Handler的原理

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序言:为了印象更深刻,我写了一个项目参考了Handler的源码进行编写,是源码的一个简单版本,但是实现的主要功能是有清晰说明的。地址:https://github.com/chuanqiLjp/TestHandler,欢迎start。。。

Handler的总结归纳

  1. MessageQueue:存储消息,包含插入和读取消息的操作:

    1. enqueueMessage():添加消息,实际上是单链表的操作,若消息队列满则添加消息的线程阻塞等待被唤醒;

    2. next():读取消息伴随着消息的删除(相当于出队列),是一个无限循环,若无消息则一直阻塞等待,若有新消息到来则返回该消息并从链表中移除;

  2. Looper: 一个线程只能创建一个Looper对象,一个Looper对象只有一个MessageQueue(在Looper的构造方法中实例化),创建Looper对象使用Looper.prepare(),使用Looper.loop()启动消息循环,不断的从MessageQueue中获取消息,在交给Message的target属性所对应的Handler去处理(由于通常Looper对象会在主线程中创建并调用Looper.loop()去轮询消息,因此该方法执行在主线程中),若取到空消息则loop()退出循环(调用了Looper的quit()或quitSafely()才会取到空消息);

  3. Handler:消息的发送和处理,

    1. 发送消息:通过post()或sendMessage(),再调用MessageQueue的enqueueMessage()插入消息队列

    2. 处理消息:当Looper的loop()方法中的循环调用MessageQueue的next()取到消息后,调用 msg.target.dispatchMessage(msg)进行分发,其Handler中事件处理的优先级顺序:Message.callback(Runnable) -> mCallBack(CallBack接口的子类) ->Handler或子类的handleMessage()【平时使用的是优先级最低的】

单线程模型中Message、Handler、MessageQueue、Looper之间的关系

简单的说,Handler获取当前线程中的looper对象,looper用来从存放Message的MessageQueue中取出Message,再有Handler进行Message的分发和处理.

Message Queue(消息队列):用来存放通过Handler发布的消息,通常附属于某一个创建它的线程,可以通过Looper.myQueue()得到当前线程的消息队列

Handler:可以发布或者处理一个消息或者操作一个Runnable,通过Handler发布消息,消息将只会发送到与它关联的消息队列,然也只能处理该消息队列中的消息

Looper:是Handler和消息队列之间通讯桥梁,程序组件首先通过Handler把消息传递给Looper,Looper把消息放入队列。Looper也把消息队列里的消息广播给所有的

Handler:Handler接受到消息后调用handleMessage进行处理

Message:消息的类型,在Handler类中的handleMessage方法中得到单个的消息进行处理

在单线程模型下,为了线程通信问题,Android设计了一个Message Queue(消息队列), 线程间可以通过该Message Queue并结合Handler和Looper组件进行信息交换。下面将对它们进行分别介绍:

  1. Message

    Message消息,理解为线程间交流的信息,处理数据后台线程需要更新UI,则发送Message内含一些数据给UI线程。

  2. Handler

    Handler处理者,是Message的主要处理者,负责Message的发送,Message内容的执行处理。后台线程就是通过传进来的 Handler对象引用来sendMessage(Message)。而使用Handler,需要implement 该类的 handleMessage(Message)方法,它是处理这些Message的操作内容,例如Update UI。通常需要子类化Handler来实现handleMessage方法。

  3. Message Queue

    Message Queue消息队列,用来存放通过Handler发布的消息,按照先进先出执行。

    每个message queue都会有一个对应的Handler。Handler会向message queue通过两种方法发送消息:sendMessage或post。这两种消息都会插在message queue队尾并按先进先出执行。但通过这两种方法发送的消息执行的方式略有不同:通过sendMessage发送的是一个message对象,会被 Handler的handleMessage()函数处理;而通过post方法发送的是一个runnable对象,则会自己执行。

  4. Looper

    Looper是每条线程里的Message Queue的管家。Android没有Global的Message Queue,而Android会自动替主线程(UI线程)建立Message Queue,但在子线程里并没有建立Message Queue。所以调用Looper.getMainLooper()得到的主线程的Looper不为NULL,但调用Looper.myLooper() 得到当前线程的Looper就有可能为NULL。对于子线程使用Looper,API Doc提供了正确的使用方法:这个Message机制的大概流程:

    1. 在Looper.loop()方法运行开始后,循环地按照接收顺序取出Message Queue里面的非NULL的Message。

    2. 一开始Message Queue里面的Message都是NULL的。当Handler.sendMessage(Message)到Message Queue,该函数里面设置了那个Message对象的target属性是当前的Handler对象。随后Looper取出了那个Message,则调用 该Message的target指向的Hander的dispatchMessage函数对Message进行处理。在dispatchMessage方法里,如何处理Message则由用户指定,三个判断,优先级从高到低:

      1. Message里面的Callback,一个实现了Runnable接口的对象,其中run函数做处理工作;

      2. Handler里面的mCallback指向的一个实现了Callback接口的对象,由其handleMessage进行处理;

      3. 处理消息Handler对象对应的类继承并实现了其中handleMessage函数,通过这个实现的handleMessage函数处理消息。

    由此可见,我们实现的handleMessage方法是优先级最低的!

