跳至主要內容

Android Handler机制解析

PPLong原创大约 10 分钟学习Android IPC

Handler

简介

定义:Android独有的一套消息传递机制

作用:在多线程场景中将工作线程要更新的UI操作信息传递到UI主线程中进行更新,避免线程操作不安全问题

核心角色:

img
img

源码梳理

Message

public final class Message implements Parcelable {
    // Message类型
    public int what;
    public int arg1;
    public int arg2;
    public Object obj;
    long when;
    Handler target;
    // 允许Message是可以执行callback的
    Runnable callback;
    // Message本身是队列
    Message next;
    
    // Message缓存相关,后续会介绍
    public static final Object sPoolSync = new Object();
    private static Message sPool;
    private static int sPoolSize = 0;
    private static final int MAX_POOL_SIZE = 50;
}

Handler初始化

目前都推荐使用指定Looper形式创建Handler

public Handler(Looper looper) {
    this(looper, null, false);
}

public Handler(Looper looper, Callback callback, boolean async) {
    mLooper = looper;
    mQueue = looper.mQueue;
    mCallback = callback;
    mAsynchronous = async;
}

在构造方法中,看到主要通过looper为handler进行了赋值操作,包括mQueue以及callback,值得注意的是Handler的mQueue是Looper的mq

Handler.sendMessage

核心:MessageQueue的入队操作

public final boolean sendMessage(Message msg){
    return sendMessageDelayed(msg, 0);
}

public final boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis)
{
    if (delayMillis < 0) {
        delayMillis = 0;
    }
    // 指定在多少毫秒时发送
    return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis);
}

public boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis) {
    MessageQueue queue = mQueue;
   	// 省略mq为空抛异常情况
    return enqueueMessage(queue, msg, uptimeMillis);
}

// MessageQueue
private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
    msg.target = this;
    // 异步标志,后期需要注意此处
    if (mAsynchronous) {
        msg.setAsynchronous(true);
    }
    return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}

上述过程主要还是一个检查的过程,检查mQueue是否为空并指定在 X 毫秒时通过MQ入队该Message,接下来进入MessageQueue的enqueueMessage方法,即MessageQueue是如何把Message插入到自身队列中的。浏览如下代码时需要注意一个点即可明白,即:MessageQueue是通过Message的when(理想执行时间点)进行增序排序的

通常使用的handler.post(Runnable),其实也就是将Runnable包装成一个Message并通过sendMessage发送出去

MessageQueue.enqueueMessage

// MessageQueue
boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
    // 检查发送该Message的Handler是否为空
    if (msg.target == null) {
        throw new IllegalArgumentException("Message must have a target.");
    }
    // 检查该Message是否处于使用状态
    if (msg.isInUse()) {
        throw new IllegalStateException(msg + " This message is already in use.");
    }
	// 同步操作
    synchronized (this) {
        // Message被关闭,说明Thread可能被销毁了
        if (mQuitting) {
            IllegalStateException e = new IllegalStateException(
                msg.target + " sending message to a Handler on a dead thread");
            Log.w(TAG, e.getMessage(), e);
            // Message被回收
            msg.recycle();
            return false;
        }

        msg.markInUse();
        msg.when = when;
        // 获取MQ中的当前队头的Message
        Message p = mMessages;
        boolean needWake;
        // 当队列中为空 || message.理想执行时间为0 || message的理想执行时间<队头Message的理想执行时间,则头插法插入该Message
        if (p == null || when == 0 || when < p.when) {
            msg.next = p;
            mMessages = msg;
            // 如果该队列被阻塞了,那应该设置标志在适当时间唤醒该队列
            needWake = mBlocked;
        } else {
            // 按when排序插入消息到MessageQueue中
            needWake = mBlocked && p.target == null && msg.isAsynchronous();
            Message prev;
            // 通过when将message插入到mq中正确位置
            for (;;) {
                prev = p;
                p = p.next;
                if (p == null || when < p.when) {
                    break;
                }
                // 此处不是很理解
                if (needWake && p.isAsynchronous()) {
                    needWake = false;
                }
            }
            msg.next = p; 
            prev.next = msg;
        }

        // 根据标志唤醒队列
        if (needWake) {
            nativeWake(mPtr);
        }
    }
    return true;
}

现在我们知道了MessageQueue是如何插入一条Message的,那MessageQueue取出按时间线这条Message并执行呢?目前就只有Looper的作用还不清楚,联想其名字的含义:循环器,答案便呼之欲出了

Looper

创建

Looper中构造方法是私有的,创建Looper主要有两种static方式

  • Looper.prepareMainLooper():为UI线程创建1个循环器对象
  • Looper.prepare():为子线程(当前线程)创建1个循环器对象

这里先看prepare方法

// 这里为什么使用ThreadLocal存储?
static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();

