Android的消息機制Handler詳解


Android的消息機制詳解

Android的消息機制主要指 Handler 的運行機制,Handler的運行需要底層的MessageQueue 和 Looper 的支撐。

MessageQueue:消息隊列,它的內部存儲了一組消息,以隊列的形式對外提供插入和刪除的工作,其內部存儲結構采用單鏈表的數據結構來存儲消息列表。

Looper:可理解為消息循環。

由於MessageQueue只是一個消息存儲單元,不能去處理消息,而Looper會以無限循環的形式去查找是否有新的消息,如果有的話就處理,否則就一直等待着。

Looper還有一個特殊的概念,就是ThreadLocal,它的作用可以在每個線程中存儲數據。

Handler創建的時候會采用當前線程的Looper來構造消息循環系統,Handler內部需要使用ThreadLocal來獲取每個線程的Looper。ThreadLocal可以在不同的線程中互不干擾地存儲並提供數據。

注意:線程默認是沒有Looper的,如果需要使用Handler就必須為線程創建Looper。主線程,UI線程,它就是ActivityThread,ActivityThread被創建時就會初始化Looper,這也是在主線程中默認可以使用Handler的原因。

Android消息機制概述

Android的UI控件不是線程安全的,如果在多線程中並發訪問可能會導致UI控件處於不可預期的狀態,如果對UI控件加鎖會有兩個確定:首先加上鎖機制會使UI訪問邏輯變得負責;其次鎖機制會降低UI的訪問效率,鎖機制會阻礙某些線程的執行。鑒於這個兩個缺點,最簡單且高效的方法就是采用單線程模型來處理UI操作,只需要通過Handler切換一下UI訪問的執行線程即可。

Handler創建完成后,其內部的 Looper 以及 MessageQueue就可以和Handler一起工作,Handler的post方法將一個 Runnable 投遞到 Handler 內部的 Looper中去處理,也可以通過send發送一個消息(post最終也是通過send來完成的)。當Handler的send方法被調用時,它會調用 MessageQueue 的 enqueueMessage 方法將這個消息放入消息隊列中,然后Looper發現有新消息到來時,就會處理這個消息,最終消息中的Runnable或者Handler的 handleMessage方法就會被調用。注意 Looper 是運行在創建Handler所在的線程中的,這樣一來Handler中的業務邏輯就可以切換到創建Handler所在的線程中去執行。

Android 消息機制分析

ThreadLocal 的工作原理

ThreadLocal是一個線程內部的數據存儲類,通過它可以在指定的線程中存儲數據,數據存儲以后,只有在指定線程中可以獲取到存儲的數據,對於其他線程來說則無法獲取到數據。

在不同線程中訪問通同一個ThreadLocal對象,通過ThreadLocal獲取的值卻是不一樣的,是因為不同線程訪問同一個ThreadLocal的get方法,ThreadLocal內部會從各自的線程中取出一個數組,然后再從數組中根據當前ThreadLocal的索引去查找出對應的 value 值。

消息隊列的工作原理

消息隊列在 Android 中指的是 MessageQueue,MessageQueue主要包含兩個操作: 插入和讀取。

插入:enqueueMessage

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.
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;
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;
}

讀取:next,讀取本身會伴隨刪除操作

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;
}
}

next方法是一個無限循環的方法,如果消息隊列中沒有消息,那么 next 方法會一直阻塞在這里,當有消息到來時,next方法會返回這條消息並將其從單鏈表中移除。

Looper 的工作原理

Looper在 Android 的消息機制中扮演者消息循環的角色,它會不停地從MessageQueue中查看是否有新消息,如果有新消息就立刻處理,否則就一直阻塞在那里。

它的構造方法,創建一個MessageQueue即消息隊列,然后將當前線程的對象保存起來:

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

Handler 的工作需要 Looper,沒有 Looper 的線程就會報錯,可以通過 Looper.prepare()為當前線程創建一個Looper,接着通過Looper.loop()來開啟消息循環:

new Thread("Thread#2"){
@Override
public void run() {
Looper.prepare();
Handler handler = new Handler();
Looper.loop();
}
}.start();

Looper除了 prepare 方法外,還提供了 prepareMainLooper 方法,主要給 ActivityThread 創建 Looper 使用,Looper 還提供一個 getMainLooper() 方法,可以在任何地方獲取到主線程的 Looper。

Looper 還提供 quite 和 quitSafely 來退出一個 Looper, 二者區別是:quit 會直接退出Looper,而 quitSafely 只是設定一個退出標記,然后把消息隊列中的已有消息處理完畢后才安全退出。

Looper 退出后,通過 Handler 發送的消息會失敗,這時Handler的send方法會返回false。

在子線程中,如果手動為其創建了 Looper ,那么在所有的事情完成以后應該調用 quit 方法來終止消息循環,否則這個子線程就會一直處於等待的狀態,而如果退出 Looper 以后,這個線程就會立刻終止,因此建議不需要的時候終止 Looper 。

Looper 最重要的一個方法就是 loop(),只有調用 loop 方法,消息循環系統才會真正地起作用:

