Android消息传递机制Handler完全解析之源码解析

ゝ一纸荒年。 2022-12-04 07:43 178阅读 0赞

# Android消息传递机制Handler完全解析之源码解析 #

本文将帮助大家梳理分析Handler的源码过程。

分析Handler源码有很多种思路，网上也有很多优秀的文章，  
有的是分析Handler、Looper、MessageQueue三者的主要源码，  
有的是以其中一个问题分析里面的源码，比如主线问题，如何延时工作问题等等。

##### 本文将带着下面几个最主要的问题，帮大家梳理Handler里面的源码过程： #####

1、主线问题，Handler从发送sendMessage到接收回调handlerMessage的实现过程是怎么样的？
    2、Looper、MessageQueue是什么时候创建的？
    3、Looper是循环者，它是如何实现循环的？
    4、MessageQueue是如何实现消息管理的？
    5、sendMessageDelay是如何实现消息延迟的？

##### Handler外部接触的关键类有Handler、Looper、MessageQueue、Message，他们的作用如下： #####

Looper 消息轮训器，负责消息取出
    MessageQueue 消息暂存队列，负责消息存储
    Message 消息对象，消息本身
    Handler 收发消息工具，发送和接收消息

这里我们可以看出Handler收发过程并不能对Message进行处理，当然接收到后进行的处理不算。  
MessageQueue负责接收管理消息，并对消息进行排序，真正负责取出消息的是Looper。

##### 整个收发消息的流程其实就是： #####

1、Handler使用sendMessage发送消息
    2、消息传递到MessageQueue，并排序
    3、Looper不断从MessageQueue获取消息，并发送給Handler
    4、Looper发送消息給Handler后，在handlerMessage回调中就能接收到消息。

##### 完整流程图如下： #####

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlbnpoaTIwMTAyMzIx_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]

## 一、主线问题，Handler从发送sendMessage到接收回调handlerMessage的实现过程是怎么样的？ ##

### 1、Handler发送消息过程 ###

Handler收发消息很简单就几句代码，比如：

Handler handler = new Handler(looper) {
                @Override
                public void handleMessage(Message msg) {
                    super.handleMessage(msg);
                    //接收消息
                }
            };
    		//发送消息
            handler.sendEmptyMessage(1);

但是Handler发送消息有很多api方法，他们有什么区别呢？

##### Handler发送消息大概有如下几种： #####

1.post(Runnable)
    2.postAtTime(Runnable,long)
    3.postDelayed(Runnable,long)
    4.sendEmptyMessage(int)
    5.sendMessage(Message)
    6.sendMessageAtTime(Message,long)
    7.sendMessageDelayed(Message,long)

总结起来就是有两大类，  
一类是在需要传入Runnable，Runnable里面的线程其实就是类似handleMessage直接接收数据，  
并且没有数据传递，发送和接收都在一个地方写了；

另一类就是是我们常用的，发送和接收分开写。

关于post和非post发送区别，可以看后面源码解析过程。

每一大类里面又有三种不同的方式，一种是立即发送，一种是在某段时间发送，一种是延时时间多久发送。

立即发送比较好理解：如果当前没有消息就立即发送，如果有消息放到正在处理的消息的后面
    某段时间发送：使用绝对时间值，定义发送时机，比如2020-10-01 8：08：00有一个固定的毫秒数
    延迟多久发送：在当前是时间延迟多少毫秒发送

下面是发送的源码：

public class Handler {
    
    	// 这里先介绍post发送消息的三个方法，实际是把Runnable传入Message里面，最终也是调到非post方法中，代码如下：
        public final boolean post(Runnable r)
        {
           return  sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);
        }
    
        public final boolean postAtTime(Runnable r, long uptimeMillis)
        {
            return sendMessageAtTime(getPostMessage(r), uptimeMillis);
        }
    
        public final boolean postAtTime(Runnable r, Object token, long uptimeMillis)
        {
            return sendMessageAtTime(getPostMessage(r, token), uptimeMillis);
        }
    
    	//接着看常用的发送消息的过程：
    
    	// 直接发消息，实际是调到延迟0秒发消息
        public final boolean sendEmptyMessage(int what)
        {
            return sendEmptyMessageDelayed(what, 0);
        }
    
