Handler執行機制
Handler的執行機制
Handler的作用：
當我們需要在子執行緒處理耗時的操作（例如訪問網路，資料庫的操作），而當耗時的操作完成後，需要更新UI，這就需要使用Handler來處理，因為子執行緒不能做更新UI的操作。Handler能幫我們很容易的把任務（在子執行緒處理）切換回它所在的執行緒。簡單理解，Handler就是解決執行緒和執行緒之間的通訊的。
Handler的使用
使用的handler的兩種形式：
1.在主執行緒使用handler；
2.在子執行緒使用handler。
在主執行緒使用handler的示例：
public class 
在主執行緒使用handler很簡單，只需在主執行緒建立一個handler物件，在子執行緒通過在主執行緒建立的handler物件傳送Message，在handleMessage（）方法中接受這個Message物件進行處理。通過handler很容易的從子執行緒切換回主執行緒了。
那麼來看看在子執行緒中使用是否也是如此。
public class TestHandlerActivity extends AppCompatActivity {
private static final String TAG = "TestHandlerActivity";
//主執行緒中的handler
private Handler mHandler = new Handler(){
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
super.handleMessage(msg);
//獲得剛才傳送的Message物件，然後在這裡進行UI操作
Log.e(TAG,"------------> msg.what = " + msg.what);
}
};
//子執行緒中的handler
private Handler mHandlerThread = null;
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_handler_test);
initData();
}
private void initData() {
//開啟一個執行緒模擬處理耗時的操作
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
SystemClock.sleep(2000);
//通過Handler傳送一個訊息切換回主執行緒（mHandler所在的執行緒）
mHandler.sendEmptyMessage(0);
//在子執行緒中建立Handler
mHandlerThread = new Handler(){
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
super.handleMessage(msg);
Log.e("sub thread","---------> msg.what = " + msg.what);
}
};
mHandlerThread.sendEmptyMessage(1);
}
}).start();
}
程式崩潰了。報的錯誤是沒有在子執行緒呼叫Looper.prepare()的方法。而為什麼在主執行緒中使用不會報錯？通過原始碼的分析可以解析這個問題。
在子執行緒中正確的使用Handler應該是這樣的。
public class TestHandlerActivity extends AppCompatActivity {
private static final String TAG = "TestHandlerActivity";
//主執行緒的Handler
private Handler mHandler = new Handler(){
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
super.handleMessage(msg);
//獲得剛才傳送的Message物件，然後在這裡進行UI操作
Log.e(TAG,"------------> msg.what = " + msg.what);
}
};
//子執行緒中的Handler
private Handler mHandlerThread = null;
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_handler_test);
initData();
}
private void initData() {
//開啟一個執行緒模擬處理耗時的操作
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
SystemClock.sleep(2000);
//通過Handler傳送一個訊息切換回主執行緒（mHandler所在的執行緒）
mHandler.sendEmptyMessage(0);
//呼叫Looper.prepare（）方法
Looper.prepare();
mHandlerThread = new Handler(){
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
super.handleMessage(msg);
Log.e("sub thread","---------> msg.what = " + msg.what);
}
};
mHandlerThread.sendEmptyMessage(1);
//呼叫Looper.loop（）方法
Looper.loop();
}
}).start();
}
可以看到，通過呼叫Looper.prepare()執行正常，handleMessage方法中就可以接收到傳送的Message。
至於為什麼要呼叫這個方法呢？去看看原始碼。
Handler的原始碼分析
Handler的訊息處理主要有五個部分組成，Message，Handler，Message Queue，Looper和ThreadLocal。首先簡要的瞭解這些物件的概念
Message：Message是線上程之間傳遞的訊息，它可以在內部攜帶少量的資料，用於執行緒之間交換資料。Message有四個常用的欄位，what欄位，arg1欄位，arg2欄位，obj欄位。what，arg1，arg2可以攜帶整型資料，obj可以攜帶object物件。
