【Android原始碼】Handler 機制原始碼分析

指間沙似流年發表於2017-12-23
Android原始碼

為什麼要使用Handler

  1. 因為在Android中訪問UI只能在主執行緒中進行，如果在子執行緒中執行，則程式會丟擲異常。

    // ViewRootImpl.java
void checkThread() {
   if (mThread != Thread.currentThread()) {
       throw new CalledFromWrongThreadException(
               "Only the original thread that created a view hierarchy can touch its views.");
   }
}
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  2. 為什麼不允許在子執行緒中訪問UI？

    因為Android的UI並不是執行緒安全的，如果在多執行緒中執行UI的操作，那麼UI的狀態是不可控的，這個時候就會出現各種問題。 那麼最好的辦法就是隻能在一個執行緒中執行UI的操作。 而Android主執行緒中又不能執行耗時操作，因為那樣就會導致程式的ANR。 所以Android提供了Handler這樣的機制，用來在子執行緒中執行耗時操作之後，傳送訊息給主執行緒，主執行緒再執行UI的更新操作。

Handler機制原理分析

這裡我們以Android UI執行緒的Handler來分析。

Handler的建立

Android的應用入口是ActivityThread.main()函式，UI執行緒的Handler就是在這個函式中建立的。

public static void main(String[] args) {
    Looper.prepareMainLooper();
    thread.attach(false);
    ActivityThread thread = new ActivityThread();
    if (sMainThreadHandler == null) {
        sMainThreadHandler = thread.getHandler();
    }
    Looper.loop();
}
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當main函式執行之後，應用就啟動了，從這個時候開始，Looper就會一直從訊息佇列中取出訊息並處理。而應用會通過Handler來不斷的新增訊息給訊息佇列。通過不斷的新增訊息和取出訊息，整個訊息機制就被運轉起來了。

Looper

從上面可以看到在Handler建立前後，通過Looper的prepare和loop方法，建立了Looper物件和開啟訊息迴圈。

  1. 建構函式

    private Looper(boolean quitAllowed) {
   mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
   mThread = Thread.currentThread();
}
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    1. 建立了MessageQueue物件，這個物件是訊息佇列，主要用來存放我們的訊息，會在下面具體分析。
    2. 獲取當前的執行緒並儲存起來

  2. prepare

    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));
}
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    1. 判斷ThreadLocal中在當前執行緒是否已經存在了Looper物件，如果存在，則丟擲異常，所以可以得出在同一個執行緒中只能存在一個Looper物件。
    2. 在ThreadLocal存入當前執行緒的Looper物件。
    3. ThreadLocal物件是一個執行緒內部的資料儲存類，通過它可以在指定的執行緒儲存資料，當儲存資料之後，就只能在指定的執行緒中獲取到儲存的資料，其他執行緒是不能獲取到資料的。

  3. loop

    public static void loop() {
   final Looper me = myLooper();
   // 獲取訊息佇列
   final MessageQueue queue = me.mQueue;
    // 死迴圈來輪詢的從訊息佇列中獲取訊息
   for (;;) {
       Message msg = queue.next(); // might block
       if (msg == null) {
           return;
       }
       
       try {
           msg.target.dispatchMessage(msg);
       } finally {
           if (traceTag != 0) {
               Trace.traceEnd(traceTag);
           }
       }

       msg.recycleUnchecked();
   }
}
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    1. loop函式會不斷的從訊息佇列中取出訊息，當queue.next()為空的時候就直接阻塞住
    2. msg不為空，呼叫msg.target.dispatchMessage(msg)處理訊息，而msg.target其實就是Handler物件，取出訊息之後就交給Handler來處理髮送的訊息了。

  4. quit

    public void quit() {
   mQueue.quit(false);
}
public void quitSafely() {
    mQueue.quit(true);
}
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    呼叫MessageQueue的quit方法來退出Looper。其中上面的是直接退出，下面的是安全的退出，也就是隻標記一下，當訊息佇列中的訊息全部執行完成之後安全的退出。

    當我們在子執行緒中建立Looper和Handler的時候，如果我們不呼叫quit方法的話，子執行緒就會一直處於等待狀態，所以我們需要呼叫quit方法退出Looper。

MessageQueue

在Looper中大量的使用到了MessageQueue，而MessageQueue主要就是兩個操作插入訊息和讀取訊息並刪除訊息，我們來一起分析下：

  1. 建構函式

    MessageQueue(boolean quitAllowed) {
   mQuitAllowed = quitAllowed;
   mPtr = nativeInit();
}
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    在建構函式中，呼叫了nativeInit方法在Native層建立了NativeMessageQueue和Looper，並將Looper設定給當前的執行緒。這個時候Java層和Native層都有了MessageQueue和Looper。 在Native層的Looper中，建立了一個管道，本質上就是一個檔案，一個管道中有讀和寫兩個檔案操作符，通過讀和寫來將訊息寫入和讀取。

  2. enqueueMessage 插入訊息

    boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
    synchronized (this) {
       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 {
           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;
}
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    enqueueMessage其實就是構建好msg，並插入到單連結串列中。

  3. next 讀取訊息並刪除訊息

    Message next() {
    for (;;) {
        nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);
    }
}
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    next方法是一個無限迴圈方法，當訊息佇列中沒有訊息的時候，next方法會被阻塞在這裡，當有新的訊息的時候，next方法會最終返回這條訊息並從單連結串列中移除。

Handler

  1. 建構函式

    public Handler(Callback callback, boolean async) {

   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;
}
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    1. 首先獲取Looper物件，如果Looper物件為空，則丟擲異常，所以當我們在子執行緒中建立Handler的時候，首先要通過Looper.prepare()來建立子執行緒的Looper物件。
    2. 通過Looper獲取到MessageQueue

  2. 傳送訊息

    Handler的傳送訊息主要是post的方法和send的方法，而他們最終呼叫的都是：

    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);
}

private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
    msg.target = this;
    if (mAsynchronous) {
        msg.setAsynchronous(true);
    }
    return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}
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    Handler主要就是向訊息佇列中插入了一條訊息，這個時候MessageQueue就會呼叫插入的方法來插入訊息。

  3. 讀取訊息

    當Handler傳送訊息之後，MessageQueue就會通過next方法讀取出這個訊息，那麼Looper的loop就不會被阻塞住，取出訊息之後就呼叫了msg.target.dispatchMessage(msg)方法，最終交給Handler的dispatchMessage來執行。

    /**
* 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);
   }
}
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    1. 檢查Message的callback是否為空，不為空則通過handleCallback來處理，而callback就是通過post傳遞過來的Runnable物件。直接呼叫run方法執行。

      private static void handleCallback(Message message) {
    message.callback.run();
}
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    2. 檢查mCallback是否為空，不為空則呼叫mCallback.handleMessage方法處理訊息。而mCallback就是我們在建立Handler的時候傳遞過去的callback。

      public interface Callback {
    public boolean handleMessage(Message msg);
}
public Handler(Callback callback) {
    this(callback, false);
}
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    3. 呼叫handleMessage(msg)處理訊息。

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