Android的Handler消息通信详解

news/2024/11/25 2:39:48/

目录

 背景

1. Handler基本使用 

2. Handler的Looper源码分析

3. Handler的Message以及消息池、MessageQueue

4. Handler的Native实现 

4.1 MessageQueue

4.2 Native结构体和类

4.2.1 Message结构体 

4.2.2 消息处理类 

4.2.3 回调类

4.2.5  ALooper类 

5. 总结：

 背景

        Android有主线程概念用于刷新UI ，但是主线程是不能够耗时的。 比如当某个子线程耗时操作完之后，想要通知到主线程更新UI，这个时候就需要一套线程通讯机制通知到主线程 。我想这就是Handler诞生的背景。  

       接下来我们从基础使用，慢慢根据源码分析Handler的基本原理 。

1. Handler基本使用 

主线程里面使用Handler  

private val mainThreadHandler = object : Handler(Looper.getMainLooper()) {override fun handleMessage(msg: Message) {if(msg.what ==1){Log.i(TAG, "handleMessage: MainThreadHandler receive message ")}}}

Looper.getMainLooper() 可以获得Looper里面的 sMainLooper 对象，而在ActivityThread在main函数调用Looper.prepareMainLooper()初始化了主线程的Looper 。

子线程使用Handler 

 thread {Looper.prepare()threadHandler = object : Handler(Looper.myLooper()!!) {override fun handleMessage(msg: Message) {if(msg.what ==0){Log.i(TAG, "handleMessage: threadHandler receive message ")}}}Looper.loop()}

 Loop.prepare() 源码： 

  if (sThreadLocal.get() != null) {throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");}sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));

     通过源代码中可以得知Loop.prepare() 通过ThreadLocal存储了一个Looper对象，也就说一个线程只有一个Looper对象。 那么Looper到底做了什么事情呢？

2. Handler的Looper源码分析

      通过Looper源码分析，Looper构造函数上初始化了 MessageQueued队列和保存了当前Thread对象 。

 private Looper(boolean quitAllowed) {mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);mThread = Thread.currentThread();}

我们知道了Looper.prepare()静态方法会初始化当前线程唯一的Looper对象，并且用ThreadLocal储存起来，此外Looper还有一个非常关键的静态方法Looper.loop()  ，接下来我们通过源码分析一下loop（）做了那些事情 

public static void loop() {final Looper me = myLooper();if (me == null) {throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");}if (me.mInLoop) {Slog.w(TAG, "Loop again would have the queued messages be executed"+ " before this one completed.");}me.mInLoop = true;// 确保该线程的标识是本地进程的标识， 并跟踪该身份令牌实际上是什么。Binder.clearCallingIdentity();final long ident = Binder.clearCallingIdentity();// 允许使用系统属性覆盖阈值。 例如// adb shell 'setprop log.looper.1000.main.slow 1 && 停止 && 开始'final int thresholdOverride =SystemProperties.getInt("log.looper."+ Process.myUid() + "."+ Thread.currentThread().getName()+ ".slow", 0);me.mSlowDeliveryDetected = false;for (;;) {if (!loopOnce(me, ident, thresholdOverride)) {return;}}}

looper方法最后执行逻辑是一个for死循环，只有当loopOnce（）返回false时候才会退出这个死循环。 loopOnce传入了当前线程的looper对象和线程标识，接下里我们看下loopOnce逻辑 

    private static boolean loopOnce(final Looper me,final long ident, final int thresholdOverride) {Message msg = me.mQueue.next(); // might blockif (msg == null) {// No message indicates that the message queue is quitting.return false;}// This must be in a local variable, in case a UI event sets the loggerfinal Printer logging = me.mLogging;if (logging != null) {logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " "+ msg.callback + ": " + msg.what);}// Make sure the observer won't change while processing a transaction.final Observer observer = sObserver;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;Object token = null;if (observer != null) {token = observer.messageDispatchStarting();}long origWorkSource = ThreadLocalWorkSource.setUid(msg.workSourceUid);try {msg.target.dispatchMessage(msg);if (observer != null) {observer.messageDispatched(token, msg);}dispatchEnd = needEndTime ? SystemClock.uptimeMillis() : 0;} catch (Exception exception) {if (observer != null) {observer.dispatchingThrewException(token, msg, exception);}throw exception;} finally {ThreadLocalWorkSource.restore(origWorkSource);if (traceTag != 0) {Trace.traceEnd(traceTag);}}if (logSlowDelivery) {if (me.mSlowDeliveryDetected) {if ((dispatchStart - msg.when) <= 10) {Slog.w(TAG, "Drained");me.mSlowDeliveryDetected = false;}} else {if (showSlowLog(slowDeliveryThresholdMs, msg.when, dispatchStart, "delivery",msg)) {// Once we write a slow delivery log, suppress until the queue drains.me.mSlowDeliveryDetected = true;}}}if (logSlowDispatch) {showSlowLog(slowDispatchThresholdMs, dispatchStart, dispatchEnd, "dispatch", 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();return true;}

