Handler 源码解析(Java 层)

本文由船员 ChangeHui 自荐，转载发布

从很早开始就认识到 Handler 了，只不过那时修为尚浅，了解的不够深刻，也没有应用自如。不过随着工作时间的增长，对 Handler 又有了更深层次的认识，于是有了这篇博客，希望尽可能的总结出多的知识点。

Handler 在 Java 层源码主要有 4 个类：Looper、MessageQueue、Message、Handler。我归纳了他们的几个主要知识点：

Looper：sThreadLocal、Looper.loop()；
Message：数据结构、消息缓存池；
MessageQueue：enqueueMessage、next、管道等待、同步消息隔离、idleHandler；
Handler：send/post、dispatchMessage 消息处理优先级。

Looper

Looper 数据结构

static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();private static Looper sMainLooper;  // guarded by Looper.class

final MessageQueue mQueue;

// sThreadLocalprivate static void prepare(boolean quitAllowed) {    if (sThreadLocal.get() != null) { throw Exception ... }    sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));}public static @Nullable Looper myLooper() {    return sThreadLocal.get();}

// sMainLooperpublic static void prepareMainLooper() {    prepare(false);    synchronized (Looper.class) {        if (sMainLooper != null) { throw Exception ...}        sMainLooper = myLooper();    }}public static Looper getMainLooper() {    synchronized (Looper.class) {        return sMainLooper;    }}

// mQueueprivate Looper(boolean quitAllowed) {    mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);    mThread = Thread.currentThread();}public static @NonNull MessageQueue myQueue() {    return myLooper().mQueue;}

sThreadLocal：静态常量，保证一个线程只有一个 Looper；
sMainLooper：静态变量，在 prepareMainLooper 中赋值当前线程 Looper；
mQueue：变量，Looper 构造函数中初始化，因为一个线程只有一个 Looper，所以也同样只有一个 mQueue。

通过以上分析，我们可以总结出一下特性：

Looper、MessageQueue 是线程唯一的；
一个进程只有一个 sMainLooper；
根据 ThreadLocal 的特性，可通过 myLooper 方法获取当前线程的 Looper。

Looper.loop()

public static void loop() {    final Looper me = myLooper();    final MessageQueue queue = me.mQueue;    for (;;) {         Message msg = queue.next();        ...        msg.target.dispatchMessage(msg);        ...        msg.recycleUnchecked();    }}

Looper.loop() 方法虽然看起来很多，其实他主要就做了三件事：

从消息队列中获取下一个消息；
msg.target 就是 handler，通过 dispatchMessage 方法把消息分发下去，这个方法下面会有说到；
消息回收，放到消息缓存池里。这里需要注意的是 Message 对象并没有释放，会缓存起来。

Message

Message 数据结构

public int what, arg1, arg2;public Object obj;public Messenger replyTo;int flags;long when;      // 消息发送时间Bundle data;Handler target;Runnable callback;

Message next;

private static final Object sPoolSync = new Object();private static Message sPool;private static int sPoolSize = 0;

private static final int MAX_POOL_SIZE = 50;

看到 next 变量，我们会想到单链表，其实 Message 就相当于单链表的 node，MessageQueue 就是一个单链表了，会持有表头的引用；
what、arg1、arg2、obj、data 就是我们发送的一些信息；
值得注意的是 target，他是 Handler 类型，就是本消息的 Handler，会在 Handler 发送消息的时候赋值；
后面的四个对象，都是和消息缓存池有关的。

Message 消息缓存池

public static Message obtain() {    synchronized (sPoolSync) {        if (sPool != null) {            Message m = sPool;            sPool = m.next;            m.next = null;            m.flags = 0; // clear in-use flag            sPoolSize--;            return m;        }    }    return new Message();}

void recycleUnchecked() {    flags = FLAG_IN_USE;    what = 0;    arg1 = 0;    arg2 = 0;    obj = null;    replyTo = null;    sendingUid = -1;    when = 0;    target = null;    callback = null;    data = null;

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

事实上缓存池的数据结构也是一个链表，sPool 为链表头引用，最大容量为 50；
回收消息时，会把消息里面所有参数重置，并把当前消息设为链表头；
获取消息时，返回当前链表头，并把 next 置空。

MessageQueue

插入队列

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) {            // 作为表头，如果队列是阻塞状态则需要唤醒            msg.next = p;            mMessages = msg;            needWake = mBlocked;        } else {            // 根据时间顺序，插入链表中间            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; // 插入消息            prev.next = msg;        }

        // We can assume mPtr != 0 because mQuitting is false.        if (needWake) {            nativeWake(mPtr);        }    }    return true;}

主要作为插入队列的方法，有下列几个特性：

把消息加入消息队列，如果当前表头为空，则把消息作为表头引用；如果不为空，则会根据时间的顺序，插入到对应的时间中；
nativeWake 是调用底层在管道中写操作以唤醒，在队列不是阻塞的状态下是不需要唤醒的；
另外注意其中用了 synchronized 关键字，说明消息队列的插入是线性安全的，删除也是线性安全的，之后我们会说到。