    	// 延迟发消息，实际是在当前时间加上延迟时间发消息，时间是使用绝对时间发消息
        public final boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis)
        {
            if (delayMillis < 0) {
                delayMillis = 0;
            }
            return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis);
        }
    
    	// 固定时间发消息，最终把消息发送給MessageQueue处理
    	//上面的五个方法，最终都是这个入口，把数据发给MessageQueue
    	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);
        }
    
    	//MessageQueue对消息就行排序处理，到这里Handler发送消息的过程就传递到MessageQueue了
        private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
            msg.target = this;
            if (mAsynchronous) {
                msg.setAsynchronous(true);
            }
            return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
        }
    
        /**
         * Handle system messages here.
         * 回调处理
         * dispatchMessage是Handler給自己发送消息的方法，但是这个方法是在Looper中调用的
         * Looper调用dispatchMessage,经过handleMessage让自己得到回调消息。
         * Handler还有一个使用Callback对象监听Message回调信息的方式，这个也用得少。 
         */
        public void dispatchMessage(Message msg) {
    		//callback一般是不用的，所有不会进入
            if (msg.callback != null) {
                handleCallback(msg);
            } else {
    			//mCallback默认为空，所有不会进这里
                if (mCallback != null) {
                    if (mCallback.handleMessage(msg)) {
                        return;
                    }
                }
    			//正常都是直接到这里，这里之后，Handler就能收到回调了
                handleMessage(msg);
            }
        }
    
    	//Handler的内部接口对象，也可以接收Message，可以在创建Handler的时候传入
        public interface Callback {
            public boolean handleMessage(Message msg);
        }
    
    }

到这里发送消息的过程已经非常清晰了吧，都是使用绝对时间来决定什么时候发送消息，

想想也是，MessageQueue要管理里面的Message，那肯定是需要一样绝对的元素，就是绝对时间啦。

接下来就是MessageQueue分析enqueueMessage方法里面如何对Message的处理了。

### 2、MessageQueue接收消息，管理消息、排序过程 ###

下面就是以enqueueMessage方法实现的内容，展开逻辑分析，这个方法不是一下子就能看懂的，需要慢慢来分析。

这里要明确一点就是这里只是管理消息，并不负责消息发送給Handler，不然你找半天了找不到出去的路。

发送消息要到Looper对象中进行分析！

管理消息，就是说給当前传入的消息和以前的消息給他们重新排个序，就是这么简单。

MessageQueue有两个重要方法，一个是消息存储enqueueMessage，另一个是消息取出next()

public final class MessageQueue { // final类不能被继承哈
    
    	// 核心方法，主要代码如下
        boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
    
                msg.markInUse(); //标志该Message已经处理
                msg.when = when; //获取该消息的绝对时间
                Message p = mMessages; //上一次处理过的消息对象，也是最前面的一个数据，首先要处理的数据
                boolean needWake; //是否需要唤醒线程，这个涉及到了底层硬件
    
    			//看第一个条件和里面的逻辑，一下子就有点懵逼了，不过一步步来还是不难的
    			//首先，p == null，mMessages第一个处理的消息是空的，所有会进入条件
    			//其次，when ==0 这个条件一般不会符合，已经消息对应的时间不会为0
    			//最后when <p.when 表示该Message的时间比上一个处理的时间还早，排在上一次处理的数据前面
                if (p == null || when == 0 || when < p.when) {
    				//把上一个即将处理的数据，变成当前Message的next
                    msg.next = p;
    				//当前处理的对象为全局变量
                    mMessages = msg;
    				//判断是否需要唤醒线程
                    needWake = mBlocked; //mBlocked表现线程是否在阻塞状态，如果是阻塞状态，并且有消息，需要马上唤醒线程
                } else {
    				//上面把数据插在前面，如果是插在中间就要做循环判断，寻找合适的位置了
    
