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;

    ...
    boolean slowDeliveryDetected = false;

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

      ...

        try {
            msg.target.dispatchMessage(msg);
            dispatchEnd = needEndTime ? SystemClock.uptimeMillis() : 0;
        } finally {
            if (traceTag != 0) {
                Trace.traceEnd(traceTag);
            }
        }
       
       ...

        msg.recycleUnchecked();
    }
}

可以看到loop方法中有一个无限的for循环,在循环中通过queue.next()来便利Message,然后我们看到了这句代码
msg.target.dispatchMessage(msg);
这个target就是我们之前绑定的Handler,也就是说我们在这里调用了Handler的dispatchMessage()方法并且将msg作为参数传递了过去,我们看看dispatchMessage的代码

/**
 * Handle system messages here.
 */
public void dispatchMessage(Message msg) {
    if (msg.callback != null) {
        handleCallback(msg);
    } else {
        if (mCallback != null) {
            if (mCallback.handleMessage(msg)) {
                return;
            }
        }
        handleMessage(msg);
    }
}

如果说msg的callback不为空调用handleCallback将消息交给子线程去处理,这种处理方式主要是对应了post(runable)这种形式发送消息的情况。另外就是调用handleMessage方法了,好了这个方法我们再熟悉不过了,到这里消息从MessageQueue中取出并交由Handler处理的过程也完成了。最后在loop方法中调用msg.recycleUnchecked(),到这Handler消息机制我们就算是分析完成了。那么Handler是这么实现跨线程通讯的呢?就是通过方法回调,和接口回调。

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