我們一起分析 Android Handler 的源碼。
Handler 現(xiàn)在幾乎是 Android 面試的必問(wèn)知識(shí)點(diǎn)了，大多數(shù) Android 工程師都在項(xiàng)目中使用過(guò) Handler。主要場(chǎng)景是子線程完成耗時(shí)操作的過(guò)程中，通過(guò) Handler 向主線程發(fā)送消息 Message，用來(lái)刷新 UI 界面。這節(jié)課我們來(lái)了解 Handler 的發(fā)送消息和處理消息的源碼實(shí)現(xiàn)。
分析源碼的時(shí)候最好是找到一個(gè)合適的切入點(diǎn)，Handler 源碼的一個(gè)切入點(diǎn)就是它的默認(rèn)構(gòu)造器。
從 new Handler() 開(kāi)始
在無(wú)參構(gòu)造器里調(diào)用了重載的構(gòu)造方法并分別傳入 null 和 false。并且在構(gòu)造方法中給兩個(gè)全局變量賦值：mLooper 和 mQueue。
這兩者都是通過(guò) Looper 來(lái)獲取，具體代碼如下：
可以看出，myLooper 通過(guò)一個(gè)線程本地變量中的存根，然后 mQueue 是 Looper 中的一個(gè)全局變量，類(lèi)型是 MessageQueue 類(lèi)型。
接下來(lái)的分析重點(diǎn)就是這個(gè) Looper 是什么？以及何時(shí)被初始化？
Looper 介紹
不知你有沒(méi)有思考過(guò)一個(gè)問(wèn)題，啟動(dòng)一個(gè) Java 程序的入口函數(shù)是 main 方法，但是當(dāng) main 函數(shù)執(zhí)行完畢之后此程序停止運(yùn)行，也就是進(jìn)程會(huì)自動(dòng)終止。但是當(dāng)我們打開(kāi)一個(gè) Activity 之后，只要我們不按下返回鍵 Activity 會(huì)一直顯示在屏幕上，也就是 Activity 所在進(jìn)程會(huì)一直處于運(yùn)行狀態(tài)。實(shí)際上 Looper 內(nèi)部維護(hù)一個(gè)無(wú)限循環(huán)，保證 App 進(jìn)程持續(xù)進(jìn)行。
Looper初始化
Activity 啟動(dòng)過(guò)程時(shí)，ActivityThread 的 main 方法是一個(gè)新的 App 進(jìn)程的入口，其具體實(shí)現(xiàn)如下：
解釋說(shuō)明：
圖中 1 處就是初始化當(dāng)前進(jìn)程的 Looper 對(duì)象；
圖中 2 處調(diào)用 Looper 的 loop 方法開(kāi)啟無(wú)限循環(huán)。
prepareMainLooper 方法如下：
這里我沒(méi)有省略任何一行代碼，因?yàn)榇颂幍拇a很精簡(jiǎn)但是每一行又都有意義。
圖中 1 處在 prepareMainLooper 中調(diào)用 prepare 方法創(chuàng)建 Looper 對(duì)象，仔細(xì)查看發(fā)現(xiàn)其實(shí)就是 new 出一個(gè) Looper。核心之處在于將 new 出的 Looper 設(shè)置到了線程本地變量 sThreadLocal 中。也就是說(shuō)創(chuàng)建的 Looper 與當(dāng)前線程發(fā)生了綁定。
Looper 的構(gòu)造方法如下：
可以看出，在構(gòu)造方法中初始化了消息隊(duì)列 MessageQueue 對(duì)象。
prepare 方法執(zhí)行完之后，會(huì)在圖中 3 處調(diào)用 myLooper() 方法，從 sThreadLocal 中取出 Looper 對(duì)象并賦值給 sMainLooper 變量。
注意：
圖中 2 處在創(chuàng)建 Looper 對(duì)象之前，會(huì)判斷 sThreaLocal 中是否已經(jīng)綁定過(guò) Looper 對(duì)象，如果是則拋出異常。這行代碼的目的是確保在一個(gè)線程中 Looper.prepare() 方法只能被調(diào)用 1 次。比如以下代碼：
執(zhí)行上述代碼程序會(huì)秒崩，打印日志如下：
注意：
不是說(shuō)調(diào)用 2 次 prepare 才會(huì)拋異常嗎？為什么 MainActivity 中只調(diào)用了 1 遍就導(dǎo)致程序崩潰？ 這是因?yàn)樵?MainActivity 所在進(jìn)程被創(chuàng)建時(shí)，Looper 的 prepare 方法已經(jīng)在 main 方法中調(diào)用了 1 遍。這會(huì)直接導(dǎo)致一個(gè)非常重要的結(jié)果：
prepare 方法在一個(gè)線程中只能被調(diào)用 1 次；
Looper 的構(gòu)造方法在一個(gè)線程中只能被調(diào)用 1 次；