    				//下面的才是大部分逻辑的数据，多个Message排序的主要代码
    				//1、定义临时Message对象prev变量
                    Message prev;
    				//for循环判断每一个Message的时间，并把传入的Message放到合适的位置
    				//这个过程可能有点绕，不懂算法的人可能看几遍都不懂，尽力而为吧
                    for (;;) {
    					//2、把上一个处理的数据放在最前面
                        prev = p;
    					//3、把下一个信息放到自己位置
                        p = p.next;
    					//4、如果p.next == null，说明没有下一个数据，不用继续循环排序了，放在最前面吧
    					//5、如果when < p.when，说明将要处理的消息的时间比下一个消息短，说明这个消息要放在p消息前面
                        if (p == null || when < p.when) {
                            break;
                        }
                        if (needWake && p.isAsynchronous()) {
                            needWake = false;
                        }
                    }
    				//符合 when < p.when，说明先处理msg，再处理p，把p放到msg之后
                    msg.next = p; // invariant: p == prev.next
    				//把msg发到合适的位置，即p.next之前，p之后（上面循环中定义prev = p）
                    prev.next = msg;
                }
    
    			//上面的for里面的循环逻辑确实会让人头晕，举个例子希望大家能理解一点，
    			//比如，有待处理的三个数据对应的时间是：n1 = 2； n2 =6； n3 = 8；数值表示延时的时长
    			//n1.next =包含 n2和n3，n2的next包含n3
    			//如何把时间为7插入到6和8直接？
    			//即：6对应的Message.next包含7、8
    			//简单的说就是从最短的时间开始比较，如果收集的消息的延时时长比这个消息小，这个消息就放在比较的消息前，并且结束循环
    			//（1）把7先和2判断不符合，接着和6判断也不符合，接着和8判断
    			//（2）发现7比8小，所以放在6后面，8前面
    			//（3）即在当前判断的p和p.next 插入msg，
    			//（4）变量替换过程为
    			保存变量过程prev = p , p = p.next,
    			替换变量过程msg.next = prev.next , p.next = msg
    			//到这里就完成了2：6：7：8 的排序，Looper对象就会从第一个开始取数据
    			//这个过程如果实在看不懂可以先跳过，以后慢慢理解也可以的
    
    
    			//线程休眠后，要继续处理消息才需要唤醒
                // We can assume mPtr != 0 because mQuitting is false.
                if (needWake) {
                    nativeWake(mPtr);
                }
            }
            return true;
        }
    
    }

由此可见，Message存储的数据，next表示下一个待处理的数据，  
Message对象包含后面的所有数据，MessageQueue负责对数据进行管理，重新编排。

当然enqueueMessage方法，只是对Message排序的方法，  
MessageQueue里面还有其他重要方法，后面数据取出也会调用到里面的方法，这个稍后介绍。

上面是Handler的发送和Message的管理，接下来就是分析Handler的回调是如何发生的了。

### 3、Looper管理消息以及选择发送消息过程 ###

说到Looper，很多人可能对里面的过程并不了解，因为很多处理的开发者，甚至都没用过这个类。

这个looper类，在主线程会默认帮创建，不需要自己创建，如果是子线程回调数据，就要自己创建。

要分析Looper的管理消息和发送消息过程，就要分析Looper创建和工作的流程代码。

这里连带说一下Handler、Message、MessageQueue的创建。  
Handler就不必描述了，直接new，如果需要接收回调消息，重写handlerMessage方法即可。  
Message的创建可以new Message(),也可以使用Message.obtain(),第二种方法会多次复用同一个对象，减少内存使用。

MessageQueue的创建就麻烦多了，MessageQueue是在Looper中创建的。

Looper的创建使用的是Looper.prepare()方法；  
Looper管理消息，回调消息的逻辑基本都在Looper.loop()里面。

Looper中最重要的两个方法就是对象创建prepare()和循环工作loop()了。

下面是Looper的主要代码：

public final class Looper { //不可继承的类哈
    
        final MessageQueue mQueue; //只能初始化一次的对象，说明一个线程只能有一个Looper并且对应一个MessageQueue
    	final Thread mThread; //Handler内部数据处理，其实也是依赖线程在工作，只不过是一个固定的线程
    
    	//Looper对外暴露的创建Looper方法
        public static void prepare() {
            prepare(true);
        }
    
    	//参数表示是否允许强制退出，一般是允许的
        private static void prepare(boolean quitAllowed) {
    		//sThreadLocal.get()返回的是跟Looper绑定的对象，如果该对象已经创建，不能再调用prepare方法，否则会抛出异常。
            if (sThreadLocal.get() != null) {
                throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
            }
    		//第一次调用prepare，就会创建Looper，并且把Looper跟ThreadLocal绑定
            sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));
        }
    