通过代码分析可以知道 Loop退出机制，当拿到Message为null时候就会跳出looper，且利用loop对象拿到MessageQueue队列的对象，然后一直在读取队列的值，这个是一个可能会阻塞的方法。 

       到这里可以得出结论： Looper职责比较单一，新建MessageQueue队列，然后从维护的队列里面拿出Message ，然后在Message拿到自已target就是Handler对象然后回调，（详细的Message原理下面会讲到）   msg.target.dispatchMessage(msg) 。loop一直在循环等待新的Message发送过来。 

接下来我们分析一下Message做了哪些事情？

3. Handler的Message以及消息池、MessageQueue

Message分析    

 Handler传递消息载体是Message，获取Message方式也很多，可以直接通过构建方法构建，也可以通过Handler对象获取到Message，那么这2种方式有什么不一样呢？

通过源码发现Message持有了一个单向的链表的消息池，这个消息池限制在50个。每一次我们通过Handler对象拿到的Message其实就是消息池里面缓存起来对象，这样避免了多次创建Message实例。 sPool采取先进后出方式，Message提供了一个recycle()方法，可以把Message加入到消息池 。把新加入的放到了链表头部，消息池的数量加一。 

 void recycleUnchecked() {..... synchronized (sPoolSync) {if (sPoolSize < MAX_POOL_SIZE) {next = sPool;sPool = this;sPoolSize++;}}}

所以可以得出通过Hander对象obtain方法获取到Message对象和直接构造方法创建的Message主要区别是减少了Message对象的创建实例。 

Message的target 就是Handler对象，Message通过调用target来回调方法通知到handler  

1. Message如何被发送出去？ 如何加入到MessageQueue ? 

Hander对象调用sendMessageAtTime() ,最后调用enqueueMessage() 方法 ，hander对象的queue就是Looper创建的。message被加到MessageQueue接下来就是队列唤醒的逻辑。

MessageQueue分析

Java层有一个MessageQueue处理Java消息，native层也有一个MessageQueue处理Native的消息。首先MessageQueue初始化是在Looper对象，然后也给到Hander对象持有。方法enqueueMessage（）被调用之后就开始队列逻辑工作。   看一下enqueueMessage的部分源码： 

  boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {......  msg.markInUse();msg.when = when;Message p = mMessages;boolean needWake;if (p == null || when == 0 || when < p.when) {// 插入队列的中间。通常我们不必重新唤醒msg.next = p;mMessages = msg;needWake = mBlocked;} else {//插入队列的中间。通常我们不必重新唤醒//排在事件队列的前面，除非队列的前面有挂起的//并且该消息是队列中最早的异步消息。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.nextprev.next = msg;}// We can assume mPtr != 0 because mQuitting is false.if (needWake) {nativeWake(mPtr);}}return true;}

该函数首先会判断判断是否msg.target有Handler的引用，消息会被按着时间顺序被添加到队列中。

next() 方法  

  Message next() {......  int pendingIdleHandlerCount = -1; // -1 only during first iterationint nextPollTimeoutMillis = 0;for (;;) {if (nextPollTimeoutMillis != 0) {Binder.flushPendingCommands();}// 在没有消息的时候回阻塞管道读取端，只有nativePollOnce返回之后才能往下执行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;}.......  }}

其中nextPollTimeoutMillis代表下一个消息到来前，还需要等待的时长；当nextPollTimeoutMillis = -1时，表示消息队列中无消息，会一直等待下去。当处于空闲时，往往会执行IdleHandler中的方法。当nativePollOnce()返回后，next()从mMessages中提取一个消息。

nativePollOnce()很重要，是一个native的函数，在native做了大量的工作，主要涉及到epoll机制的处理（在没有消息处理时阻塞在管道的读端）

4. Handler的Native实现 

4.1 MessageQueue

MessageQueue类里面涉及到多个native方法，除了MessageQueue的native方法，native层本身也有一套完整的消息机制，用于处理native的消息，而MessageQueue是连接Java层和Native层的纽带，换言之，Java层可以向MessageQueue消息队列中添加消息，Native层也可以向MessageQueue消息队列中添加消息，接下来来看看MessageQueue。

native方法： 

private native static long nativeInit();
private native static void nativeDestroy(long ptr);
private native void nativePollOnce(long ptr, int timeoutMillis);
private native static void nativeWake(long ptr);
private native static boolean nativeIsPolling(long ptr);
private native static void nativeSetFileDescriptorEvents(long ptr, int fd, int events);

nativeInit()初始化链路调用 

 

