Android Handler異步消息處理機制解讀
前言
去年年底很忙，就沒什麼時間寫博客，後面就是疫情了，疫情在老家把整個人都搞的渾渾噩噩的，提不起興致。回到公司復工也是比較忙，沒啥時間寫，週末不陪陪媳婦兒還要不高興，最近稍微空閒了一點，準備重新開始繼續找回狀態吧，從基礎的安卓異步消息處理機制開始，網上類似博客很多，但是打算自己重新回顧一下加深印象。
開始之前
說到消息機制，大家一定非常熟悉，因爲平時coding的時候高頻率的使用。我們都知道，Android系統規定只能在主線程更新UI，子線程進行耗時操作，如果主線程進行耗時操作就會出現ANR（Application Not Responding）的現象，子線程更新UI就會報錯，看看子線程更新UI會有什麼情況：
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
tvContent = findViewById(R.id.tv_content);
tvContent.setText("89797");
}
}).start();
這段代碼，我們運行之後，不出意外會報下面的錯誤，
Only the original thread that created a view hierarchy can touch its views
那麼怎麼解決呢，當然是用handler機制啦，不過我們只知道如何使用肯定是不行的，不然也不用花費時間來寫這篇文章了。
（PS：有的人可能會說，子線程並非一定不能更新UI啊，我在onCreate裏創建一個子線程刷新UI就可以啊，當然沒錯，子線程可以在ViewRootImpl還沒有被創建之前更新UI，但是我們這裏指的是谷歌官方的規定，通用情況下，是不可以在子線程裏更新UI的）
先來看看如何解決這個問題，改完之後的代碼：
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
// Looper.prepare();//子線程中創建handler Looper得先prepare
Handler handler = new Handler(){
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
super.handleMessage(msg);
tvContent.setText(msg.obj.toString());
}
};
Message message = Message.obtain();
message.obj = "test";
message.what = 1;
handler.sendMessage(message);
//Looper.loop();//接收消息
}
}).start();
這樣就解決了，運行一下，發現又報錯了
java.lang.RuntimeException: Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()
at android.os.Handler.<init>(Handler.java:203)
at android.os.Handler.<init>(Handler.java:117)
at com.lyj.git.MainActivity$1$1.<init>(MainActivity.java:33)
at com.lyj.git.MainActivity$1.run(MainActivity.java:33)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:764)
好的，根據報錯提示，加上Looper.prepare()，解決，但是發現雖然沒有報錯了，但是消息沒有接收到，加上Looper.loop()，完美解決。
正題
好了，說了半天，進入正題，從源碼角度分析。
首先我們來看看這個報錯原因，爲什麼在子線程實例化的時候不調用Looper.prepare就會報錯呢，實例化一個Handler的時候，我們一步步跟代碼可以發現，最後都會走到下面這個方法
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;
}
這個方法的倒數第六行我們可以看到，如果loop爲空，就會拋出異常，就是我們最開始出現的錯誤日誌，那麼什麼時候這個對象纔會爲空呢，我們來看看mylooper方法
public static @Nullable Looper myLooper() {
return sThreadLocal.get();
}
這個方法很簡單，就是從sThreadLocal中獲取，很顯然如果sThreadLocal中有Looper存在就返回Looper，如果沒有Looper存在就返回空了
那麼這個又是在哪給sThreadLocal設置變量的呢，是在Loop.prepare裏面
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));
}
//可以看到，該方法在當前thread創建了一個Looper(), ThreadLocal主要用於維護線程的本地變量，
private Looper(boolean quitAllowed) {
mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
mThread = Thread.currentThread();
}
看這段代碼，判斷sThreadLocal中是否已經存在Looper了，如果還沒有則創建一個新的Looper設置進去。這樣也就完全解釋了爲什麼我們要先調用Loop.prepare()方法，才能創建Handler對象。同時也可以看出每個線程中最多隻會有一個Looper對象。
那麼肯定有人會問了，我在主線程實例化handler的時候也沒有調用Loop.prepare()呀，其實在主線程被創建的時候，已經調用了。我們都知道，應用初始化的時候都會調用ActivityThread類中的main方法（不知道的可以去看看應用啓動流程），我們看看這個main方法中幹了啥
public static void main(String[] args) {
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "ActivityThreadMain");
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());
// 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>");
//沒錯！！就是這裏！！！
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"));
}
// End of event ActivityThreadMain.
