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Handler 消息机制
首先看看在 Android 中，是怎么使用 Handler 往子线程发送消息的
代码语言：text复制var mHandler: Handler? = null
// 1. 开启子线程
Thread(Runnable {
// 2. 调用 prepare
Looper.prepare()
// 3. 实例化子线程 Hanlder
mHandler = Handler()
// 4. 开启消息循环
Looper.loop()
}).start()
Thread.sleep(1000)
// 5. 往子线程发送消息
mHandler?.post {
println(Thread.currentThread())
}- 使用 Handler 之前，需要在对应的线程中调用一下
Looper.prepare()方法。prepare()方法内部会判断当前线程中是否已经存在 Looper 对象，如果有会抛出RuntimeException异常，否则会给创建一个 Looper 对象，保存在 Looper 的 ThreadLocal 类中，这样可以保证一个线程只对应一个 Looper 实例。
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));
}- Looper 的构造方法中会实例化一个
MessageQueue消息队列
private Looper(boolean quitAllowed) {
mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
mThread = Thread.currentThread();
}- 调用了
Looper.prepare()之后, 我们就可以创建一个 Handler 实例，Handler 用与向线程发送消息和处理消息。实例化 Handler 时，Handler 构造方法支持传入 Looper 也可以不传，如果外部没有传入 Looper 会通过Looper.myLooper()判断当前的线程是否已经创建好 Looper，如果Looper.myLooper()为空，会抛出RuntimeException，如果有 Looper，则取出Looper.mQueue消息队列，赋值到Handler.mQueue中
// 隐式传入 Looper 的构造方法已经被废弃, Google 推荐显式传入 Looper, 这样可以避免使用了错误的线程造成意想不到的 bug
@Deprecated
public Handler(@Nullable Callback callback, boolean async) {
...
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;
}- 接下来调用
Looper.loop()方法开启消息队列循环，不断从MessageQueue中取出消息，然后调用Message.target.dispatchMessage()方法处理消息
public static void loop() {
final Looper me = myLooper();
if (me == null) {
throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
}
// ...
for (;;) {
if (!loopOnce(me, ident, thresholdOverride)) {
return;
}
}
}
private static boolean loopOnce(final Looper me,
final long ident, final int thresholdOverride) {
Message msg = me.mQueue.next(); // might block
if (msg == null) {
// No message indicates that the message queue is quitting.
return false;
}
// ...
msg.target.dispatchMessage(msg);
return true;
}Message.target实际上就是刚刚创建的 Handler，当loop()之后，我们就可以使用创建的 Handlerpost或者send消息，最终都会调用到sendMessageAtTime方法，在这个方法内将传入的Message.target赋值为 this，也就是当前 Handler，然后将 Message 加入消息队列。这样当消息被取出的时候就可以通过Message.target.dispatchMessage()方法分发消息了
public boolean sendMessageAtTime(@NonNull 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(@NonNull MessageQueue queue, @NonNull Message msg,
long uptimeMillis) {
msg.target = this;
msg.workSourceUid = ThreadLocalWorkSource.getUid();
if (mAsynchronous) {
msg.setAsynchronous(true);
}
return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}- 最终会走到 Handler 的
handleMessage方法内，我们在这里实现处理消息的逻辑
public void dispatchMessage(@NonNull Message msg) {
if (msg.callback != null) {
// 1. post runnable 或者 Message 带 callback 会走到这里来
handleCallback(msg);
} else {
// 2. 发送一个不带 callback 的 Message 会走到这里来
// 3. 如果实例化 Handler 的时候传了 callback, 就在 callback 中处理消息
if (mCallback != null) {
// 4. 如果 Handler 构造时传入的 callback 处理完消息返回了 true, 则消息处理完毕
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
}
}
// 5. 如果 Handler 构造时传入的 callback 处理完消息返回了 false, 则消息继续交给 Handler 子类实现的 handleMessage 处理
// 6. Hanlder 默认的 handleMessage 是空实现
handleMessage(msg);
}
}总结
- 初始化 Looper，给当前线程实例化一个 Looper，Looper 中包含一个消息队列
MessageQueue - 创建 Handler 实例，Handler 获取当前线程的 Looper 以及 Looper 中的消息队列
