Android Handler机制彻底梳理

Android的消息机制其实也就是Handler相关的机制，对于它的使用应该熟之又熟了，而对于它的机制的描述在网上也一大堆【比如15年那会在网上抄了一篇https://www.cnblogs.com/webor2006/p/4837623.html对它的关系描述，但仅仅是背一背概念】，在面试时也时不时的会问起它，说实话从事Android这么多年也没自己从头到尾的去将它的工作机制详细的给挼一遍，所以这里写一篇关于它的整个机制的描述来加深对Handler的核心机制的进一步了解。

Android消息机制：

先来看一张关于整个消息机制的描述图，这个流程会在之后自己从0开始手写实现的，如下：

以上模型大致解释一下：

1、以Handler的sendMessage方法为例，当发送一个消息后，会将此消息加入消息队列MessageQueue中。
2、Looper负责去遍历消息队列并且将队列中的消息分发给对应的Handler进行处理。
3、在Handler的handleMessage方法中处理该消息，这就完成了一个消息的发送和处理过程。
这里从图中可以看到参与消息处理有四个对象，它们分别是 Handler, Message, MessageQueue，Looper。

其中在图中涉及到这两个状态：

这个在之后的源码分析中是能看到的。

ThreadLocal的工作原理：

ThreadLocal 是一个线程内部的数据存储类，通过它可以在指定的线程中存储数据，数据存储以后，只有再指定线程中可以获取到存储的数据，对于其他线程来说则无法获取到数据。为啥要先说它呢？因为打好这个基础后有助于分析Android的消息机制，下面先举例来对它的工作原理有一个了解：

先来瞅一下ThreadLocal的源码：

接受一个泛型，那该泛型是怎么用的呢？

它里面有一个ThreadLocalMap的静态内部类，然后在我们往ThreadLocal存东西时最终的这个T会赋值给ThreadLocal中的Entry类中的value，如下：

下面来定义一下：

下面来调用一下：

此时看一下这个get()方法的实现：

接下来根据当前线程来获取ThreadLocalMap：

其中可以看一下该threadLocals在Thread初始化的情况：

所以。。回到get()主流程上来：

然后：

最后setInitialValue()方法就会返回cexo,然后整个get()方法就返回了：

这就是为啥我们的结果显示cexo的原因，好，下面将在子线程中再来打印一下：

其原因就不多分析了，跟在主线程的是一模一样的流程，都是由于我们重写了initialValue()方法。

下面再来看：

此时再来分析一下set的过程：

然后再拿时：

下面再来改一下程序，再改之前需要将ThreadLocal中设置的东东给清除掉，避勉内存泄漏，如下：

好，再来新建一个线程：

也就是通过ThreadLocal存放的值是跟线程绑定的，关于它的大致使用就了解到这，下面正式进入到核心的消息机制源码分析阶段了。

Android消息机制源码分析：

1、启动App创建全局唯一得Looper对象和全局唯一得MessageQueue消息对象：

先来看一下整体这块的流程图：

以此为蓝本，接下来分析一下这块流程的源码【以Android9.0为例】：

点击进入看一下：

看到了ThreadLocal的身影了，这就是为啥要先了解它的机制的原因之所在，好，此时流程就到了这：

然后看一下这个Looper创建的细节，就会创建全局唯一的消息队列，如下：

以上就是在主线程启动时创建Looper的大致过程。

2、Activity中创建Handler：

先贴一下整个这块的流程：

下面先回顾一下它的实际使用，比较简单，主要是根据实际的应用来过行源码底层分析会比较亲切：

先来看一下Handler()的构造：

3、发送消息：

整体流程：

咱们依照此流程来分析一下：

继续往里跟：

流程就跑到了这：

接下来来看一个这个enqueueMessage()方法：

其中可以看一下Message.target变量：

也就是每个消息都绑定了Handler，下面回到主流程：

也就是如流程图的这一步：

具体看一下在全局消息队列中的处理：

呃，貌似有点颠覆对队列的认知，不应该拿到消息往队列中插么，貌似这里就是简单的给它里面的成员变量赋了个值而已呢，是的，这个消息队列一定得要知道并非是我们认知中的那种，下面看一眼它的javadoc对它的描述：