最終導(dǎo)致 MessageQueue 在一個(gè)線程中只會(huì)被初始化 1 次。
也就是說(shuō) UI 線程中只會(huì)存在 1 個(gè) MessageQueue 對(duì)象，后續(xù)我們通過(guò) Handler 發(fā)送的消息都會(huì)被發(fā)送到這個(gè) MessageQueue 中。
Looper 負(fù)責(zé)做什么事情
用一句話總結(jié) Looper 做的事情就是：不斷從 MessageQueue 中取出 Message，然后處理 Message 中指定的任務(wù)。
在 ActivityThread 的 main 方法中，除了調(diào)用 Looper.prepareMainLooper 初始化 Looper 對(duì)象之外，還調(diào)用了 Looper.loop 方法開(kāi)啟無(wú)限循環(huán)，Looper 的主要功能就是在這個(gè)循環(huán)中完成的。
很顯然，loop 方法中執(zhí)行了一個(gè)死循環(huán)，這也是一個(gè) Android App 進(jìn)程能夠持續(xù)運(yùn)行的原因。
圖中 1 處不斷地調(diào)用 MessageQueue 的 next 方法取出 Message。如果 message 不為 null 則調(diào)用圖中 2 處進(jìn)行后續(xù)處理。具體就是從 Message 中取出 target 對(duì)象，然后調(diào)用其 dispatchMessage 方法處理 Message 自身。那這個(gè) target 是誰(shuí)呢？查看 Message.java 源碼可以看出 target 就是 Handler 對(duì)象，如下所示：
Handler 的 dispatchMessage 方法如下：
可以看出，在 dispatchMessage 方法中會(huì)調(diào)用一個(gè)空方法 handleMessage，而這個(gè)方法也正是我們創(chuàng)建 Handler 時(shí)需要覆蓋的方法。那么 Handler 是何時(shí)將其設(shè)置為一個(gè) Message 的 target 的呢？
Handler 的 sendMessage 方法
Handler 有幾個(gè)重載的 sendMessage 方法，但是基本都大同小異。我用最普通的 sendMessage 方法來(lái)分析，代碼具體如下：
可以看出，經(jīng)過(guò)幾層調(diào)用之后，sendMessage 最終會(huì)調(diào)用 enqueueMessage 方法將 Message 插入到消息隊(duì)列 MessageQueue 中。而這個(gè)消息隊(duì)列就是我們剛才分析的在 ActivityThread 的 main 方法中通過(guò) Looper 創(chuàng)建的 MessageQueue。
Handler 的 enqueueMessage 方法
可以看出：
在圖中 1 處 enqueueMessage 方法中，將 Handler 自身設(shè)置為 Message的target 對(duì)象。因此后續(xù) Message 會(huì)調(diào)用此 Handler 的 dispatchMessage 來(lái)處理；
圖中 2 處會(huì)判斷如果 Message 中的 target 沒(méi)有被設(shè)置，則直接拋出異常；
圖中 3 處會(huì)按照 Message 的時(shí)間 when 來(lái)有序得插入 MessageQueue 中，可以看出 MessageQueue 實(shí)際上是一個(gè)有序隊(duì)列，只不過(guò)是按照 Message 的執(zhí)行時(shí)間來(lái)排序。
至此 Handler 的發(fā)送消息和消息處理流程已經(jīng)介紹完畢，接下來(lái)看幾個(gè)面試中經(jīng)常被問(wèn)到的與 Handler 相關(guān)的題目。
Handler 的 post(Runnable) 與 sendMessage 有什么區(qū)別
看一下 post(Runnable) 的源碼實(shí)現(xiàn)如下：
實(shí)際上 post(Runnable) 會(huì)將 Runnable 賦值到 Message 的 callback 變量中，那么這個(gè) Runnable 是在什么地方被執(zhí)行的呢？Looper 從 MessageQueue 中取出 Message 之后，會(huì)調(diào)用 dispatchMessage 方法進(jìn)行處理，再看下其實(shí)現(xiàn)：
可以看出，dispatchMessage 分兩種情況：
如果 Message 的 Callback 不為 null，一般為通過(guò) post(Runnabl) 方式，會(huì)直接執(zhí)行 Runnable 的 run 方法。因此這里的 Runnable 實(shí)際上就是一個(gè)回調(diào)接口，跟線程 Thread 沒(méi)有任何關(guān)系。