MessageQueue作为自己的成员变量，以便后续往消息队列中发送消息 - 调用
Looper.loop()方法开启消息循环，不断读取队列中的消息，然后执行消息
延迟消息实现原理
- 消息入队的时候，
enqueueMessage的逻辑会根据 Message 的执行时间 Message.when 按大小排序，队头 when 小，队尾 when 大，然后判断线程是否休眠，如果是，则调用 native 方法nativeWake唤醒线程 - loop 取出下一条消息，判断 when 是否到了执行时间，如果是，则执行，否则调用 native 方法
nativePollOnce让线程休眠指定时间，when - 当前时间 得到 message 执行的时间
举个例子
postDelay()一个 10 秒钟的 Runnable A、消息进队，MessageQueue 调用nativePollOnce()阻塞，Looper阻塞；- 紧接着
post()一个 Runnable B、消息进队，判断现在 A 时间还没到、正在阻塞，把 B 插入消息队列的头部（A的前面），然后调用nativeWake()方法唤醒线程； MessageQueue.next()方法被唤醒后，重新开始读取消息链表，第一个消息 B 无延时，直接返回给 Looper；- Looper 处理完这个消息再次调用
next()方法，MessageQueue 继续读取消息链表，第二个消息 A 还没到时间，计算一下剩余时间（假如还剩9秒）继续调用nativePollOnce()阻塞； - 直到阻塞时间到或者下一次有 Message 进队
Message 的复用机制
代码语言：java复制public static Message obtain() {
synchronized (sPoolSync) {
if (sPool != null) {
Message m = sPool;
sPool = m.next;
m.next = null;
m.flags = 0; // clear in-use flag
sPoolSize--;
return m;
}
}
return new Message();
}这里对 Message 的复用做了同步处理，如果 Message 池不为空，将 sPool 指针后移一个，将原来的头结点 m 返回，同时计数减 1。这是非常熟悉的单链表操作。如果没有可以复用的，那么就创建一个新的 Message。其他的obtain方法的重载都会调用此方法，然后将传入参数重新赋值。
回收
代码语言：java复制private static boolean gCheckRecycle = true;
/** @hide */
public static void updateCheckRecycle(int targetSdkVersion) {
if (targetSdkVersion < Build.VERSION_CODES.LOLLIPOP) {
gCheckRecycle = false;
}
}
/**
* Return a Message instance to the global pool.
* <p>
* You MUST NOT touch the Message after calling this function because it has
* effectively been freed. It is an error to recycle a message that is currently
* enqueued or that is in the process of being delivered to a Handler.
* </p>
*/
public void recycle() {
if (isInUse()) {
if (gCheckRecycle) {
throw new IllegalStateException("This message cannot be recycled because it "
"is still in use.");
}
return;
}
recycleUnchecked();
}
/**
* Recycles a Message that may be in-use.
* Used internally by the MessageQueue and Looper when disposing of queued Messages.
*/
void recycleUnchecked() {
// Mark the message as in use while it remains in the recycled object pool.
// Clear out all other details.
flags = FLAG_IN_USE;
what = 0;
arg1 = 0;
arg2 = 0;
obj = null;
replyTo = null;
sendingUid = -1;
when = 0;
target = null;
callback = null;
data = null;
synchronized (sPoolSync) {
if (sPoolSize < MAX_POOL_SIZE) {
next = sPool;
sPool = this;
sPoolSize ;
}
}
}- 回收操作会由 recycle 方法调用 recycleUnchecked 方法。
- recycleUnchecked 方法将会清除除了标记位之后的所有信息，然后添加到 Message 池中，计数自增。
- 如果 Message 的 flags 为 FLAG_IN_USE，recycle 会 return，而不会执行 recycleUnchecked。也就是说 Message 在 obtain 时标志位会复位，然后如果其要被回收，第一次走 recycle 方法时，isInUse() 返回 false，这使得 recycleUnchecked 可以执行，此后标志位会变成FLAG_IN_USE。在 Message 没有重新 obtain 之前，继续执行 recycle 将不会执行recycleUnchecked 。这就保证了Message池中的对象都是不同的。
同步屏障
Message 分为三种
- 普通消息，我们平时使用最多的也是同步消息
- 异步消息，设置
Message#setAsynchronous为 true - 同步屏障，target 为空
在没有设置同步屏障时，普通消息和异步消息没有不同，设置同步屏障之后，同步屏障之前的消息正常执行，同步屏障之后的所有同步消息不能执行，异步消息会优先执行；
同步屏障需要手动移除，同步屏障如果一直不移除，当所有异步消息执行完之后，线程会被挂起。
同步屏障一般是系统行为，我们无法手动调用，除非反射；Android 中 View 的绘制任务就是通过发送同步屏障和异步消息的方式实现的。
代码语言：java复制nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);
synchronized (this) {
// Try to retrieve the next message. Return if found.