Handler：它主要用於傳送和處理訊息的傳送訊息一般使用sendMessage（）方法,還有其他的一系列sendXXX的方法，但最終都是呼叫了sendMessageAtTime方法，除了sendMessageAtFrontOfQueue（）這個方法
而發出的訊息經過一系列的輾轉處理後，最終會傳遞到Handler的handleMessage方法中。
Message Queue：MessageQueue是訊息佇列的意思，它主要用於存放所有通過Handler傳送的訊息，這部分的訊息會一直存在於訊息佇列中，等待被處理。每個執行緒中只會有一個MessageQueue物件。
Looper：每個執行緒通過Handler傳送的訊息都儲存在，MessageQueue中，Looper通過呼叫loop（）的方法，就會進入到一個無限迴圈當中，然後每當發現Message Queue中存在一條訊息，就會將它取出，並傳遞到Handler的handleMessage（）方法中。每個執行緒中只會有一個Looper物件。
ThreadLocal：MessageQueue物件，和Looper物件在每個執行緒中都只會有一個物件，怎麼能保證它只有一個物件，就通過ThreadLocal來儲存。Thread Local是一個執行緒內部的資料儲存類，通過它可以在指定執行緒中儲存資料，資料儲存以後，只有在指定執行緒中可以獲取到儲存到資料，對於其他執行緒來說則無法獲取到資料。
瞭解了這些基本概念後，我們深入原始碼來了解Handler的工作機制。
MessageQueue的工作原理
MessageQueue訊息佇列是通過一個單鏈表的資料結構來維護訊息列表的。下面主要看enqueueMessage方法和next（）方法。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) {
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;
}可以看出，在這個方法裡主要是根據時間的順序向單鏈表中插入一條訊息。
next（）方法。如下
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;
}
}在next方法是一個無限迴圈的方法，如果有訊息返回這條訊息並從連結串列中移除，而沒有訊息則一直阻塞在這裡。
Looper的工作原理
每個程式都有一個入口，而Android程式是基於java的，java的程式入口是靜態的main函式，因此Android程式的入口也應該為靜態的main函式，在android程式中這個靜態的main在ActivityThread類中。我們來看一下這個main方法，如下：
public static void main(String[] args) {
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());
Security.addProvider(new AndroidKeyStoreProvider());
// 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"));
}
Looper.loop();
throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
}在main方法中系統呼叫了 Looper.prepareMainLooper();來建立主執行緒的Looper以及MessageQueue，並通過Looper.loop（）來開啟主執行緒的訊息迴圈。來看看Looper.prepareMainLooper()是怎麼創建出這兩個物件的。如下：
public static void prepareMainLooper() {
prepare(false);
synchronized (Looper.class) {
if (sMainLooper != null) {
throw new IllegalStateException("The main Looper has already been prepared.");
}
sMainLooper = myLooper();
}
}可以看到，在這個方法中呼叫了 prepare(false);方法和 myLooper();方法，我在進入這個兩個方法中，如下：
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));
}在這裡可以看出，sThreadLocal物件儲存了一個Looper物件，首先判斷是否已經存在Looper物件了，以防止被呼叫兩次。sThreadLocal物件是ThreadLocal型別，因此保證了每個執行緒中只有一個Looper物件。Looper物件是什麼建立的，我們進入看看，如下：
private Looper(boolean quitAllowed) {
mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
mThread = Thread.currentThread();
}可以看出，這裡在Looper建構函式中創建出了一個MessageQueue物件和儲存了當前執行緒。從上面可以看出一個執行緒中只有一個Looper物件，而Message Queue物件是在Looper建構函式創建出來的，因此每一個執行緒也只會有一個MessageQueue物件。
對prepare方法還有一個過載的方法：如下
public static void prepare() {
prepare(true);
}prepare()僅僅是對prepare(boolean quitAllowed) 的封裝而已，在這裡就很好解釋了在主執行緒為什麼不用呼叫Looper.prepare（）方法了。因為在主執行緒啟動的時候系統已經幫我們自動呼叫了Looper.prepare()方法。
在Looper.prepareMainLooper（）方法中還呼叫了一個方法myLooper()，我們進去看看，如下：
/**
* Return the Looper object associated with the current thread. Returns
* null if the calling thread is not associated with a Looper.