如果 Message 的 Callback 為 null，這種一般為 sendMessage 的方式，則會(huì)調(diào)用 Handler 的 hanlerMessage 方法進(jìn)行處理。
Looper.loop() 為什么不會(huì)阻塞主線程
剛才我們了解了，Looper 中的 loop 方法實(shí)際上是一個(gè)死循環(huán)。但是我們的 UI 線程卻并沒(méi)有被阻塞，反而還能夠進(jìn)行各種手勢(shì)操作，這是為什么呢？在 MessageQueue 的 next 方法中，有如下一段代碼：
nativePollOnce 方法是一個(gè) native 方法，當(dāng)調(diào)用此 native 方法時(shí)，主線程會(huì)釋放 CPU 資源進(jìn)入休眠狀態(tài)，直到下條消息到達(dá)或者有事務(wù)發(fā)生，通過(guò)往 pipe 管道寫(xiě)端寫(xiě)入數(shù)據(jù)來(lái)喚醒主線程工作，這里采用的 epoll 機(jī)制。關(guān)于 nativePollOnce 的詳細(xì)分析可以參考：nativePollOnce函數(shù)分析。
Handler 的 sendMessageDelayed 或者 postDelayed 是如何實(shí)現(xiàn)的
之前我已經(jīng)介紹過(guò)，在向 MessageQueue 隊(duì)列中插入 Message 時(shí)，會(huì)根據(jù) Message 的執(zhí)行時(shí)間排序。而消息的延時(shí)處理的核心實(shí)現(xiàn)是在獲取 Message 的階段，接下來(lái)看下 MessageQueue 的 next 方法。
圖中藍(lán)框處表示從 MessageQueue 中取出一個(gè) Message，但是當(dāng)前的系統(tǒng)時(shí)間小于 Message.when，因此會(huì)計(jì)算一個(gè) timeout，目的是實(shí)現(xiàn)在 timeout 時(shí)間段后再將 UI 線程喚醒，因此后續(xù)處理 Message 的代碼只會(huì)在 timeout 時(shí)間之后才會(huì)被 CPU 執(zhí)行。
注意：在上述代碼中也能看出，如果當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間大于或等于 Message.when，那么會(huì)返回 Message 給 Looper.loop()。但是這個(gè)邏輯只能保證在 when 之前消息不被處理，不能夠保證一定在 when 時(shí)被處理。
總結(jié)
應(yīng)用啟動(dòng)是從 ActivityThread 的 main 開(kāi)始的，先是執(zhí)行了 Looper.prepare()，該方法先是 new 了一個(gè) Looper 對(duì)象，在私有的構(gòu)造方法中又創(chuàng)建了 MessageQueue 作為此 Looper 對(duì)象的成員變量，Looper 對(duì)象通過(guò) ThreadLocal 綁定 MainThread 中；
當(dāng)我們創(chuàng)建 Handler 子類(lèi)對(duì)象時(shí)，在構(gòu)造方法中通過(guò) ThreadLocal 獲取綁定的 Looper 對(duì)象，并獲取此 Looper 對(duì)象的成員變量 MessageQueue 作為該 Handler 對(duì)象的成員變量；
在子線程中調(diào)用上一步創(chuàng)建的 Handler 子類(lèi)對(duì)象的 sendMesage(msg) 方法時(shí)，在該方法中將 msg 的 target 屬性設(shè)置為自己本身，同時(shí)調(diào)用成員變量 MessageQueue 對(duì)象的 enqueueMessag() 方法將 msg 放入 MessageQueue 中；
主線程創(chuàng)建好之后，會(huì)執(zhí)行 Looper.loop() 方法，該方法中獲取與線程綁定的 Looper 對(duì)象，繼而獲取該 Looper 對(duì)象的成員變量 MessageQueue 對(duì)象，并開(kāi)啟一個(gè)會(huì)阻塞（不占用資源）的死循環(huán)，只要 MessageQueue 中有 msg，就會(huì)獲取該 msg，并執(zhí)行 msg.target.dispatchMessage(msg) 方法（msg.target 即上一步引用的 handler 對(duì)象），此方法中調(diào)用了我們第二步創(chuàng)建 handler 子類(lèi)對(duì)象時(shí)覆寫(xiě)的 handleMessage() 方法。