final long now = SystemClock.uptimeMillis();
// 指向前一个message
Message prevMsg = null;
// 初始时指向第一个message
Message msg = mMessages;
// 1 msg.target == null说明遇到消息屏障
if (msg != null && msg.target == null) {
// 能进入这个if，说明此时的msg是屏障消息
// 循环遍历，退出循环的条件是，message到末尾了，或者
// msg是异步消息
do {
prevMsg = msg;
msg = msg.next;
} while (msg != null && !msg.isAsynchronous());
}主线程的 Thread 是什么时候创建的
实际上 Android 主线程（UI 线程）并不是通过显式实例化 Thread 然后调用 start() 实现的。应用启动时，zygote 进程 fork 出应用进程的时候，这个进程的入口点就是主线程，可以理解为每个进程都有一个默认线程，这个默认线程就是主线程。fork 出 应用进程之后，会调用 ActivityThread.main() 方法，此时 main 方法就是跑在主线程的，然后这里调用 Looper.prepareMainLooper() 以及 Looper.loop() 方法。所以这也是为什么在主线程中可以直接实例化 Handler 的原因。
// 这个方法是专门为主线程用的，手动再调用一次会抛异常
@Deprecated
public static void prepareMainLooper() {
prepare(false);
synchronized (Looper.class) {
if (sMainLooper != null) {
throw new IllegalStateException("The main Looper has already been prepared.");
}
sMainLooper = myLooper();
}
}looper 是怎么退出的
从 loop 方法的实现中可以看到，当消息队列 next 返回空的时候，会退出循环。通过调用 Looper 实例的 quit() 或者 quitSafely() 可以实现将循环退出，方法会设置消息队列的退出标志，并添加一个空消息到消息队列中。再下一次执行 next() 方法的时候，决定是否要终止循环。同时主线程循环不可以通过调用 quit 或者 quitSafely 退出的，这是因为这两个方法最终会调用到 MessageQueue 的 quit 方法中，这里会判断如果 mQuitAllowed 为 false 的时候，会抛出异常。而 mQuitAllowed 是在创建 MessageQueue 的时候传入的，主线程的 Looper.prepareMainLooper 内调用 prepare 传参传入的是 false，所以主线程不支持退出循环，当应用进程 kill 的时候循环停止。而我们自己创建的工作线程，我们调用的是 Looper.prepare，内部传参是 true，所以工作线程支持退出循环。
// 给子线程调用的
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));
}
// 给主线程调用的
public static void prepareMainLooper() {
prepare(false);
synchronized (Looper.class) {
if (sMainLooper != null) {
throw new IllegalStateException("The main Looper has already been prepared.");
}
sMainLooper = myLooper();
}
}quit 和 quitSafely 区别和原理
最终会调用到 MessageQueue 的 quit 方法
void quit(boolean safe) {
if (!mQuitAllowed) {
throw new IllegalStateException("Main thread not allowed to quit.");
}
synchronized (this) {
if (mQuitting) {
return;
}
mQuitting = true;
if (safe) {
removeAllFutureMessagesLocked();
} else {
removeAllMessagesLocked();
}
// We can assume mPtr != 0 because mQuitting was previously false.