    1. Handler处理完该Message (update UI) 后,Looper则设置该Message为NULL,以便回收!

    在网上有很多文章讲述主线程和其他子线程如何交互,传送信息,最终谁来执行处理信息之类的,个人理解是最简单的方法——判断Handler对象里面的Looper对象是属于哪条线程的,则由该线程来执行!

    1. 当Handler对象的构造函数的参数为空,则为当前所在线程的Looper;

    2. Looper.getMainLooper()得到的是主线程的Looper对象,Looper.myLooper()得到的是当前线程的Looper对象。

Handler的原理

ThreadLocal

ThreadLocal是一个线程内部的数据存储类 ,实质上是一个泛型类,定义为:public class ThreadLocal<T>。通过它可以在某个指定线程中存储数据,数据存储以后,只有在指定线程(存储数据的线程) 中可以获取到它存储的数据,对于其他的线程来说无法获取到它的数据。

通过使用ThreadLocal,能够让同一个数据对象在不同的线程中存在多个副本,而这些副本互不影响。Looper的实现中便使用到了ThreadLocal。通过使用ThreadLocal,每个线程都有自己的Looper,它们是同一个数据对象的不同副本,并且不会相互影响。

ThreadLocal中有一个内部类ThreadLocalMap,ThreadLocal中有一个内部类Entry,Entry中的Object value这个value实际上就是每一个线程中的数据副本。ThreadLocalMap中有一个存放Entry的数组:Entry[] table。 ThreadLocal类的部分代码如下:

image.png

ThreadLocal的set 方法:实际上就是往ThreadLocalMap对象(map)维护的对象数组table中插入数据。

image.png

ThreadLocal的get 方法,调用了ThreadLocalMap的getEntry()方法:

image.png

ThreadLocalMap的getEntry() 方法:

image.png

i的值是由线程的哈希码和(table的长度-1)进行“按位与”运算,所有每个线程得到的i是不一样的,因此最终数据副本在table中的位置也不一样。

MessageQueue

MessageQueue主要包含两个操作,插入和读取。读取操作的函数是next() ,该操作同时也会伴随着删除操作(相当于出队列),插入操作对应的函数是enqueueMessage()enqueueMessage() 实际上就是单链表的插入操作。next() 方法是一个无限循环的方法,如果消息队列中没有消息,那么next()方法会一直阻塞。当有新消息到来时,next()方法会返回这条消息并将其从单链表中移除。

Looper

Looper在Android的消息机制中扮演着消息循环的角色,它会不停地从MessageQueue中查看是否有新的Message到来,如果有新消息就会立刻处理,否则就一直阻塞在那里。一个线程只能有一个Looper对象,从而也只有一个MessageQueue(在Looper的构造方法初始化)。

Looper中的几个重要的成员变量:

image.png

Looper的构造方法,在构造方法中,创建了一个MessageQueue 实例:

image.png

当需要为一个线程创建Looper对象时,需要调用Looper的prepare() 方法(该方法在一个线程中只能调用一次,否则会抛出异常):

image.png

loop() 的消息循环中,实际上是调用了MessageQueue的next() 方法。

image.png
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Looper主要作用:
1、 与当前线程绑定,保证一个线程只会有一个Looper实例,同时一个Looper实例也只有一个MessageQueue。
2、 loop()方法,不断从MessageQueue中去取消息,交给消息的target属性的dispatchMessage去处理。

Handler

Handler的工作主要是消息的发送和消息接收处理。消息的发送可以通过Handler的post() 方法或者sendMessage() 方法来实现,消息的处理,需要我们重写handleMessage()函数来进行处理。

Handler的sendMessage()函数:

image.png
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最后调用了MessageQueue的enqueueMessage() 函数:

image.png
image.png

Message 的callback成员变量实际上是一个Runnable对象

Runnable callback;

经常使用的Handler的post(Runnable r) 方法,源码是这样的:


    public final boolean post(Runnable r)
    {
       return  sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);
    }

其中,getPostMessage(r) 为:

private static Message getPostMessage(Runnable r) {
        Message m = Message.obtain();
        m.callback = r;
        return m;
    }

原来,Handler的post()方法实际上是把这个Runnable对象封装到了一个Message中的。

因此,Handler中的事件处理优先级顺序是:

Message.callback(Runnable) -- > mCallback(Callback接口实现类或Callback匿名内部类) ---> Handler或其子类的handleMessage()。

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