    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.recycleUnchecked();
}
}

loop 方法是一個死循環,唯一跳出循環的方式就是 MessageQueue 的 next 方法返回了 null。

當Looper的 quit 方法調用時,Looper 就會調用 MessageQueue 的 quit 或者 quitSafely 方法來通知消息隊列退出,當消息隊列被標記為退出狀態時,它的next方法就會返回null,也就是說 Looper 必須退出,否則 loop 方法就會一直循環下去。

loop 方法會調用 MessageQueue 的 next 方法來獲取新消息,而next是一個阻塞操作,當沒有消息時,next 方法會一直阻塞在那里,這也導致 loop 方法一直阻塞在那里。

如果 MessageQueue 的 next 方法返回了新消息,Looper 會處理這條消息:msg.target.dispatchMessage(msg);這里的msg.target是發送這條消息的 Handler 對象,這樣Handler發送的消息最終又交給它的dispatchMessage方法來處理,不同的是,Handler的dispatchMessage方法是在創建Handler時所使用的 Looper 中執行的,這樣就成功地將代碼邏輯切換到指定的線程中去執行。

Handler 的工作原理

Handler主要包含消息的發送和接收過程。消息的發送可以通過 post 的一系列方法以及 send 的一系列方法來實現。

    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;
if (mAsynchronous) {
msg.setAsynchronous(true);
}
return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}

Handler 發送消息的過程僅僅是向消息隊列中插入一條消息,MessageQueue 的 next 方法就會返回這條消息給 Looper,Looper 接收到消息就開始處理了,最終消息由 Looper 交由 Handler 處理,即 Handler 的 dispatchMessage 方法會被調用,這時 Handler 就會進入消息處理階段,dispatchMessage 的實現如下:

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

首先,檢查Message的callback是否為null,不為null就通過handleCallback(msg)來處理消息,Message的callback是一個 Runnable 對象,實際上就是 Handler的post方法所傳遞的 Runnable 參數。

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

其次,檢查 mCallback 是否為 null,不為 null 就調用 mCallback 的handleMessage方法,這樣就不用派生Handler的子類

Handler handler = new Handler(callback);

最后,調用 Handler 的 handleMessage 方法來處理消息。

Handler 還有一個特殊的構造方法,就是通過一個特定的 Looper 來構造 Handler,它的實現如下:

    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;
}

下面看一下 Handler 的默認構造方法:

    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;
}

如果當前線程沒有 Looper 的話,就會拋出 “Can’t create handler inside thread that has not called Looper.prepare()”異常。

主線程的消息循環

Android 的主線程就是 ActivityThread,主線程的入口方法為 main,在 main 方法中通過 Looper.prepareMainLooper()來創建主線程的 Looper 以及 MessageQueue,並通過 Looper.loop() 來開啟主線程的消息循環。

public static void main(String[] args) {
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "ActivityThreadMain");
SamplingProfilerIntegration.start();

// CloseGuard defaults to true and can be quite spammy. We
// disable it here, but selectively enable it later (via
// StrictMode) on debug builds, but using DropBox, not logs.
CloseGuard.setEnabled(false);

Environment.initForCurrentUser();

// Set the reporter for event logging in libcore
EventLogger.setReporter(new EventLoggingReporter());

AndroidKeyStoreProvider.install();

// Make sure TrustedCertificateStore looks in the right place for CA certificates
final File configDir = Environment.getUserConfigDirectory(UserHandle.myUserId());
TrustedCertificateStore.setDefaultUserDirectory(configDir);

Process.setArgV0("<pre-initialized>");

Looper.prepareMainLooper();

ActivityThread thread = new ActivityThread();
thread.attach(false);

if (sMainThreadHandler == null) {
sMainThreadHandler = thread.getHandler();
}

if (false) {
Looper.myLooper().setMessageLogging(new
LogPrinter(Log.DEBUG, "ActivityThread"));
}

// End of event ActivityThreadMain.
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
Looper.loop();

throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
}
}

主線程消息循環開始以后,ActivityThread還需要一個 Handler 來和消息隊列進行交互,這個Handler就是ActivitThread.H,它內部定義了一組消息類型,主要包含了四大組件的啟動和停止過程:

    private class H extends Handler {
public static final int LAUNCH_ACTIVITY = 100;
public static final int PAUSE_ACTIVITY = 101;
public static final int PAUSE_ACTIVITY_FINISHING= 102;
public static final int STOP_ACTIVITY_SHOW = 103;
public static final int STOP_ACTIVITY_HIDE = 104;
public static final int SHOW_WINDOW = 105;
public static final int HIDE_WINDOW = 106;
public static final int RESUME_ACTIVITY = 107;
public static final int SEND_RESULT = 108;
public static final int DESTROY_ACTIVITY = 109;
public static final int BIND_APPLICATION = 110;
public static final int EXIT_APPLICATION = 111;
public static final int NEW_INTENT = 112;
public static final int RECEIVER = 113;
public static final int CREATE_SERVICE = 114;
public static final int SERVICE_ARGS = 115;
public static final int STOP_SERVICE = 116;

...
}

ActivityThread 通過 ApplicationThread 和 AMS 進行進程間通信,AMS 以進程間通信的方式完成。 ActivityThread的請求會回調 ApplicationThread 中的Binder 方法,然后ApplicationThread 會向 H 發送消息,H 收到消息后會將 ApplicationThread 中的邏輯切換到 ActivityThread 中去執行,即切換到主線程中去執行,這個過程就是主線程的消息循環模型。


注意!

本站转载的文章为个人学习借鉴使用,本站对版权不负任何法律责任。如果侵犯了您的隐私权益,请联系我们删除。



 
粤ICP备14056181号  © 2014-2021 ITdaan.com