nativeWake(mPtr);
}
}
private void removeAllMessagesLocked() {
Message p = mMessages;
while (p != null) {
Message n = p.next;
p.recycleUnchecked();
p = n;
}
mMessages = null;
}
private void removeAllFutureMessagesLocked() {
final long now = SystemClock.uptimeMillis();
Message p = mMessages;
if (p != null) {
if (p.when > now) {
removeAllMessagesLocked();
} else {
Message n;
for (;;) {
n = p.next;
if (n == null) {
return;
}
if (n.when > now) {
break;
}
p = n;
}
p.next = null;
do {
p = n;
n = p.next;
p.recycleUnchecked();
} while (n != null);
}
}
}从源码上来看，quit() 和 quitSafely() 都是在下一次消息出队的时候决定是否终止循环，正在处理中的消息不会被终止，区别就是
quit()不会继续处理消息队列中的任何剩余消息。这意味着，如果消息队列中还有未处理的消息，它们将被丢弃，不会得到处理。因此，quit()方法可能会导致消息丢失和资源泄漏quitSafely()会在处理完消息队列中所有延迟为 0 的剩余消息后退出消息循环。这意味着，如果消息队列中还有未处理的消息，只要它们的延迟时间为 0，quitSafely()方法会确保它们被处理。这样，quitSafely()方法可以避免消息丢失和资源泄漏
调用 quit 方法之后，MessageQueue 中的 mQuitAllowed 会置为 true, 后续调用 sendMessage 都会返回 false
boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
if (msg.target == null) {
throw new IllegalArgumentException("Message must have a target.");
}
synchronized (this) {
if (msg.isInUse()) {
throw new IllegalStateException(msg " This message is already in use.");
}
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;
}
// ...
}当消息队列中没有更多消息的时候，会发生什么？
当前线程会阻塞在 loop() 里面的 mQueue.next() 方法中，MessageQueue 的 next() 方法中也有一个死循环，没有更多消息的时候，会阻塞在这个循环里面。这里不是简单的死循环，所以阻塞不会消耗太大的资源，无消息的时候线程会进入休眠状态，CPU 资源会被释放给其他线程使用；当有新消息的时候，线程会被唤醒，继续执行 loop
Message next() {
// Return here if the message loop has already quit and been disposed.
// This can happen if the application tries to restart a looper after quit
// which is not supported.
final long ptr = mPtr;
if (ptr == 0) {
return null;
}
int pendingIdleHandlerCount = -1; // -1 only during first iteration
int nextPollTimeoutMillis = 0;
for (;;) {
if (nextPollTimeoutMillis != 0) {
Binder.flushPendingCommands();
}
nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);
synchronized (this) {
// Try to retrieve the next message. Return if found.
final long now = SystemClock.uptimeMillis();
Message prevMsg = null;
Message msg = mMessages;
if (msg != null && msg.target == null) {
// Stalled by a barrier. Find the next asynchronous message in the queue.
do {
prevMsg = msg;
msg = msg.next;
} while (msg != null && !msg.isAsynchronous());
}
if (msg != null) {
if (now < msg.when) {
// Next message is not ready. Set a timeout to wake up when it is ready.
nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE);
} else {
// Got a message.
mBlocked = false;
if (prevMsg != null) {
prevMsg.next = msg.next;
} else {
mMessages = msg.next;
}
msg.next = null;
if (DEBUG) Log.v(TAG, "Returning message: " msg);
msg.markInUse();
return msg;
}
} else {
// No more messages.
nextPollTimeoutMillis = -1;
}
// Process the quit message now that all pending messages have been handled.
if (mQuitting) {
dispose();
return null;
}
// If first time idle, then get the number of idlers to run.
// Idle handles only run if the queue is empty or if the first message
// in the queue (possibly a barrier) is due to be handled in the future.
if (pendingIdleHandlerCount < 0
&& (mMessages == null || now < mMessages.when)) {
pendingIdleHandlerCount = mIdleHandlers.size();
}
if (pendingIdleHandlerCount <= 0) {
// No idle handlers to run. Loop and wait some more.
mBlocked = true;
continue;
}
if (mPendingIdleHandlers == null) {
mPendingIdleHandlers = new IdleHandler[Math.max(pendingIdleHandlerCount, 4)];
}
mPendingIdleHandlers = mIdleHandlers.toArray(mPendingIdleHandlers);
}
// Run the idle handlers.
// We only ever reach this code block during the first iteration.
for (int i = 0; i < pendingIdleHandlerCount; i ) {
final IdleHandler idler = mPendingIdleHandlers[i];
mPendingIdleHandlers[i] = null; // release the reference to the handler
boolean keep = false;
try {
keep = idler.queueIdle();
} catch (Throwable t) {
Log.wtf(TAG, "IdleHandler threw exception", t);
}
if (!keep) {
synchronized (this) {
mIdleHandlers.remove(idler);
}
}
}
// Reset the idle handler count to 0 so we do not run them again.
pendingIdleHandlerCount = 0;
// While calling an idle handler, a new message could have been delivered
// so go back and look again for a pending message without waiting.
