Android消息机制解析
为什么主线程中可以直接使用Handler?
Handler 的运行需要底层的 MessageQueue 和 Looper 支撑，MessageQueue 是以单链表为数据结构的消息列表，Looper 以无限循环的形式去查找 MessageQueue 中是否有新消息需要处理。Looper 中还有一个特殊概念 ThreadLocal，可以在不同的线程中互补干扰地存储并提供数据，通过 ThreadLocal 可以轻松获取每个线程的 Looper。线程默认没有 Looper，如果需要使用 Handler 就必须为线程创建 Looper。而主线程，也就是 ActivityThread，它在创建时会初始化 Looper，这就是在主线程中默认可以使用 Handler 的原因。
为什么Android会提供Handler?
Android 规定访问 UI 只能在主线程中进行，如果子线程中访问 UI，那么程序就会抛出异常。ViewRootImpl 对 UI 操作做了验证，该验证过程是由 checkThread 方法完成的：
void checkThread(){
if(mThread != Thread.currentThrad){
throw new CalledFromWrongThreadException(
"Only the original thread that crated a view hierarchy can touch its views");
}
}
同时 Android 又建议在主线程中不要进行耗时操作，否则导致程序无法响应即 ANR。而在系统提供 Handler，正是为了解决子线程中无法访问 UI 的矛盾。
为什么不允许子线程中访问UI呢？
这是因为 Android 的 UI 控件时线程不安全的，如果多线程中并发访问可能导致 UI 控件处于不可预期的状态。
为什么系统不对UI的访问加上锁机制呢？
首先加上锁机制会让 UI 访问逻辑变得负责，其次锁机制会降低 UI 的访问效率，阻塞某些线程的执行。鉴于以上两个缺点，最简单且高效的方法就是采用单线程模型来处理 UI 组件。
Handler的处理过程
Handler 创建完毕后，内部的 Looper 及 MessageQueue 就可以和 Handler 一起协同工作。通过 Handler 的 post 方法将一个 Runnable 投递到 Handler 内部的 Looper 中去处理，也可以通过 Handler 的 send 方法发送一个消息，该消息同样会在 Looper 中处理。而 post 方法最终也是通过 send 方法来完成的。
当 Handler 的 send 方法调用时，会调用 MessageQueue 的 enqueueMessage 方法将这个消息放到消息队列中，然后 Looper 发现有消息来时就会处理这个消息，最终消息中的 Runable 或 Handler 的 HandlerMessage 方法就会被调用。而 Looper 是运行在 Handler 所在线程中，这样一来 Handler 中的业务就被切换到创建 Handler 所在的线程中去执行了。
ThreadLocal (Java8)
运用场景
- 存储当前线程的数据
- 复杂逻辑下的对象传递
内部原理
ThreadLocal 是一个泛型类，其定义为 public class ThreadLocal ，所以弄清楚 ThreadLocal 的 get 和 set 方法就可以明白其工作原理。
先看 set 方法：
public void set(T value) {
//1、获取当前线程
Thread t = Thread.currentThread();
//2、获取线程中的属性 threadLocalMap ,如果threadLocalMap 不为空，
//则直接更新要保存的变量值，否则创建threadLocalMap，并赋值
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
map.set(this, value);
else
// 初始化thradLocalMap 并赋值
createMap(t, value);
}
ThreadLocalMap 是 ThreadLocal 的内部静态类，而它的构成主要是用 Entry 来保存数据 ，而且还是继承的弱引用。在 Entry 内部使用 ThreadLocal 作为 key，使用我们设置的 value 作为 value。
static class ThreadLocalMap {
/**
* The entries in this hash map extend WeakReference, using
* its main ref field as the key (which is always a
* ThreadLocal object). Note that null keys (i.e. entry.get()
* == null) mean that the key is no longer referenced, so the
* entry can be expunged from table. Such entries are referred to
* as "stale entries" in the code that follows.
*/
static class Entry extends WeakReference> {
/** The value associated with this ThreadLocal. */
Object value;
Entry(ThreadLocal k, Object v) {
super(k);
value = v;
}
}
}
//这个是threadlocal 的内部方法
void createMap(Thread t, T firstValue) {
t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}
//ThreadLocalMap 构造方法
ThreadLocalMap(ThreadLocal firstKey, Object firstValue) {
table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];
int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);
table[i] = new Entry(firstKey, firstValue);
size = 1;
setThreshold(INITIAL_CAPACITY);
}
ThreadLocalMap 其实是 Thread 线程的一个属性值，而 ThreadLocal 是维护 ThreadLocalMap。ThreadLocal 的 get 方法如下：
public T get() {
//1、获取当前线程
Thread t = Thread.currentThread();
//2、获取当前线程的ThreadLocalMap
ThreadLocalMap map = getMap(t);
//3、如果map数据为空，
if (map != null) {
//3.1、获取threalLocalMap中存储的值
ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
if (e != null) {
@SuppressWarnings("unchecked")
T result = (T)e.value;
return result;
}
}
//如果是数据为null，则初始化，初始化的结果，TheralLocalMap中存放key值为threadLocal，值为null
return setInitialValue();
}
private T setInitialValue() {
T value = initialValue();
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
map.set(this, value);
else
createMap(t, value);
return value;
}
MessageQueue工作原理
MessageQueue 组要包含两个操作：插入和读取。读取操作本身伴随着删除操作，插入和读取对应的方法分别为 enqueueMessage 和 next。MessageQueue 是通过一个单链表的数据结构来维护消息列表，在插入和删除上比较有优势。
enqueueMessage 源码如下：
boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
...
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 {
// 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;
}
next 源码如下：
Message next() {
...
