Handler的运行机制

概述

Handler机制又称为Android中的消息机制，这是Android中的重点，是最常用的线程间通信的方式。本blog首先介绍android中为什么要提供消息机制，然后以分析原码的形式讲解消息机制中重要的类及类中重要的方法，再讲解各个类之间的调用关系，最后对Handler的执行机制进行总结。

Android中的消息机制

一，Android中为什么要提供消息机制

我们都知道在android中有两个规定： 1. 网络请求操作要放到子线程。 2. 不能在子线程更新UI。所以Android中必须有线程间的通讯机制。那么为什么要有这两个规定呢？

耗时操作为什么要放在子线程中？
答：如果在主线程一直执行代码，那么界面就会卡顿，为了提高用户体验，android增加了ANR机制，即界面长时间没有响应就会出现ANR。我们在开发中既为了避免界面卡顿，又避免出现ANR所以把耗时的操作放在子线程中。

为什么不能在子线程中更新UI？
控件是线程不安全的，如果不同线程同时修改UI控件将产生异常。

为什么不给控件加锁呢？
加锁确实是一个解决的办法，但是加锁会让逻辑变得复杂，降低UI绘制的效率。总体来说不如添加Handler机制处理效率高。

二，Android消息机制概述

Android的消息机制主要是指Handler的运行机制以及Handler所附带的MessageQueue和Looper的工作过程，这三者是一个整体。

MessageQueue的中文翻译是消息队列，作用是存储消息，里面是以单链表的结构进行存储。

Looper的中文翻译是循环，这里叫消息循环，MessageQueue的作用是存储消息，looper的作用就是从messageQueue里面取出新消息，然后交由handler进行处理。

此外还有两个重要的类，Message和ThreadLocal。Message用来携带数据。ThreadLocal保证线程内数据安全。

下面开始看各个类的原码，这里仅贴出重要方法的重要方法体，想更详细了解原码的小伙伴可以自行查看原码。

ThreadLocal类

这是一个存储数据的类，提供了set和get方法，一个ThreadLocal对象只能存储一个对象。这个类的最大特点是可以指定线程存取数据，即：在一个线程中使用set方法存储一个数据，只有在该线程中使用get方法才能取出来，在其他线程中使用get方法取不出的，这就保证了线程间数据的安全。

一，set方法

set方法的核心原码如下：

    public void set(T value) {        Thread currentThread = Thread.currentThread();        Values values = values(currentThread);        if (values == null) {            values = initializeValues(currentThread);        }        values.put(this, value);    }

分析：在调用ThreadLocal的set方法存储数据时，首先根据当前线程得到一个Values对象，如果得不到就去创建一个Values对象，Values中储存的是键值对，键时当前的ThreadLocal对象，值就是我们存储在ThreadLocal对象中的值。

二，get方法

get方法的核心原码如下：

    public T get() {        // Optimized for the fast path.        Thread currentThread = Thread.currentThread();        Values values = values(currentThread);        if (values != null) {            Object[] table = values.table;            int index = hash & values.mask;            if (this.reference == table[index]) {                return (T) table[index + 1];            }        } else {            values = initializeValues(currentThread);        }        return (T) values.getAfterMiss(this);    }

分析：在调用ThreadLocal的get方法取出对象时，首先也是得到Values对象，如果是同一个线程，则此时一定可以通过values(currentThread)获取到values对象，此时就可以根据某些算法取出通过set方法存进去的对象。

三，ThreadLocal类在Handler机制中的作用

这里先简单说明一下，如果不懂可以跳过去，等看完整篇之后回头再看。

在Handler机制中，需要保证UI线程中只有一个MessageQueue对象和一个Looper对象，系统在app启动时给我们创建了一个Looper对象，并保存到ThreadLocal中，在创建Handler对象时需要得到Looper对象(这个可以看Handler的构造方法)，此时我们要保证得到的是UI线程中的Looper对象，就需要使用ThreadLocal。

