Android Handler機制理解

張朝旭發表於2017-11-08

1.何謂Handler機制?

一般來說,當你的應用被建立的時候,會建立一條應用的主執行緒。因為效率的考慮,所有的View和Widget都不是執行緒安全的,所以相關操作強制放在同一個執行緒,這樣就可以避免多執行緒帶來的問題。這個執行緒就是主執行緒,也即UI執行緒。

當然,你可以建立自己的執行緒去做操作,但如何應用的主執行緒通訊呢。那就要使用到Handler機制了。如果你將一個Handler和你的UI執行緒連線,處理訊息的程式碼就將會在UI執行緒中執行。新執行緒和UI執行緒的通訊是通過從你的新執行緒呼叫和主執行緒相關的Handler物件的相關方法實現的。

那接下來就要介紹一下這個訊息通訊機制Handler,涉及到三個主要的類:Looper,Handler和Message類。

2.Looper

重點方法為:prepare()和loop()
Looper#prepare():

private static final ThreadLocal sThreadLocal = new ThreadLocal(); 
public static final void prepare() {  
      if (sThreadLocal.get() != null) {  
         throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");  
      }  
      sThreadLocal.set(new Looper()); 
}複製程式碼

解釋:首先它建立了一個ThreadLocal物件,它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中儲存資料。然後在prepare方法中將looper儲存線上程裡面。

Looper#Looper():

private Looper(boolean quitAllowed) {  
     mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);  
     mRun = true;  
     mThread = Thread.currentThread();  
}複製程式碼

而在構造方法中,Looper建立了一個MessageQueue,雖然是叫queue但其實內部實現是一個單連結串列。

Looper#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;  
        // 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();  
        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.recycle();  
        }  

        public static Looper myLooper() {
              return sThreadLocal.get();
        }
}複製程式碼

解釋:方法直接返回了前面sThreadLocal儲存的Looper例項,如果me為null則丟擲異常,也就是說looper方法必須在prepare方法之後執行。拿到該looper例項中的mQueue即訊息佇列後進入了無限迴圈,不斷從佇列中取出一條訊息,如果沒有訊息則阻塞。如果取得訊息使用呼叫msg.target.dispatchMessage(msg);把訊息交給msg的target的dispatchMessage方法去處理。而msg的target是什麼呢?其實就是前面講到的handler物件,最後會釋放訊息佔據的資源。

Looper類總結:
1.與當前執行緒繫結,保證一個執行緒只會有一個Looper例項,同時一個Looper例項也只有一個MessageQueue。
2.loop()方法,不斷從MessageQueue中去取訊息,交給message的target的dispatchMessage去處理。

接下來就要講傳送訊息的物件了,這個物件就是Handler。

3.Handler

主要作用是將一個任務切換到某個指定的執行緒中去執行,同時為了解決在子執行緒中無法訪問UI的矛盾。

所以我們首先看Handler的構造方法,看其如何與MessageQueue聯絡上的。

Handler#Handler():

public Handler() {  
        this(null, false);  
}  
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;  
}複製程式碼

解釋:在構造的時候會檢查當前的Handler是否為靜態類,不是靜態宣告的話會列印Log,提示會有記憶體洩漏現象的產生,然後通過Looper.myLooper()方法獲取到當前執行緒的Looper例項(mLooper)並進一步獲取到當前執行緒的訊息佇列(mQueue),這樣就保證了handler的例項與我們Looper例項中MessageQueue關聯上了。

使用的時候我們會經常使用到sendMessage方法,我們來看看原始碼實現:

public final boolean sendMessage(Message msg)  {  
     return sendMessageDelayed(msg, 0);  
 }
public final boolean sendEmptyMessageDelayed(int what, long delayMillis) {  
     Message msg = Message.obtain();  
     msg.what = what;  
     return sendMessageDelayed(msg, delayMillis);  
 } 
public final boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis) {  
       if (delayMillis < 0) {  
           delayMillis = 0;  
       }  
       return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis);  
}  
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);  
}複製程式碼