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));
}

public static void prepareMainLooper() {
    prepare(false);
    synchronized (Looper.class) {
        if (sMainLooper != null) {
            throw new IllegalStateException("The main Looper has already been prepared.");
        }
        sMainLooper = myLooper();
    }
}

private Looper(boolean quitAllowed) {
    // 为Looper指定一个新的MessageQueue并指定Looper线程为当前线程
    mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
    mThread = Thread.currentThread();
}

public static Looper getMainLooper() {
    synchronized (Looper.class) {
        return sMainLooper;
    }
}

通常我们使用Looper.getMainLooper()使用即可,这里应该使用的主线程的Looper, 那它在何时进行调用呢?猜测应当是APP启动时就创建了

启动

// ActivityThread
public static void main(String[] args) {
    Looper.prepareMainLooper();
    Looper.myLooper().setMessageLogging(new LogPrinter(Log.DEBUG, "ActivityThread"));
    Looper.loop();
}

由此看到,在APP启动时,即创建了基于主线程的Looper对象,并通过loop方法让Looper跑起来,那loop方法应当就是Looper循环遍历的方法,这里看Looper是怎么处理的

轮询并处理

// Looper
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;
    // 可能阻塞的死循环
    for (;;) {
        // 从MessageQueue中取出当前要执行的Message,此处可能阻塞
        Message msg = queue.next(); // might block
        if (msg == null) {
            return;
        }
        msg.target.dispatchMessage(msg);
        msg.recycleUnchecked();
    }
}

// Handler
public void dispatchMessage(Message msg) {
    // 如果Message自己有Callback则调用它自己的
    if (msg.callback != null) {
        handleCallback(msg);
    } else {
        // 如果定义了Handler的callback,则调用
        if (mCallback != null) {
            if (mCallback.handleMessage(msg)) {
                return;
            }
        }
        // 否则,最终调用自定义Handler中重写handleMessage
        handleMessage(msg);
    }
}

上述过程完成了Looper的循环已经对取出Message的处理操作,现在Handler机制中的最后一块拼图即是如何从MessageQueue中取出当前要执行的Message

MessageQueue.next取出Message

Message next() {
    for (;;) {
        int nextPollTimeoutMillis = 0;
        // Naive方法,如果当前队列没有元素,则阻塞
        nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);
        synchronized (this) {
            final long now = SystemClock.uptimeMillis();
            Message prevMsg = null;
            Message msg = mMessages;
            // 如果存在Message但Message的Handler为空,则作废该Message
            if (msg != null && msg.target == null) {
                // 处理Handler异步消息逻辑,下文会分析
                do {
                    prevMsg = msg;
                    msg = msg.next;
                } while (msg != null && !msg.isAsynchronous());
            }
        }-
        // Message不为空且对应的Handler也不为空
        if (msg != null) {
            // 若当前时间小于Message理应执行时间,说明还没有到要执行队头Message的时间
            if (now < msg.when) {
                nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE);
            } else {
                // 当前时间大于Message理应执行时间,要执行该条Message了
                mBlocked = false;
                if (prevMsg != null) {
                    prevMsg.next = msg.next;
                } else {
                    // 队头Message出队
                    mMessages = msg.next;
                }
                // 取出的该条Message不再需要next指针
                msg.next = null;
                if (DEBUG) Log.v(TAG, "Returning message: " + msg);
                // Message即将执行,标记为正在使用
                msg.markInUse();
                return msg;
            }
        } else {
            // No more messages.
            nextPollTimeoutMillis = -1;
        }
    }
}

其他

异步消息

作用:即使该Handler被销毁,通过该Handler发送的Message也能够成功进行执行

我们平常使用的Handler发送的消息基本都是同步类型消息,可以通过message.setAsynchronous(true) 或者 在初始化Handler时设置async为true,代表该handler发送的消息默认为异步 消息。handler机制中对异步消息的处理逻辑在上文中MessageQueue的next()方法中

结合下文代码,此处我的理解是,异步消息就是就算该Handler被销毁,通过该Handler发送的Message也能够成功进行执行

// Handler
private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
    msg.target = this;
    if (mAsynchronous) {
        // 设置消息为异步消息类型
        msg.setAsynchronous(true);
    }
    return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}

// MessageQueue.next()
if (msg != null && msg.target == null) {
    // 处理Handler异步消息逻辑,下文会分析
    do {
        prevMsg = msg;
        msg = msg.next;
    } while (msg != null && !msg.isAsynchronous());
}

同步屏障

实质:特殊Message,target为null,arg1为token

作用:在MQ取出消息时,屏蔽掉同步消息,优先获取异步消息

如果上,如果MQ中存在如下关系的Message队列,则取出消息的顺序是:

  1. 异步消息A
  2. 睡眠等待

此时队列变为:

也就是只要同步屏障存在,则其后的同步消息都会被屏蔽。

通过MessageQueue中的postSyncBarrier()添加消息屏障

// MessageQueue
public int postSyncBarrier() {
    return postSyncBarrier(SystemClock.uptimeMillis());
}

private int postSyncBarrier(long when) {
    synchronized (this) {
        final int token = mNextBarrierToken++;
        final Message msg = Message.obtain();
        msg.markInUse();
        msg.when = when;
        // 设置token, 可根据token移除屏障
        msg.arg1 = token;