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
Looper.loop();
throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
}
在這個方法裏面我們看到在應用初始化的時候主線程已經調用了Loop.prepare了，所以我們平時用的時候不用Looper.prepare。到這裏我們就可以在主線程發送消息了
消息入隊
不管你是用post的方式還是sendMessage的方式，我們一步步跟進源碼可以發現實際上調用的最終都是sendMessageAtTime方法，他倆本質上是沒有區別的，就是寫的方式不一樣罷了，下面我們來看看這個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);
}
實際他調用的是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(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;
}
//我們可以看到，Message被存入MessageQueue時是將Message存到了上一個Message.next上，
//形成了一個鏈式的列表，同時也保證了Message列表的時序性。
可以看到， MessageQueue 實際上裏面維護了一個 Message 構成的鏈表，每次插入數據都會按時間順序進行插入，也就是說 MessageQueue 中的 Message 都是按照時間排好序的，這樣的話就使得循環取出 Message 的時候只需要一個個地從前往後拿即可，這樣 Message 都可以按時間先後順序被消費
消息循環
存入我們看到了，那麼是何時取出的呢，想必都猜到是Loop裏面的邏輯，之前我們也發現子線程裏面創建handler需要Looper.prepare()，並且不調用Loop.loop()方法handler接受不到消息，現在我們來看看這個方法。
public static void loop() {
//在調用Looper.prepare()之前是不能調用該方法的，不然就得拋出異常了
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
final Printer logging = me.mLogging;
if (logging != null) {
logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " +
msg.callback + ": " + msg.what);
}
final long slowDispatchThresholdMs = me.mSlowDispatchThresholdMs;
final long traceTag = me.mTraceTag;
if (traceTag != 0 && Trace.isTagEnabled(traceTag)) {
Trace.traceBegin(traceTag, msg.target.getTraceName(msg));
}
final long start = (slowDispatchThresholdMs == 0) ? 0 : SystemClock.uptimeMillis();
final long end;
try {
msg.target.dispatchMessage(msg);
end = (slowDispatchThresholdMs == 0) ? 0 : SystemClock.uptimeMillis();
} finally {
if (traceTag != 0) {
Trace.traceEnd(traceTag);
}
}
if (slowDispatchThresholdMs > 0) {
final long time = end - start;
if (time > slowDispatchThresholdMs) {
Slog.w(TAG, "Dispatch took " + time + "ms on "
+ Thread.currentThread().getName() + ", h=" +
msg.target + " cb=" + msg.callback + " msg=" + msg.what);
}
}
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();
}
}
第3,4行：判斷Looper對象是否爲空，如果是空，拋出"No Looper; Looper.prepare() wasn’t called on this thread."異常。這就是我們最開始寫示例代碼的時候拋出的異常，如果我們在線程中創建handler,並且調用sendMessage方法，由於沒有Looper對象，就會拋此異常。
消息的處理
for (;😉 循環裏面，是個死循環，不斷的執行next方法，這個方法這裏我們暫時先不分析，如果有新消息，就交給 msg.target.dispatchMessage(msg)，這裏msg.target其實就是Handler對象，我們來看看dispatchMessage這個方法
public void dispatchMessage(Message msg) {
if (msg.callback != null) {
handleCallback(msg);
} else {
if (mCallback != null) {
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
}
}
handleMessage(msg);
}
}
1、若msg.callback屬性不爲空，則代表使用了post（Runnable r）發送消息，直接回調Runnable對象裏複寫的run（）
2、若msg.callback屬性爲空，則代表使用了sendMessage（Message msg）發送消息，則回調複寫的
所以，一個最標準的異步寫法就是下面這樣的
class HandlerThread extends Thread {
private Handler handler;
@Override
public void run() {
Looper.prepare();
handler = new Handler() {
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
super.handleMessage(msg);
tvContent.setText("13232");
}
};
Looper.loop();
}
}
到這裏，handler的消息異步處理機制就差不多了，我們來總結一下
Message：消息，其中包含了消息ID，消息處理對象以及處理的數據等，由MessageQueue統一列隊，終由Handler處理
MessageQueue：用於存儲 Message，內部維護了 Message 的鏈表，每次拿取 Message 時，若該 Message 離真正執行還需要一段時間，會通過 nativePollOnce 進入阻塞狀態，避免資源的浪費。若存在消息屏障，則會忽略同步消息優先拿取異步消息，從而實現異步消息的優先消費。
Looper：一個用於遍歷 MessageQueue 的類，每個線程有一個獨有的 Looper，它會在所處的線程開啓一個死循環，不斷從 MessageQueue 中拿出消息，並將其發送給 target 進行處理
Handler：事件的發送及處理者，在構造方法中可以設置其 async，默認爲 “默認爲 true。若 async 爲 false 則該 Handler 發送的 Message 均爲異步消息，有同步屏障的情況下會被優先處理”
1、一在handler所創建的線程需要維護一個唯一的Looper對象， 一個線程只能有一個Looper，每個線程的Looper通過ThreadLocal來保證，Looper對象的內部又維護有唯一的一個MessageQueue，所以一個線程可以有多個handler，但是只能有一個Looper和一個MessageQueue
2、Message在MessageQueue不是通過一個列表來存儲的，而是將傳入的Message存入到了上一個Message的next中，在取出的時候通過頂部的Message就能按放入的順序依次取出Message
3、Looper對象通過loop()方法開啓了一個死循環，不斷地從looper內的MessageQueue中取出Message然後通過handler將消息分發傳回handler所在的線程
借用網上的一張總結的不錯的圖來表示handler消息機制的流程：
關於消息屏障的內容，很多人都忽略了，我們下次再專門研究
參考：
https://blog.csdn.net/guolin_blog/article/details/9991569
https://blog.csdn.net/wsq_tomato/article/details/80301851
https://www.jianshu.com/p/ddc70efa57e4