[Android] 从源码分析 Handler 消息机制

前言

上篇文章叙述了 Handler 的用法和避免因为不当使用 Handler 引起内存泄露的方法。这篇文章将从源码分析 Handler 消息机制的实现。

Looper

我们知道要想使用 Handler 就必须在当前线程里初始化 Looper，我们初始化 Looper 的做法是调用 Looper.prepare() 方法。然后调用 Looper.loop() 方法。首先，我先来看 Looper.prepare() 的源码：

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));
}

由上面源码可以看出，在 Looper 的 prepare() 方法里调用了 sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed))。sThreadLocal 的类型是 ThreadLocal 。 ThreadLocal 是一个线程内部的数据存储类，通过它可以在指定的线程中存储数据，数据存储以后，只能在指定的线程中可以获取到存储的数据，对于其他线程来说则无法获取到数据。这里通过 ThreadLocal 的 set 方法将一个 Looper 对象存储到当前线程中。

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();
}
}

由上述代码可以看出，Looper.loop() 方法的主体是一个死循环。只有当 MessageQueue 的 next() 方法返回 null 的时候才会跳出循环。但是 MessageQueue 的 next() 方法是一阻塞的方法，当 MessageQueue 中没有消息的时候 next() 方法会阻塞。当调用了 MessageQueue 的 quit 或者 quitSafely 方法时 MessageQueue 的 next 方法就会返回 null。

如果 MessageQueue 的 next 方法返回了新消息，将执行 msg.target.dispatchMessage(msg)，这里的 msg.target是发送这条消息的 Handler 对象，这样 Handler 发送的消息最终交给他的 dispatchMessage 方法处理。而 Handler 的 dispatchMessage 方法是在创建 Handler 时所使用的 Looper 中执行的，所以将代码切换到了 Looper 所在的线程中执行了。

Handler 和 MessageQueue

先来看 Handler 的初始化

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

由上面代码可以看出，在 Handler 初始化的时候会先通过Looper.myLooper 方法取出当前线程的 Looper，如果当前线程还没有初始化 Looper，将抛出异常。

Handler 的主要工作就是发送和处理消息。Handler 发送消息是通过 post 和 send 的一系列的方法来实现的。但他们最终都要调用 Handler 的 sendMessageAtTime 方法。

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);
}

由上述代码可以看出，Handler 的 sendMessageAtTime 方法会调用 enqueueMessage，而 enqueueMessage 调用了 MessageQueue 的 enqueueMessage 方法。

下面看 MessageQueue 的 enqueueMessage 方法：

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("MessageQueue", 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;
}

由上述代码可以看出，Handler 发送消息是向消息队列中插入一条消息， MessageQueue 的 next 方法会返回这条消息给 Looper 交给 Handler 处理。这时 Handler 的 dispatchMessage 方法会被调用，Handler 进入处理消息的阶段。

Handler 的 dispatchMessage 方法的实现如下所示：

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

在 Handler 处理消息的过程如下：

首先判断 Message 的 callBack 是否为空，不为空则调用 handleCallback 方法。callBack 实际是 Runnable 对象，而 handleCallback 方法则调用了 Runnable 的 run 方法。如果 Message 的 callBack 为空则判断 mCallBack 是否为空。不为空这调用它的 handleMessage 方法。mCallBack 是个接口，通过 CallBack 可以使用 Handler(Callback callback) 来创建 Handler 的对象，

而不用派生 Handler 的子类。最后调用 Handler 的 handlerMessage 方法处理消息。