        Message prev = null;
        Message p = mMessages;
        // 将该条Message按 when 插入到队列中
        if (when != 0) {
            while (p != null && p.when <= when) {
                prev = p;
                p = p.next;
            }
        }
        if (prev != null) { // invariant: p == prev.next
            msg.next = p;
            prev.next = msg;
        } else {
            msg.next = p;
            mMessages = msg;
        }
        return token;
    }
}

处理逻辑还是在MessageQueue.next方法中

// MessageQueue
Message msg = mMessages;
if (msg != null && msg.target == null) {
    //  
    do {
        // 最终同步信息队头还是mMessages
        prevMsg = msg;
        msg = msg.next;
    } while (msg != null && !msg.isAsynchronous());
}

那么若要移除指定token的barrier,则肯定是在队列通过Message的target与arg1特性找到该条Message,然后进行删除。但关键点是,删除后要唤醒MessageQueue。因为之前MQ可能因为该Barrier而处于阻塞状态。

public void removeSyncBarrier(int token) {
    synchronized (this) {
        Message prev = null;
        Message p = mMessages;
        while (p != null && (p.target != null || p.arg1 != token)) {
            prev = p;
            p = p.next;
        }
        if (p == null) {
            throw new IllegalStateException("The specified message queue synchronization " + " barrier token has not been posted or has already been removed.");
        }
        final boolean needWake;
        // 找到该条barrier Message
        // 如果前面还有普通Message等待执行,则这个时候MQ肯定不需要被唤醒,因为此时唤不唤醒跟该Barrier没有关系
        if (prev != null) {
            prev.next = p.next;
            needWake = false;
        } else {
            // 该Message就是队头,则看下一条Message是不是还是Barrier Message,如果是,则继续阻塞,如果不是且不为空,则要唤醒队列
            mMessages = p.next;
            needWake = mMessages == null || mMessages.target != null;
        }
        p.recycleUnchecked();
        // 执行唤醒操作
        if (needWake && !mQuitting) {
            nativeWake(mPtr);
        }
    }
}

Message的优雅使用

obtain

往往只要作为一个Callback的载体, 都多多少少存在着复用现象,Handler也不例外。对Message进行了缓存处理,通常使用obtain方法创建Message而尽量不new Message

// Message

public static final Object sPoolSync = new Object();
// 静态类型,所有Message只有一个sPool缓存
private static Message sPool;
private static int sPoolSize = 0;
// 限制最大缓存的空Message为50个
private static final int MAX_POOL_SIZE = 50;

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();
}

obtain流程

  • 同步
    • 如果Message的空对象缓存队列sPool有剩余元素,则使用该空的剩余元素(已经被使用过了的,但还没被回收的)
    • 如果sPool中没有剩余元素,说明没有可用的空对象,则new一个Message

有将message从缓存池中取出的操作,就肯定有将message放入缓存池的操作,所以message使用后往往会调用recycle方法

recycle

public void recycle() {
    // 检查标志
    if (isInUse()) {
        if (gCheckRecycle) {
            throw new IllegalStateException("This message cannot be recycled because it "
                    + "is still in use.");
        }
        return;
    }
    recycleUnchecked();
}

void recycleUnchecked() {
    // 将Message属性重新初始化
    flags = FLAG_IN_USE;
    what = 0;
    arg1 = 0;
    arg2 = 0;
    obj = null;
    replyTo = null;
    sendingUid = -1;
    when = 0;
    target = null;
    callback = null;
    data = null;
	// 该空Message可用,修改缓存池中数据
    synchronized (sPoolSync) {
        if (sPoolSize < MAX_POOL_SIZE) {
            next = sPool;
            sPool = this;
            sPoolSize++;
        }
    }
}

Handler内存泄露

原理

根源:Java中非静态内部类以及匿名内部类默认持有外部类的引用

当MQ中还有未被处理的消息,且持有该消息的handler是通过非静态内部类或匿名内部类创建时,基于Java Root GC机制,因为存在着上述引用链,导致创建该handler的Activity无法自动被GC,从而导致内存泄露

解决方案

1. 静态内部类+弱引用

静态内部类默认不持有外部类的引用,从而handler不再持有Activity的实例。同时,使用弱引用可确保在下次gc时,该activity一定能被回收

public class HandlerActivity extends AppCompatActivity  {
    private static class MyHandler extends Handler {
        private final WeakReference&lt<HandlerActivity> mActivity;
        public MyHandler(HandlerActivity activity) {
            mActivity = new WeakReference<HandlerActivity>(activity);
        }
    }

2. Activity生命周期结束时清空名下handler消息队列

可在onDestroy时调用mHandler.removeCallbacksAndMessages(null)

@Override
protected void onDestroy() {
    super.onDestroy();
    if(handler!=null){
        handler.removeCallbacksAndMessages(null);
    }
}