[Android] 從源碼分析 Handler 消息機制

前言

上篇文章敘述了 Handler 的用法和避免因爲不當使用 Handler 引起內存泄露的方法。這篇文章將從源碼分析 Handler 消息機制的實現。

Looper

我們知道要想使用 Handler 就必須在當前線程裏初始化 Looper，我們初始化 Looper 的做法是調用 Looper.prepare() 方法。然後調用 Looper.loop() 方法。首先，我先來看 Looper.prepare() 的源碼：

    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));
    }

由上面源碼可以看出，在 Looper 的 prepare() 方法裏調用了 sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed))。sThreadLocal 的類型是 ThreadLocal 。 ThreadLocal 是一個線程內部的數據存儲類，通過它可以在指定的線程中存儲數據，數據存儲以後，只能在指定的線程中可以獲取到存儲的數據，對於其他線程來說則無法獲取到數據。這裏通過 ThreadLocal 的 set 方法將一個 Looper 對象存儲到當前線程中。

    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();
      }
    }

由上述代碼可以看出，Looper.loop() 方法的主體是一個死循環。只有當 MessageQueue 的 next() 方法返回 null 的時候纔會跳出循環。但是 MessageQueue 的 next() 方法是一阻塞的方法，當 MessageQueue 中沒有消息的時候 next() 方法會阻塞。當調用了 MessageQueue 的 quit 或者 quitSafely 方法時 MessageQueue 的 next 方法就會返回 null。

如果 MessageQueue 的 next 方法返回了新消息，將執行 msg.target.dispatchMessage(msg)，這裏的 msg.target是發送這條消息的 Handler 對象，這樣 Handler 發送的消息最終交給他的 dispatchMessage 方法處理。而 Handler 的 dispatchMessage 方法是在創建 Handler 時所使用的 Looper 中執行的，所以將代碼切換到了 Looper 所在的線程中執行了。

Handler 和 MessageQueue

先來看 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;
    }

由上面代碼可以看出，在 Handler 初始化的時候會先通過Looper.myLooper 方法取出當前線程的 Looper，如果當前線程還沒有初始化 Looper，將拋出異常。

Handler 的主要工作就是發送和處理消息。Handler 發送消息是通過 post 和 send 的一系列的方法來實現的。但他們最終都要調用 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);
    }

由上述代碼可以看出，Handler 的 sendMessageAtTime 方法會調用 enqueueMessage，而 enqueueMessage 調用了 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;
     }

由上述代碼可以看出，Handler 發送消息是向消息隊列中插入一條消息， MessageQueue 的 next 方法會返回這條消息給 Looper 交給 Handler 處理。這時 Handler 的 dispatchMessage 方法會被調用，Handler 進入處理消息的階段。
Handler 的 dispatchMessage 方法的實現如下所示：

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

在 Handler 處理消息的過程如下：

首先判斷 Message 的 callBack 是否爲空，不爲空則調用 handleCallback 方法。callBack 實際是 Runnable 對象，而 handleCallback 方法則調用了 Runnable 的 run 方法。如果 Message 的 callBack 爲空則判斷 mCallBack 是否爲空。不爲空這調用它的 handleMessage 方法。mCallBack 是個接口，通過 CallBack 可以使用 Handler(Callback callback) 來創建 Handler 的對象，
而不用派生 Handler 的子類。最後調用 Handler 的 handlerMessage 方法處理消息。