此处Native层的Looper与Java层的Looper没有任何的关系，只是在Native层重实现了一套类似功能的逻辑。Looper对象中的mWakeEventFd添加到epoll监控，以及mRequests也添加到epoll的监控范围内。

  • nativeInit()方法：
    • 创建了NativeMessageQueue对象，增加其引用计数，并将NativeMessageQueue指针mPtr保存在Java层的MessageQueue
    • 创建了Native Looper对象
    • 调用epoll的epoll_create()/epoll_ctl()来完成对mWakeEventFd和mRequests的可读事件监听
  • nativeDestroy()方法
    • 调用RefBase::decStrong()来减少对象的引用计数
    • 当引用计数为0时，则删除NativeMessageQueue对象
  • nativePollOnce()方法
    • 调用Looper::pollOnce()来完成，空闲时停留在epoll_wait()方法，用于等待事件发生或者超时
  • nativeWake()方法
    • 调用Looper::wake()来完成，向管道mWakeEventfd写入字符；

下面列举Java层与Native层的对应图

红色虚线部分：Java层和Native层的MessageQueue通过Jni建立关联，相互之间可以互相调用。 蓝色部分： Handler/Looper/Message 三大类Java层和Native层没有关联，分别在Java层和Native层Handler消息模型中具有类似功能，彼此独立各自实现对应逻辑。   

        另外，消息处理流程是先处理Native Message，再处理Native Request，最后处理Java Message。也就为什么有时上层消息很少，但响应时间却较长的真正原因。

4.2 Native结构体和类

4.2.1 Message结构体 

struct Message {Message() : what(0) { }Message(int what) : what(what) { }int what; // 消息类型
};

4.2.2 消息处理类 

class MessageHandler : public virtual RefBase {
protected:virtual ~MessageHandler() { }
public:virtual void handleMessage(const Message& message) = 0;
};

WeakMessageHandler类，继承于MessageHandler类

4.2.3 回调类

class LooperCallback : public virtual RefBase {
protected:virtual ~LooperCallback() { }
public://用于处理指定的文件描述符的poll事件virtual int handleEvent(int fd, int events, void* data) = 0;
};

4.2.4 Looper类

static const int EPOLL_SIZE_HINT = 8; //每个epoll实例默认的文件描述符个数
static const int EPOLL_MAX_EVENTS = 16; //轮询事件的文件描述符的个数上限

其中Looper类的内部定义了Request，Response，MessageEnvelope这3个结构体

MessageEnvelope正如其名字，信封。MessageEnvelope里面记录着收信人(handler)，发信时间(uptime)，信件内容(message)

4.2.5  ALooper类 

ALooper类定义在通过looper.cpp/looper.h

static inline Looper* ALooper_to_Looper(ALooper* alooper) {return reinterpret_cast<Looper*>(alooper);
}
static inline ALooper* Looper_to_ALooper(Looper* looper) {return reinterpret_cast<ALooper*>(looper);
}

 ALooper类 与前面介绍的Looper类，更多的操作是通过ALooper_to_Looper(), Looper_to_ALooper()这两个方法转换完成的，也就是说ALooper类中定义的所有方法，都是通过转换为Looper类，再执行Looper中的方法。

5. 总结：

     我们得出Handler消息机制其实就是一个典型的生产者-消费者模型。 

可以用一张图，来表示整个消息机制

 

1. Handler通过sendMessage()发送Message到MessageQueue队列；

2. Looper通过loop()，不断提取出达到触发条件的Message，并将Message交给target来处理；

3. 经过dispatchMessage()后，交回给Handler的handleMessage()来进行相应地处理。

4. 将Message加入MessageQueue时，处往管道写入字符，可以会唤醒loop线程；

消息分发的优先级：

  1. Message的回调方法：message.callback.run()，优先级最高；
  2. Handler的回调方法：Handler.mCallback.handleMessage(msg)，优先级仅次于1；
  3. Handler的默认方法：Handler.handleMessage(msg)，优先级最低。

消息缓存池：

为了提供效率，提供了一个大小为50的Message缓存队列，减少对象不断创建与销毁的过程。

参考文章： Android消息机制2-Handler(Native层) - Gityuan博客 | 袁辉辉的技术博客


http://www.ppmy.cn/news/1001353.html

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