Android Handler原理詳解

簡介

在 Android 中，只有主執行緒才能操作 UI，但是主執行緒不能進行耗時操作，否則會阻塞執行緒，產生 ANR 異常，所以常常把耗時操作放到其它子執行緒進行。如果在子執行緒中需要更新 UI，一般是通過 Handler 傳送訊息，主執行緒接受訊息並且進行相應的邏輯處理。除了直接使用 Handler，還可以通過 View 的 post 方法以及 Activity 的 runOnUiThread 方法來更新 UI，它們內部也是利用了 Handler。在上一篇文章 Android AsyncTask原始碼分析 中也講到，其內部使用了 Handler 把任務的處理結果傳回 UI 執行緒。

本文深入分析 Android 的訊息處理機制，瞭解 Handler 的工作原理。

Handler

先通過一個例子看一下 Handler 的用法。

public class MainActivity extends AppCompatActivity {
    private static final int MESSAGE_TEXT_VIEW = 0;

    private TextView mTextView;
    private Handler mHandler = new Handler() {
        @Override
        public void handleMessage(Message msg) {
            switch (msg.what) {
                case MESSAGE_TEXT_VIEW:
                    mTextView.setText("UI成功更新");
                default:
                    super.handleMessage(msg);
            }
        }
    };

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        Toolbar toolbar = (Toolbar) findViewById(R.id.toolbar);
        setSupportActionBar(toolbar);

        mTextView = (TextView) findViewById(R.id.text_view);

        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    Thread.sleep(3000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                mHandler.obtainMessage(MESSAGE_TEXT_VIEW).sendToTarget();
            }
        }).start();

    }
}

上面的程式碼先是新建了一個 Handler的例項，並且重寫了 handleMessage 方法，在這個方法裡，便是根據接受到的訊息的型別進行相應的 UI 更新。那麼看一下 Handler的構造方法的原始碼:

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 that has not called Looper.prepare()");
    }
    mQueue = mLooper.mQueue;
    mCallback = callback;
    mAsynchronous = async;
}

在構造方法中，通過呼叫 Looper.myLooper() 獲得了 Looper 物件。如果 mLooper 為空，那麼會丟擲異常：”Can’t create handler inside thread that has not called Looper.prepare()”，意思是：不能在未呼叫 Looper.prepare() 的執行緒建立 handler。上面的例子並沒有呼叫這個方法，但是卻沒有丟擲異常。其實是因為主執行緒在啟動的時候已經幫我們呼叫過了，所以可以直接建立 Handler 。如果是在其它子執行緒，直接建立 Handler 是會導致應用崩潰的。

在得到 Handler 之後，又獲取了它的內部變數 mQueue， 這是 MessageQueue 物件，也就是訊息佇列，用於儲存 Handler 傳送的訊息。

到此，Android 訊息機制的三個重要角色全部出現了，分別是 Handler 、Looper 以及 MessageQueue。 一般在程式碼我們接觸比較多的是 Handler ，但 Looper 與 MessageQueue 卻是 Handler 執行時不可或缺的。

Looper

上一節分析了 Handler 的構造，其中呼叫了 Looper.myLooper() 方法，下面是它的原始碼：

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

public static @Nullable Looper myLooper() {
    return sThreadLocal.get();
}

這個方法的程式碼很簡單，就是從 sThreadLocal 中獲取 Looper 物件。sThreadLocal 是 ThreadLocal 物件，這說明 Looper 是執行緒獨立的。

在 Handler 的構造中，從丟擲的異常可知，每個執行緒想要獲得 Looper 需要呼叫 prepare() 方法，繼續看它的程式碼：

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));
}

同樣很簡單，就是給 sThreadLocal 設定一個 Looper。不過需要注意的是如果 sThreadLocal 已經設定過了，那麼會丟擲異常，也就是說一個執行緒只會有一個 Looper。建立 Looper 的時候，內部會建立一個訊息佇列：

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

現在的問題是， Looper看上去很重要的樣子，它到底是幹嘛的？
回答： Looper 開啟訊息迴圈系統，不斷從訊息佇列 MessageQueue 取出訊息交由 Handler 處理。