*/
public static Looper myLooper() {
return sThreadLocal.get();
}在呼叫prepare（）方法中在當前執行緒儲存一個Looper物件sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));my Looper（）方法就是取出當前執行緒的Looper物件，儲存在sMainLooper引用中。
在main（）方法中還呼叫了Looper.loop()方法，如下：
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.recycle();
}
}
在這個方法裡，進入一個無限迴圈，不斷的從MessageQueue的next方法獲取訊息，而next方法是一個阻塞操作，當沒有訊息的時候一直在阻塞，當有訊息通過 msg.target.dispatchMessage(msg);這裡的msg.target其實就是傳送給這條訊息的Handler物件。
Handler的執行機制
看看Handler的構造方法。如下：
public Handler(Callback callback) {
this(callback, false);
}
public Handler(Looper looper) {
this(looper, null, false);
}
public Handler(Looper looper, Callback callback) {
this(looper, callback, false);
}
我們去看看沒有Looper 物件的構造方法：
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;
}可以看到，到looper物件為null，丟擲 “Can’t create handler inside thread that has not called Looper.prepare()”異常由這裡可以知道，當我們在子執行緒使用Handler的時候要手動呼叫Looper.prepare()建立一個Looper物件，之所以主執行緒不用，是系統啟動的時候幫我們自動呼叫了Looper.prepare()方法。
handler的工作主要包含傳送和接收過程。訊息的傳送主要通過post和send的一系列方法，而post的一系列方法是最終是通過send的一系列方法來實現的。而send的一系列方法最終是通過sendMessageAtTime方法來實現的，除了sendMessageAtFrontOfQueue（）這個方法。去看看這些一系列send的方法，如下：
public final boolean sendMessage(Message msg)
{
return sendMessageDelayed(msg, 0);
}
public final boolean sendEmptyMessage(int what)
{
return sendEmptyMessageDelayed(what, 0);
}
public final boolean sendEmptyMessageAtTime(int what, long uptimeMillis) {
Message msg = Message.obtain();
msg.what = what;
return sendMessageAtTime(msg, uptimeMillis);
}
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);
}
public final boolean sendMessageAtFrontOfQueue(Message msg) {
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, 0);
}
private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
msg.target = this;
if (mAsynchronous) {
msg.setAsynchronous(true);
}
return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}可以看出，handler傳送一條訊息其實就是在訊息佇列插入一條訊息。在Looper的loop方法中，從Message Queue中取出訊息調msg.target.dispatchMessage(msg);這裡其實就是呼叫了Handler的dispatchMessage(msg)方法，進去看看，如下：
/**
* Handle system messages here.
*/
public void dispatchMessage(Message msg) {
if (msg.callback != null) {
handleCallback(msg);
} else {
if (mCallback != null) {
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
}
}
handleMessage(msg);
}
}判斷msg.callback是否為空，不為空呼叫 handleCallback(msg);來處理訊息。其實callback是一個Runnable物件，就是Handler傳送post訊息傳過來的物件。
public final boolean post(Runnable r)
{
return sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);
}
public final boolean postAtTime(Runnable r, long uptimeMillis)
{
return sendMessageAtTime(getPostMessage(r), uptimeMillis);
}
public final boolean postAtTime(Runnable r, Object token, long uptimeMillis)
{
return sendMessageAtTime(getPostMessage(r, token), uptimeMillis);
}
public final boolean postDelayed(Runnable r, long delayMillis)
{
return sendMessageDelayed(getPostMessage(r), delayMillis);
}
public final boolean postAtFrontOfQueue(Runnable r)
{
return sendMessageAtFrontOfQueue(getPostMessage(r));
}
private static Message getPostMessage(Runnable r) {
Message m = Message.obtain();
m.callback = r;
return m;
}進去handleCallback方法看看怎麼處理訊息的，如下：
private static void handleCallback(Message message) {
message.callback.run();
}
可以看出，其實就是回撥Runnable物件的run方法。Activity的runOnUiThread，View的postDelayed方法也是同樣的原理，我們先看看runOnUiThread方法，如下：
public final void runOnUiThread(Runnable action) {
if (Thread.currentThread() != mUiThread) {
mHandler.post(action);
} else {
action.run();
}
}View的postDelayed方法。如下：
public boolean postDelayed(Runnable action, long delayMillis) {
final AttachInfo attachInfo = mAttachInfo;
if (attachInfo != null) {
return attachInfo.mHandler.postDelayed(action, delayMillis);
}
// Assume that post will succeed later
ViewRootImpl.getRunQueue().postDelayed(action, delayMillis);
return true;
}實質上都是在UI執行緒中執行了Runnable的run方法。
如果msg.callback是否為null，判斷mCallback是否為null？mCallback是一個介面，如下：
/**
* Callback interface you can use when instantiating a Handler to avoid
* having to implement your own subclass of Handler.
*
* @param msg A {@link android.os.Message Message} object
* @return True if no further handling is desired
*/
public interface Callback {
public boolean handleMessage(Message msg);
}CallBack其實提供了另一種使用Handler的方式，可以派生子類重寫handleMessage（）方法，也可以通過設定CallBack來實現。
我們梳理一下我們在主執行緒使用Handler的過程。
首先在主執行緒建立一個Handler物件 ，並重寫handleMessage（）方法。然後當在子執行緒中需要進行更新UI的操作，我們就建立一個Message物件，並通過handler傳送這條訊息出去。之後這條訊息被加入到MessageQueue佇列中等待被處理，通過Looper物件會一直嘗試從Message Queue中取出待處理的訊息，最後分發會Handler的handler Message（）方法中。
END…