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;
}
....
}
....
}
}
Looper工作原理
Looper 在 Android 消息机制中扮演着消息循环角色，它会不停从 Message 中查看是否有新消息进行处理，没有则一直阻塞。其构造函数如下：
private Looper(boolean quitAllowed) {
mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
mThread = Thread.currentThread();
}
Handler 工作需要 Looper，一个线程通过 Looper.prepare() 来创建一个 Looper，接着通过 Looper.loop() 来开启消息循环。
new Thread("ThreadName"){
@Override
public void run(){
Looper.prepare();
Handler handler = new Handler();
Looper.looper();
}
}.start();
Looper 除了 prepare 方法外，还提供了 prepareMainLooper 方法，该方法主要是给 ActivityThread 创建 Looper 使用的，本质也是通过 prepare 来实现的。此外，Looper 还提供了一个 getMainLooper 方法，通过它可以在任何地方获取到主线程的 Looper。Looper 也是可以退出的，它提供了 quit 和 quitSafely 来退出一个 Looper，两者区别在于 quit 会直接退出，而 quickSafely 只是设定一个退出标识，然后把消息队列的已有消息处理完毕后才安全退出。
Looper 在调用 loop 方法后，消息循环系统才会真正起作用，其实现如下所示：
/**
* Run the message queue in this thread. Be sure to call
* {@link #quit()} to end the loop.
*/
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();
// Allow overriding a threshold with a system prop. e.g.
// adb shell 'setprop log.looper.1000.main.slow 1 && stop && start'
final int thresholdOverride =
SystemProperties.getInt("log.looper."
+ Process.myUid() + "."
+ Thread.currentThread().getName()
+ ".slow", 0);
boolean slowDeliveryDetected = false;
for (;;) {
//queue.next()是一个阻塞方法，没有消息时一直阻塞
Message msg = queue.next(); // might block
if (msg == null) {
//消息为空时则跳出循环
return;
}
// This must be in a local variable, in case a UI event sets the logger
final Printer logging = me.mLogging;
if (logging != null) {
logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " +
msg.callback + ": " + msg.what);
}
final long traceTag = me.mTraceTag;
long slowDispatchThresholdMs = me.mSlowDispatchThresholdMs;
long slowDeliveryThresholdMs = me.mSlowDeliveryThresholdMs;
if (thresholdOverride > 0) {
slowDispatchThresholdMs = thresholdOverride;
slowDeliveryThresholdMs = thresholdOverride;
}
final boolean logSlowDelivery = (slowDeliveryThresholdMs > 0) && (msg.when > 0);
final boolean logSlowDispatch = (slowDispatchThresholdMs > 0);
final boolean needStartTime = logSlowDelivery || logSlowDispatch;
final boolean needEndTime = logSlowDispatch;
if (traceTag != 0 && Trace.isTagEnabled(traceTag)) {
Trace.traceBegin(traceTag, msg.target.getTraceName(msg));
}
final long dispatchStart = needStartTime ? SystemClock.uptimeMillis() : 0;
final long dispatchEnd;
try {
//msg.target为发送该消息的Handler对象
//发送的消息最终通过dispatchMessage()进行处理
msg.target.dispatchMessage(msg);
dispatchEnd = needEndTime ? SystemClock.uptimeMillis() : 0;
} finally {
if (traceTag != 0) {
Trace.traceEnd(traceTag);
}
}
if (logSlowDelivery) {
if (slowDeliveryDetected) {
if ((dispatchStart - msg.when) Handler工作原理Handler 的工作主要包含消息的发送和接收过程，消息的发送通过 post 的一系列方法以及 send 的一系列方法来实现。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);
}
可以发现，Handler 发送消息的过程仅仅时向消息对列中插入了一条消息，MessageQueue 的 next 方法就会返回这条消息给 Looper，Looper 接收后开始处理，最终消息由 Looper 交由 Handler 处理，即 Handler 的 dispatchMessage 方法调用。public void dispatchMessage(Message msg) {
if (msg.callback != null) {
handleCallback(msg);
} else {
if (mCallback != null) {
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
}
}
handleMessage(msg);
}
}
Message 的 callback 是一个 Runnable 对象，实际上就是 Handler 的 post 方法传递的 Runnable 参数。handleCallback 的逻辑如下： private static void handleCallback(Message message) {
message.callback.run();
}
当 mCallback 不为 null 时就调用 mCallback 的 handleMessage 方法来处理消息，其定义如下： /**
* Callback interface you can use when instantiating a Handler to avoid
* having to implement your own subclass of Handler.
*/
public interface Callback {
/**
* @param msg A {@link android.os.Message Message} object
* @return True if no further handling is desired
*/
public boolean handleMessage(Message msg);
}
Handler 还有一个特殊的构造方法，就是通过一个特定的 Looper 来构造 Handler，其实现如下：public Handler(Looper looper){
this(looper,null,false);
}
Handler 的默认构造方法 public Handler() 会调用如下的构造方法，解释了在没有 Looper 的子线程中会引发程序异常的原因。public Handler(Callback callback, boolean async) {
...
mLooper = Looper.myLooper();
if (mLooper == null) {
throw new RuntimeException(
"Can't create handler inside thread " + Thread.currentThread()
+ " that has not called Looper.prepare()");
}
mQueue = mLooper.mQueue;
mCallback = callback;
mAsynchronous = async;
}
参考书籍：《Android开发艺术探索》/任玉刚 | 电子工业出版社
Original: https://www.cnblogs.com/xiaobaiLX/p/16606905.html
Author: 知识焦虑症患者
Title: Android学习笔记——Android消息机制解析
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