nextPollTimeoutMillis = 0;
}
}当线程没有更多消息的时候，称为 idle 态，这个时候会回调 IdleHandler 的 queueIdle 方法，我们可以通过 Looper.myQueue().addIdleHandler { } 来添加一个对当前线程是否空闲的监听，来处理那些我们希望线程空闲时才处理的逻辑
queueIdle 实现的时候返回 true，则可以监听下一次空闲，如果返回 false，这一次回到之后，MessageQueue 就会把这个监听从列表中删除，下一次空闲就监听不到了。
为什么 View.post() 可以拿到宽高？
代码语言：java复制 public boolean post(Runnable action) {
final AttachInfo attachInfo = mAttachInfo;
if (attachInfo != null) {
return attachInfo.mHandler.post(action);
}
// Postpone the runnable until we know on which thread it needs to run.
// Assume that the runnable will be successfully placed after attach.
getRunQueue().post(action);
return true;
}可以看到这里有两个分支，当 attachInfo 不为空的时候走 attachInfo.mHandler.post(action)；否则走 getRunQueue().post(action)
attachInfo 是什么
通过对源码 View 搜索，可以知道 attachInfo 赋值的时机有两个：attachToWindow 赋值；detachedFromWindow 置为空
而 dispatchAttachedToWindow() 是从 ViewRootImpl 的 performTraversals() 中调过来的
private void performTraversals() {
// cache mView since it is used so much below...
final View host = mView;
// ...
host.dispatchAttachedToWindow(mAttachInfo, 0);
//...
performMeasure(childWidthMeasureSpec, childHeightMeasureSpec);//执行测量
performLayout(lp, mWidth, mHeight);//执行布局
performDraw();//执行绘制
}所以我们可以知道，attachInfo 在 performTraversals() 执行之后就不为空了，而 performTraversals() 本身是运行在一个 Message 流程中的（详见《从桌面点击图标到应用界面展示》），虽然 dispatchAttachedToWindow 调用在 performMeasure() 之前，但是我们在 post() 里面用的是 attachInfo.mHandler.post(action)，其中 mHandler 就是主线程 Handler；这相当于我们在一个 Message 被 handle 的时候 post 了另外一个 Runnable，后者必然在前者执行完毕之后才能得到执行，因此 View.post {} 就能拿到宽高了。
attachInfo 不为空时
前面已经解释过，attachInfo 不为空的时候，代表 View 的 measure、layout、draw 正在执行，或者已经执行完了，此时通过 attachInfo.mHandler.post(action) 再往主线程 post 一个任务，必然能拿到宽高
attachInfo 为空时
当 attachInfo 为空的时候，执行的是 getRunQueue().post(action)，getRunQueue 是什么呢？搜索 View 的源码，我们发现，这是一个任务队列，post(action) 即往这个队列中加入一个任务，在 View dispatchAttachedToWindow() 的执行执行这个任务队列中的任务
void dispatchAttachedToWindow(AttachInfo info, int visibility) {
mAttachInfo = info;
//...
// Transfer all pending runnables.
if (mRunQueue != null) {
mRunQueue.executeActions(info.mHandler);
mRunQueue = null;
}
//...
onAttachedToWindow();
//...
}executeActions 就是把任务 post 到主线程处理
public class HandlerActionQueue {
private HandlerAction[] mActions;
private int mCount;
public void post(Runnable action) {
postDelayed(action, 0);
}
public void postDelayed(Runnable action, long delayMillis) {
final HandlerAction handlerAction = new HandlerAction(action, delayMillis);
synchronized (this) {
if (mActions == null) {
mActions = new HandlerAction[4];
}
mActions = GrowingArrayUtils.append(mActions, mCount, handlerAction);
mCount ;
}
}
//...
public void executeActions(Handler handler) {
synchronized (this) {
final HandlerAction[] actions = mActions;
for (int i = 0, count = mCount; i < count; i ) {
final HandlerAction handlerAction = actions[i];
handler.postDelayed(handlerAction.action, handlerAction.delay);
}
mActions = null;
mCount = 0;
}
}
//...
}总的来说当 attachInfo 为空的时候，就是把任务先缓存启动，等到 attachInfo 被赋值的时候，也就是 attachToWindow 的时候再 post 到主线程执行，因此也能保证可以拿到宽高