為什麼這樣說呢，看一下 Looper 的 loop方法：

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;

    // Make sure the identity of this thread is that of the local process,
    // and keep track of what that identity token actually is.
    Binder.clearCallingIdentity();
    final long ident = Binder.clearCallingIdentity();

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

        // This must be in a local variable, in case a UI event sets the logger
        Printer logging = me.mLogging;
        if (logging != null) {
            logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " +
                    msg.callback + ": " + msg.what);
        }

        msg.target.dispatchMessage(msg);

        if (logging != null) {
            logging.println("<<<<< Finished to " + msg.target + " " + msg.callback);
        }

        // Make sure that during the course of dispatching the
        // identity of the thread wasn't corrupted.
        final long newIdent = Binder.clearCallingIdentity();
        if (ident != newIdent) {
            Log.wtf(TAG, "Thread identity changed from 0x"+ Long.toHexString(ident) + " to 0x"+ Long.toHexString(newIdent) + " while dispatching to "+ msg.target.getClass().getName() + " "+ msg.callback + " what=" + msg.what);
        }

        msg.recycleUnchecked();
    }
}

這個方法的程式碼有點長，不去追究細節，只看整體邏輯。可以看出，在這個方法內部有個死迴圈，裡面通過 MessageQueue 的next() 方法獲取下一條訊息，沒有獲取到會阻塞。如果成功獲取新訊息，便呼叫msg.target.dispatchMessage(msg)，msg.target是 Handler 物件(下一節會看到)，dispatchMessage 則是分發訊息(此時已經執行在 UI 執行緒)，下面分析訊息的傳送及處理流程。

訊息傳送與處理

在子執行緒傳送訊息時，是呼叫一系列的 sendMessage、sendMessageDelayed 以及 sendMessageAtTime 等方法，最終會輾轉呼叫sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis)，程式碼如下：

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);
}

這個方法就是呼叫 enqueueMessage 在訊息佇列中插入一條訊息，在 enqueueMessage總中，會把 msg.target 設定為當前的Handler 物件。

訊息插入訊息佇列後， Looper 負責從佇列中取出，然後呼叫 Handler 的 dispatchMessage 方法。接下來看看這個方法是怎麼處理訊息的：

public void dispatchMessage(Message msg) {
    if (msg.callback != null) {
        handleCallback(msg);
    } else {
        if (mCallback != null) {
            if (mCallback.handleMessage(msg)) {
                return;
            }
        }
        handleMessage(msg);
    }
}

首先，如果訊息的 callback 不是空，便呼叫 handleCallback 處理。否則判斷 Handler 的 mCallback 是否為空，不為空則呼叫它的 handleMessage方法。如果仍然為空，才呼叫 Handler 自身的 handleMessage，也就是我們建立 Handler 時重寫的方法。

如果傳送訊息時呼叫 Handler 的 post(Runnable r)方法，會把 Runnable封裝到訊息物件的 callback，然後呼叫sendMessageDelayed，相關程式碼如下：

public final boolean post(Runnable r)
{
   return  sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);
}
private static Message getPostMessage(Runnable r) {
    Message m = Message.obtain();
    m.callback = r;
    return m;
}

此時在 dispatchMessage中便會呼叫 handleCallback進行處理：

private static void handleCallback(Message message) {
    message.callback.run();
}

可以看到是直接呼叫了 run 方法處理訊息。

如果在建立 Handler時，直接提供一個 Callback 物件，訊息就交給這個物件的 handleMessage 方法處理。Callback 是 Handler內部的一個介面：

public interface Callback {
    public boolean handleMessage(Message msg);
}

以上便是訊息傳送與處理的流程，傳送時是在子執行緒，但處理時 dispatchMessage 方法執行在主執行緒。

總結

至此，Android訊息處理機制的原理就分析結束了。現在可以知道，訊息處理是通過 Handler 、Looper 以及 MessageQueue共同完成。 Handler 負責傳送以及處理訊息，Looper 建立訊息佇列並不斷從佇列中取出訊息交給 Handler， MessageQueue 則用於儲存訊息。