Message类

Message作用是封装数据，在Handler的使用中已经用到，下面详细介绍一下它几个重要的字段和方法。

一，Message类中重要的字段

Message类中重要的字段如下：
Arg1和arg2可以直接传递int数据。

callBack：是一个回调方法，这个方法在UI线程被调用。

data：是bundle类型，里面可以封装很多数据。

next：是为了消息池而定义的，执行消息池中的下一个Message对象。

obj：传递数据时可以给Message绑定一个对象，比如String，Bitmap，Student，等等。

sPool：维护的消息池。

target：这个是很重要的字段，一个app只有一个主线程，一个线程中只有一个MessageQueue对象和一个Looper对象，不同Handler发送过来的消息怎么对应给该Handler进行处理，靠的就是这个字段。Handler在发送消息时给Message的target赋值。即可以根据Message找到对应的Handler.

What：同一个handler可以发送很多Message，通过what来区分是哪一条消息。

when：这个是系统使用的字段。我们在得到Message对象后不能发送两次，因为系统处理后Message的when设为0，再次遇到0的Message将不处理。

二，Message类中的对象回收机制

在获取Message对象时使用的方法是：Message.obtain()。下面看下这个方法的原码：

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();    }

由原码可知，在Message类中维护了一个消息池，当消息池中有Message对象时就拿过来使用，当没有Message对象时就创建对象。其实Message有一个回收机制，当Message消息被Handler执行过后就会被回收，放到消息池中，等待下一次使用，避免了对象不停的创建和销毁。Message的回收机制主要方法是：recycle()方法和recycleUnchecked()方法，这两个方法只是Message中消息回收机制中的方法，对Handler运行机制没有作用，这儿不做介绍，感兴趣的小伙伴可以自己去看原码。

Handler类

在handler的使用方法中已经接触到了handler类的几个方法，下面对重要方法做具体分析。

一，Handler的构造方法

在创建Handler对象时一般使用的是无参构造，无参构造的原码是：

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

继续往下看

    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();//得到Looper对象        if (mLooper == null) {            throw new RuntimeException(                "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");        }        mQueue = mLooper.mQueue;//得到MessageQueue对象        mCallback = callback;        mAsynchronous = async;    }

这段代码中有两个重要之处，就是得到了Looper对象和MessageQueue对象，这两个对象就是主线程中唯一的Looper对象和MessageQueue对象。

二，enqueueMessage方法

在发送消息时使用的是sendMessage方法，但这个方法没有具体的逻辑代码，它和其他发送消息的方法一样，最终调用的是：enqueueMessage方法，下面看enqueueMessage方法的原码。

    private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {        msg.target = this;        if (mAsynchronous) {            msg.setAsynchronous(true);        }        return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);    }

这个方法其实也特别简单，就两个操作，一个是将this赋值给Message的target字段。另外一个就是调用MessageQueue的enqueueMessage方法，将Message放入到消息队列中。

三，dispatchMessage方法

这个方法的作用是分发消息，原码如下：

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

注：这个方法在Looper的loop方法中被调用，因此执行了我们重写了handleMessage方法。

MessageQueue类

MessageQueue的中文翻译是消息队列，作用是存储消息对象，里面是以单链表的结构进行存储。

MessageQueue的作用有两个，插入消息，取出并删除消息。
插入消息对应的方法是：enqueueMessage
取出并删除消息对应的方法是：next

一，enqueueMessage方法

enqueueMessage的核心代码如下：

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) {        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 {            needWake = mBlocked && p.target == null && msg.isAsynchronous();            Message prev;            msg.next = p; // invariant: p == prev.next            prev.next = msg;        }    }    return true;}

分析：这个方法的作用是存储Message对象，方法中首先做了一个判断：这个Message对象必须有target字段，即必须带有handler对象。剩下的操作就是根据时间对Message进行排序，设置message的next指向。

注：这个方法是在handler中的sendMessage方法中被调用的。

二，next方法

next方法的核心代码是：

Message next() {

for (;;) {    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) {            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;        }  }