一路跳到最後的enqueueMessage方法,enqueueMessage中首先為msg.target賦值為this,因為Looper中的loop方法會取出每個msg然後交給msg,target.dispatchMessage(msg)去處理訊息,也就是把當前的handler作為msg的target屬性。最終會呼叫queue的enqueueMessage的方法,儲存到訊息佇列中去。

現在已經很清楚了Looper會呼叫prepare()和loop()方法,在當前執行的執行緒中儲存一個Looper例項,這個例項會儲存一個MessageQueue物件,然後當前執行緒進入一個無限迴圈中去,不斷從MessageQueue中讀取Handler發來的訊息。然後再回撥建立這個訊息的handler中的dispatchMessage方法。
Handler#dispatchMessage():

public void dispatchMessage(Message msg) {  
        if (msg.callback != null) { 
            // 如果message設定了callback,即runnable訊息,處理callback!
            handleCallback(msg);  // 並直接呼叫callback的run方法!
        } else { 
            // 如果handler本身設定了callback,則執行callback 
            if (mCallback != null) {  
                if (mCallback.handleMessage(msg)) {  
                    return;  
                }  
            }
            // 如果message沒有callback,則呼叫handler的鉤子方法handleMessage
            handleMessage(msg);  
        }  
}複製程式碼

幾個變數和方法的解釋:
1.callback:message攜帶的Runnable物件,實際上就是Handler的post方法所傳遞的Runnable引數。

我們來看一下Handler的post方法原始碼實現:

mHandler.post(new Runnable()  {  
        @Override  
        public void run()  {  
            // code  
        }  
});複製程式碼

其實這個Runnable並沒有建立什麼執行緒,而是傳送了一條訊息:

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;  
}複製程式碼

在getPostMessage中,得到了一個Message物件,然後將我們建立的Runable物件作為callback屬性,賦值給了此message。
注意:產生一個Message物件,可以new,也可以使用Message.obtain()方法;兩者都可以,但是更建議使用obtain方法,因為Message內部維護了一個Message池用於Message的複用,避免使用new重新分配記憶體。

2.mCallback:可通過Handler handler = new Handler(callback); 可以用來建立一個Handler例項但不需要派生Handler子類。它可用來攔截訊息!當mCallback的handleMessage返回true的時候可以攔截訊息,具體的邏輯看上面的程式碼很容易理解!

3.handleMessage(msg):它是一個空方法,為什麼呢,因為訊息的最終回撥是由我們控制的,我們在建立handler的時候都是複寫handleMessage方法,然後根據msg.what進行訊息處理。

到此,這個流程已經解釋完畢,總結一下:
1.首先Looper.prepare()在本執行緒中儲存一個Looper例項,然後該例項中儲存一個MessageQueue物件;因為Looper.prepare()在一個執行緒中只能呼叫一次,所以MessageQueue在一個執行緒中只會存在一個。
2.Looper.loop()會讓當前執行緒進入一個無限迴圈,不端從MessageQueue的例項中讀取訊息,然後回撥msg.target.dispatchMessage(msg)方法。
3.Handler的構造方法,會首先得到當前執行緒中儲存的Looper例項,進而與MessageQueue相關聯。
4.Handler的sendMessage方法,會給msg的target賦值為handler自身,然後加入MessageQueue中。
5.在構造Handler例項時,我們會重寫handleMessage方法,也就是msg.target.dispatchMessage(msg)。
6.在Activity中,我們並沒有顯示的呼叫Looper.prepare()和Looper.loop()方法,是因為在Activity的啟動程式碼中,已經在當前UI執行緒呼叫了Looper.prepare()和Looper.loop()方法。

下面是個人認為在 Activity 中一個合格的 Handler 該有的樣子:

private static class MyHandler extends Handler {
        private WeakReference<CustomActivity> activityWeakReference;
        public MyHandler(CustomActivity activity) {
            activityWeakReference = new WeakReference<CustomActivity>(activity);
        }
        @Override
        public void handleMessage(Message msg) {
            CustomActivity activtiy = activityWeakReference.get();
            if (activity != null) {
                  // code               
            }
        }
}複製程式碼

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