MessageQueue.next()

for (;;) {    nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);    synchronized (this) {        final long now = SystemClock.uptimeMillis();        Message prevMsg = null;        Message msg = mMessages;        if (msg != null && msg.target == null) {            // 如果有同步消息隔离，则会优先查找异步消息            do {                prevMsg = msg;                msg = msg.next;            } while (msg != null && !msg.isAsynchronous());        }        if (msg != null) {            if (now < msg.when) {                // 计算距离下一个消息的时间                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 {            // 没有更多消息的时候，nextPollTimeoutMillis 会置为 1。            nextPollTimeoutMillis = -1;        }

        ...    }

    // 如果目前没有消息，已经处在空闲状态，则执行 idler.queueIdle    for (int i = 0; i < pendingIdleHandlerCount; i++) {        final IdleHandler idler = mPendingIdleHandlers[i];        mPendingIdleHandlers[i] = null; // release the reference to the handler

        boolean keep = false;        try {            keep = idler.queueIdle();        } catch (Throwable t) {            Log.wtf(TAG, "IdleHandler threw exception", t);        }

        if (!keep) {            synchronized (this) {                mIdleHandlers.remove(idler);            }        }    }    ...}

此方法会从消息队列中读取下一个消息返回，主要做了以下操作：

nativePollOnce 函数会调用底层管道操作函数，nextPollTimeoutMillis 为 -1 时，会阻塞，为 0 时不会阻塞，大于 0 时，会阻塞相应的时间；
如果有同步消息隔离，则会优先查找异步消息；
获取当前时间队列的消息，并返回；
如果队列没有任何消息，则会执行 idler.queueIdle，通知监听者当前队列处于空闲状态。

同步消息隔离

上面我们有提到了同步消息隔离，这里我们介绍一下。同步隔离，有时候也可以叫异步消息，说的是一个意思。在源码中主要用于优先更新 UI。

private IdleHandler[] mPendingIdleHandlers;

public int postSyncBarrier() {    return postSyncBarrier(SystemClock.uptimeMillis());}

private int postSyncBarrier(long when) {    // 向消息队列中加入一个 handler 为空的消息    synchronized (this) {        final int token = mNextBarrierToken++;        final Message msg = Message.obtain();        msg.markInUse();        msg.when = when;        msg.arg1 = token;

        Message prev = null;        Message p = mMessages;        if (when != 0) {            while (p != null && p.when <= when) {                prev = p;                p = p.next;            }        }        if (prev != null) { // invariant: p == prev.next            msg.next = p;            prev.next = msg;        } else {            msg.next = p;            mMessages = msg;        }        return token;    }}

如上 postSyncBarrier 函数中会向消息队列中加入一个 handler(即 Message 的 target) 为空的消息作为标识。在我们上面 MessageQueue.next() 的函数中，当 msg.target == null 时，会优先获取异步消息并返回。
因此想要使用异步消息有两个条件：

消息为异步消息，即 msg.isAsynchronous() 返回 false；
需要获取当前队列并运行 postSyncBarrier() 函数。

IdleHandler

Handler 还提供了消息队列空闲状态通知。

private final ArrayList<IdleHandler> mIdleHandlers = new ArrayList<IdleHandler>();

public void addIdleHandler(@NonNull IdleHandler handler) {    if (handler == null) {        throw new NullPointerException("Can't add a null IdleHandler");    }    synchronized (this) {        mIdleHandlers.add(handler);    }}

public void removeIdleHandler(@NonNull IdleHandler handler) {    synchronized (this) {        mIdleHandlers.remove(handler);    }}

IdleHandler 的源码比较简单，就是一个 ArrayList，然后进行增加删除操作。注意，这个也是线性安全的。

Handler

post/sendMessage

public final boolean post(Runnable r){    return sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);}

public final boolean sendMessage(Message msg){    return sendMessageDelayed(msg, 0);}

private static Message getPostMessage(Runnable r) {    Message m = Message.obtain();    m.callback = r;    return m;}

private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {    msg.target = this;    if (mAsynchronous) {        msg.setAsynchronous(true);    }    return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);}

sendMessage 和 post 最本质的区别是之后处理任务时的优先级，post 会处理 Runnable 中的任务，而 sendMessage 会回调给 handler 处理；
他们最终都会走 enqueueMessage 方法，并设置当前 Handler 为 msg.target。

dispatchMessage

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

任务执行时就会运行这个函数，主要是一个优先级的问题：

callback 优先级最高，也就是 post 发送的消息
mCallback.handleMessage(msg)，优先级第二
handleMessage(msg)，优先级第三

（原文完）

提前祝大家周末愉快，下周见。

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