}
分析：这个方法的原码比较多，作用就是返回一个Message对象，并把该Message对象从消息队列中清除。

这个方法中维护了一个死循环，只有当有msg对象不等于null时才有返回值，否则会一直循环，UI线程的代码就停留在了这儿。

Looper类

Looper的中文翻译是循环，这里叫消息循环。MessageQueue的作用是存储消息，looper的作用就是从messageQueue里面取出新消息，然后交由handler进行处理。

一，prepareMainLooper()方法

这个方法的作用是创建UI线程中的Looper对象。原码如下：

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

这段代码中调用了两个非常重要的方法，一个是prepare，这个方法中创建了Looper对象，并把Looper对象保存到ThreadLocal中。另外一个是myLooper方法，这个方法的作用是取出保存在ThreadLocal中的Looper对象。

二，Looper.loop()方法

这个方法是重重之重，它好比司令部，对整个消息机制的运行起支配作用。
方法的原码：

public static void loop() {    final Looper me = myLooper();//1，获取Looper对象    final MessageQueue queue = me.mQueue;    for (;;) {//开启一个死循环        Message msg = queue.next(); // 从消息队列中取出消息        if (msg == null) {            return;        }        Printer logging = me.mLogging;        if (logging != null) {            logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " +                    msg.callback + ": " + msg.what);        }        msg.target.dispatchMessage(msg);//调用handler的dispatchMessage方法        if (logging != null) {            logging.println("<<<<< Finished to " + msg.target + " " + msg.callback);        msg.recycleUnchecked();//回收Message对象    }}

总结来说，这个方法中做了四件大事：

1. 得到UI线程内的looper对象和MessageQueue对象。
2. 开启一个死循环，在死循环中不断的从MessageQueue中取消息。
3. 取出消息后调用handler的dispatchMessage方法分发消息。
4. 回收Message对象。

Handler机制中各方法的调用关系

Handler机制中的方法按执行的时机不同可以分为三块，一是app启动时的准备工作，二是当我们调用handler的sendMessage时发送消息，三是处理消息。

一，app启动时的准备工作

一个app启动时会调用ActivityThread类中的main方法。这个是非常重要的方法，在这里面做了很多事情，下面只看与Handler机制有关的代码：

    public static void main(String[] args) {              SamplingProfilerIntegration.start();              //。。。            Looper.prepareMainLooper();              // 创建ActivityThread实例              ActivityThread thread = new ActivityThread();              thread.attach(false);                 if (sMainThreadHandler == null) {                  sMainThreadHandler = thread.getHandler();              }              AsyncTask.init();              if (false) {                  Looper.myLooper().setMessageLogging(new                          LogPrinter(Log.DEBUG, "ActivityThread"));              }              Looper.loop();              throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");          }  

这个方法中调用了两个重要的 方法：
Looper. prepareMainLooper()和Looper.loop();

Looper. prepareMainLooper()的作用是：创建Looper对象和MessageQueue对象。
Looper.loop()的方法是开启死循环。代码会停留在儿，等待消息队列中的消息。

二，发送消息

发送消息使用的是Handler的sendMessage方法，最终调用的是MessageQueue的enqueueMessage方法，把消息放入消息队列。

三，处理消息

当消息队列有有消息时，Looper的loop方法就会执行，调用queue.next()得到Message对象，然后再调用handler的HandleMessage方法处理消息。

总结

看到这儿应该对Handler的执行机制都明白了，这儿再做一个总结：
在app启动时首先执行的是ActivityThread类中的main方法，这个方法中主要做两件事情，一是调用looper的prepare方法创建looper对象和Messagequeue对象。二是调用looper的loop方法，开启一个死循环不断的从消息队列中获取消息。我们使用Handler首先在主线程创建一个handler对象，并重写handlemessage方法。在子线程中使用sendMessage将消息发送到消息队列中，此时looper的loop方法就可以从消息队列中拿出消息，然后交由handler对象进行处理，然后就执行了我们重写的handlemessage方法。