以上是消息发送的大致流程。

4、处理消息：

先来看一下这块的大致流程图：

依据它再来看一下代码流程：

下面具体来看一下该loop()方法，首先也是获取全局唯一的Looper和MessageQueue对象：

接着则会循环从队列中取消息，将会调用消息队列绑定的Handler的相关的方法来对消息进行处理，如下：

那咱们再来看一下Handler中的这个消息分发是如何来处理该消息的：

消息阻塞和延时：

Looper 的阻塞主要是靠 MessageQueue 来实现的，在next()@MessageQuese 进行阻塞，在 enqueueMessage()@MessageQueue 进行唤醒。主要依赖 native 层的 Looper 依靠 epoll 机制 进行的。
nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis); 这里调用naive方法操作管道，由nextPollTimeoutMillis决定是否需要阻塞
nextPollTimeoutMillis为0的时候表示不阻塞，为-1的时候表示一直阻塞直到被唤醒。

消息阻塞流程：

下面具体来看一下代码，先看在Looper中的loop()的阻塞相关：

接着则看MessageQueue的next()方法了：

那假如在这块阻塞了之后，那在主线程中不会引发ANR么？其实是不会的，原因简单说就是在主线程的MessageQueue没有消息时，便阻塞在loop的queue.next()中的nativePollOnce()方法里，此时主线程会释放CPU资源进入休眠状态，直到下个消息到达或者有事务发生，通过往pipe管道写端写入数据来唤醒主线程工作。这里采用的epoll机制，是一种IO多路复用机制。

好，下面再详细的来分析其阻塞的一个整体流程：

假设loop for循环第一次、MessageQueue for循环也第一次：

接着就会往下执行，则会执行到这：

好继续：

假如它现在等于0，则会执行到这了：

此时再下一次循环中，则就会进入阻塞状态了：

而假如mIdleHandlers.size()>0,那么执行顺序就会发生变化了，如下：

好，接下来再假设mMessages不为null:

当退出循环时，如果找到了，则走如下条件分支：

下面具体再看下里面的条件：

而这个流程往下：

这就是消息延时的一个机制。

消息延时入队流程：

此时就需要回到MessageQueue中的enqueueMessage()方法了，如下：

而如果当前消息的when要大于上一条消息的when，则会走另一个条件分支了，如下：

先来看一下javadoc的说明：

而在理解这个分支代码之前需要理解一个东东：

对于Message对像池的大小是有大小的，那是多少呢？下面看下源码的定义：

那如果消息大小超过了这个对象池总个数呢，则是插不进去的，具体这块的代码如下：

其中sPool是一个静态变量：

了解了它的对象池之后，下面再回过头来理解这个条件：

比如上一个消息为：

然后再插入个新消息为：

此时进入条件时：

也就是处理完之后就成这样了：

同样的如果再来第三个msg：

同样的也会按从小到大的顺序来进行排序：

最后则会执行唤醒的条件，如下：

 

当执行唤醒时，则在next()中正在阻塞的就会被唤醒：

手写Handler消息核心机制：

经过这么大的篇幅来对Handler核心流程的源码进行了分析之后，接下来弄一个比较有“挑战”的事，从0开始手写一上handler发送及消息接收的“核心流程”，不涉及到延时相关的东东，因为那块太复杂了，下面从ActivityThread.main()中一直到Activity创建消息到接收消息手写实现一下，这里抛开Android环境以单元测试的方式来手写，先定义一个main()方法：

