Handler消息机制

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要想说清楚Handler消息机制原理,先得搞清楚消息机制中的几个类,以及它们的关系

public class Handler
public final class Looper
public final class MessageQueue
public final class Message implements Parcelable

先说说Looper类,它有一个静态变量sThreadLocal和myLooper()的静态函数

static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();
public static @Nullable Looper myLooper() {
        return sThreadLocal.get();
    }
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));
    }

sThreadLocal对象为线程局部对象,简单来说通过它的get函数每个不同的线程都会获取到唯一的对象为T类型的变量,这里面T的类型为Looper类型,所以每个Thread里面通过sThreadLocal的get函数都能获取到唯一的Looper变量。ThreadLocal的原理是什么,就是根据ThreadLocalMap进行保存值,而ThreadLocalMap对象又保存在Thread中。
言规正传,通过以上的分析我们知道了Looper调用myLooper()就是获取到当前Thread的Looper对象(在第一次调用myLooper()之前需要先调用prepare())。
Looper类里面有一个类型为MessageQueue的成员变量mQueue

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

在讲MessageQueue之前,先说说Message,Message也是我们常用的,经常通过obtain获取Message

public final class Message implements Parcelable {
    
    public int what;
    public int arg1; 
    public int arg2;
    public Object obj;

    public Messenger replyTo;
    public int sendingUid = -1;
    /*package*/ long when;
    /*package*/ Bundle data;
    /*package*/ Handler target;
    /*package*/ Runnable callback;
    
    // sometimes we store linked lists of these things
    /*package*/ Message next;
}

Message中有一个重要的指向下一个Message的next引用。这就很像数据结构中的单链表的节点。实际上Message存储在MessageQueue中就是以单链表的形式保存的,同时也是有序的。以Message中的long when的大小进行从小到大排序。
同时还要一个Handler target对象,表示该消息最终由哪个Handler处理。
现在来说MessageQueue,MessageQueue中有两个重要的函数enqueueMessage()和next(),enqueueMessage是向消息队列中插入一条消息,以when的大小进行从小到大的有序插入。

boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
        if (msg.target == null) {
            throw new IllegalArgumentException("Message must have a target.");
        }
        if (msg.isInUse()) {
            throw new IllegalStateException(msg + " This message is already in use.");
        }

        synchronized (this) {
            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;
            }

            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.
//如果mMessages消息为空,或者when为0或者when小于mMessages的when,插入在表头
                msg.next = p;
                mMessages = msg;
                needWake = mBlocked;
            } else {
                // Inserted within the middle of the queue.  Usually we don't have to wake
                // up the event queue unless there is a barrier at the head of the queue
                // and the message is the earliest asynchronous message in the queue.
                needWake = mBlocked && p.target == null && msg.isAsynchronous();
                Message prev;
//否则找到一个时间大于when的Message的前面插入
                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;
    }

很简单,以when为大小,有序插入到mMessages为表头的链表中。
next()函数就更简单了,取出mMessages表头中的消息,如果当前时间小于表头Message时间,则先等待msg.when-currentTime时间,然后取出表头消息。

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;
                }
            nextPollTimeoutMillis = 0;
        }
    }

如其名MessageQueue就是一个消息队列的数据结构,里面有插入,查询,删除等操作。
那么又是谁在使用MessageQueue呢,当时是Handler了。我们经常用到的Handler里的sendMessage最终就是调用MessageQueue的enqueueMessage函数,向队列中插入一条消息。

public final boolean sendMessage(Message msg)
    {
        return sendMessageDelayed(msg, 0);
    }
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;//注意这句,将发送消息的Handler赋值给Message对象,在Looper循环的时候就能找到对应的Handler处理消息
        if (mAsynchronous) {
            msg.setAsynchronous(true);
        }
        return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
    }

Handler中的mQueue对象是一个MessageQueue类型,它是谁赋值的呢

final Looper mLooper;
final MessageQueue mQueue;
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;
    }

可以看到它引用的是Looper里面的mQueue。
这里我们可以总结下,一个Thread里面只有一个Looper,主线程的Looper就是sMainLooper。每个Looper里面有一个MessageQueue。一个Thread里面Handler可以有很多个实例对象,可以new很多个。但是它们最终指向的Looper对象只会有一个,MessageQueue也只会有一个。所有通过Handler发送的消息,最终都是插入到当前Thread对应的Looper中的MessageQueue中,且以时间进行排序。
那么最后来看看Looper的消息循环

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 (;;) {
//调用MessageQueue的next()函数获取到Message
            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
            final Printer logging = me.mLogging;
            if (logging != null) {
                logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " +
                        msg.callback + ": " + msg.what);
            }

            final long traceTag = me.mTraceTag;
            if (traceTag != 0 && Trace.isTagEnabled(traceTag)) {
                Trace.traceBegin(traceTag, msg.target.getTraceName(msg));
            }
            try {
//然后将msg丢给msg里面的Handler对象进行处理。
                msg.target.dispatchMessage(msg);
            } finally {
                if (traceTag != 0) {
                    Trace.traceEnd(traceTag);
                }
            }

            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();
        }
    }

loop里面就很简单了,调用MessageQueue的next()函数获取到Message,然后将msg丢给msg里面的Handler对象进行处理。这样消息就最终回到了Handler处理,我们来看看Handler的dispatchMessage

public void dispatchMessage(Message msg) {
        if (msg.callback != null) {
            handleCallback(msg);
        } else {
            //如果Handler的mCallback不为空先调用mCallback处理,返回true,直接return
            if (mCallback != null) {
                if (mCallback.handleMessage(msg)) {
                    return;
                }
            }
            handleMessage(msg);
        }
    }

private static void handleCallback(Message message) {
        message.callback.run();
    }
    /**
     * Subclasses must implement this to receive messages.
     *这就是new Handler的时候实现的handleMessage处理消息
     */
    public void handleMessage(Message msg) {
    }

如果msg的callback不为空,则调用callback处理。否则判断Handler的mCallback是否能处理,否则调用handleMessage处理消息。
以上就是Handler消息机制,还是比较简单的。

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