来模拟它：

然后我们先将Looper、Handler、MessageQueue、Message都创建一下：

好，在main()中首先得生成全局唯一的Looper对象，如下：

接下来实现这个方法：

校仿一下：

然后在Looper的构造方法中需要初始化MessageQueue，如原码中所示：

所以继续校仿：

好，接下来再来创建Handler，如这个流程：

它里面持有Looper和MessageQueue的引用，如系统源码所示：

所以咱们在我们的构造方法中来实例化一下：

然后来在MyLooper中实现myLooper()方法，还是校仿源码：

然后再来实例化MessageQueue：

然后我们在主线程中来创建一个Handler：

我们知道在实际使用时需要重写它里面的一个handleMessage()方法，所以咱们还得在MyHandler中来定义一下该方法，如下：

此时就可以重写方法了：

好，接下来在子线程中来发送消息，如这个流程：

其中消息里面得要有一些属性，这里只定义简单的几个，如下：

然后咱们继续来创建消息：

此时咱们再来定义发送消息的方法，先看一下源码是如何写的：

所以咱们也来写一下：

我们之前分析过MessageQueue的入队方法，它是采用对像池的方式来存储的，咱们这里简单一点，直接用阻塞队列来存放，重在模拟整个过程，如下：

好，最后就是开始Looper的消息循环了，如源码所示：

接下来这就是最后一步的实现了，下面来实现一下：

好，接下来则来看一下这个next()方法的实现：

这里就木有实现阻塞队列，还是重点看整体流程，好继续，先看一下系统源码，当拿到消息之后接下来是怎么处理的：

所以咱们校仿一下：

接下来就要分发消息的处理了，还是先来参照系统的方式：

所以咱们简单处理一下：

修改一下：

好，接下来就到最后的消息处理啦，如下：

Handler中常见问题分析：

• 为什么不能在子线程中更新UI,根本原因是什么?
  

  mThread是UI线程，这里会检查当前线程是不是UI线程。那么为什么onCreate里面没有进行这个检查呢。这个问题原因出现在Activity的生命周期中，在onCreate方法中，UI处于创建过程，对用户来说界面还不可视，直到onStart方法后界面可视了，再到onResume方法后界面可以交互。从某种程度来讲，在onCreate方法中不能算是更新UI，只能说是配置UI，或者是设置UI的属性。这个时候不会调用到ViewRootImpl.checkThread()，因为ViewRootImpl没被创建。而在onResume方法后，ViewRootImpl才被创建。这个时候去交互界面才算是更新UI。
  setContentView只是建立了View树，并没有进行渲染工作（其实真正的渲染工作是在
  onResume之后）。也正是建立了View树，因此我们可以通过findViewById（）来获取到View对象，但是由于并没有进行渲染视图的工作，也就是没有执行ViewRootImpl.performTransversal。同样View中也不会执行onMeasure（），如果在onResume（）方法里直接获取View.getHeight（）/View.getWidth（）得到的结果总是0。

• 为什么主线程用Looper死循环不会引发ANR异常?

  简单说就是在主线程的MessageQueue没有消息时，便阻塞在loop的queue.next()中的nativePollOnce()方法里，
  此时主线程会释放CPU资源进入休眠状态，直到下个消息到达或者有事务发生，
  通过往pipe管道写端写入数据来唤醒主线程工作。这里采用的epoll机制，是一种IO多路复用机制。

• 为什么Handler构造方法里面的Looper不是直接new？
  如果在Handler构造方法里面new Looper，怕是无法保证保证Looper唯一，只有用Looper.prepare()才能保证唯一性，具体去看prepare方法。
• MessageQueue为什么要放在Looper私有构造方法初始化？
  因为一个线程只绑定一个Looper，所以在Looper构造方法里面初始化就可以保证mQueue也是唯一的Thread对应一个Looper 对应一个 mQueue。
  谈到这点，发现咱们手写的代码中关于Looper的构造定义不对，当时是定义成了public了，如下：
  

  而系统中定义确实是私有的：
  

  所以修改一下：
  

• Handler.post的逻辑在哪个线程执行的，是由Looper所在线程还是Handler所在线程决定的？
  由Looper所在线程决定的。逻辑是在Looper.loop()方法中，从MsgQueue中拿出msg，并且执行其逻辑，这是在Looper中执行的，因此有Looper所在线程决定。
• MessageQueue.next()会因为发现了延迟消息，而进行阻塞。那么为什么后面加入的非延迟消息没有被阻塞呢？
  这是因为新消息在入列时，会存在唤醒的情况，如下：
  
• Handler的dispatchMessage()分发消息的处理流程？

  

  Msg.callback 在mHandler1.post（）中使用
  mCallback在new Handler是通过接口回调

  

  Post()和sendMessage()都是发送消息，加入消息队列得方式也是一样，区别在于处理消息得方式。通过跟踪源码，容易区分。

终于。。整个Handler相关的东东都梳理完了，真的，还是细节挺多的，不过这么走了一遍真的受益匪浅！！如果把整个全部消化，我想未来不管面试官怎么来问Android的消息机制都会非常轻松的面对！！！