    	//这里是私有方法，只能自身调用
    	//MessageQueue就是这里实例化的
    	//一些耗时处理都是在Thread中实现的
        private Looper(boolean quitAllowed) {
            mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
            mThread = Thread.currentThread();
        }
    
    
        /**
         * Looper的核心方法
         */
        public static void loop() {
            final Looper me = myLooper();
    		//要先调用Looper.prepare()，否则会报错，因为Looper没有实例化
            if (me == null) {
                throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
            }
            final MessageQueue queue = me.mQueue;
    
            // MessageQueue不必判空，以为创建Looper的时候，必定会创建MessageQueue
    
    		//下面就是不断取出Message，并且判断什么时候发送給Handler的逻辑了
            for (;;) {
    			//取出队列最前面的消息,并且已经到时间处理的消息
                Message msg = queue.next(); // might block，有可能在阻塞状态，比如待处理的都是延时消息
    
    			//这里的阻塞是硬件级别的，让把这个线程停下来，把cpu让出給其他线程做事情
    			//并不是普通的的Thread.sleep(XXX);这种是让整个线程数据在sleep过程啥都做不了，并且这个还占用cpu
    
    			//这个硬件级别的阻塞，是native方法实现的，并且唤醒后，会接着往下走
    
    			//如果没有消息，直接返回，退出循环
                if (msg == null) {
                    return;
                }
    
    
    			//...省去一些啰嗦的逻辑代码
    
    			//mSlowDispatchThresholdMs是Looper中一个不太重要属性，用于检测哪个消息处理超过某个值
    			//可以有set方法，设置一个标准值后，如果处理某个Message需要的时间比这个定义时间长，就会打印日志提示一下
    			final long slowDispatchThresholdMs = me.mSlowDispatchThresholdMs;
    
                final long start = (slowDispatchThresholdMs == 0) ? 0 : SystemClock.uptimeMillis();
                final long end;
                try {
    				//消息分发，就这一句话
    				//msg.target就是获取Message对应的Handler
    				//调用Handler dispatchMessage，经过内部分发，然后就能在handleMessage收到Message消息了
                    msg.target.dispatchMessage(msg);
    				//记录发送该消息需要的时间
                    end = (slowDispatchThresholdMs == 0) ? 0 : SystemClock.uptimeMillis();
                }
    			
    			//如果定义了消息处理时间标准值
                if (slowDispatchThresholdMs > 0) {
                    final long time = end - start;//消息处理的时间
    				//如果消息处理的数据比预定的标准值大，则打印日志提醒一下
                    if (time > slowDispatchThresholdMs) {
                        Slog.w(TAG, "Dispatch took " + time + "ms on "
                                + Thread.currentThread().getName() + ", h=" +
                                msg.target + " cb=" + msg.callback + " msg=" + msg.what);
                    }
                }
    			//对该Message的缓存数据进行重置、清空
                msg.recycleUnchecked();
            }
        }
    }

主线程创建Looper方法在哪里呢？

##### Android的主线程，指的是Activity的主线程，这个线程是在Activity创建的时候自动创建的。 #####

ActivityThread的代码：

public class ActivityThread{
    	public static void main(String[] args) {
    	    /...
    	    Process.setArgV0("<pre-initialized>");
    	
    	    Looper.prepareMainLooper(); //其实也是调用了prepare()方法，不过传入参数false，表示不可退出
    
    	    Looper.loop();
    	
    	}
    }

下面介绍的是Handler出现机制里面最复杂的一个方法，也是最重要的一个方法，线程休眠也是在里面操作的。

Message的next()方法，这个方法是在Looper中调用的，用来取出即将处理的Message。

这里的操作有下面几方面：

1、该方法返回的Message是单个Message，不是MessageQueue管理的那个消息队列，返回的Message的Message.next会被置空
    2、如果下一个消息是延时消息，那么会调用nativePollOnce方法休眠固定的延时的时间后自动唤醒
    3、如果Handler没有消息处理，nativePollOnce传入-1参数，表示长久休眠，
    直到下一个消息发过来为止，同时mBlocked = true;表示线程在休眠状态
    4、后面当Handler继续有消息，会停止休眠，继续工作

代码如下：

public final class MessageQueue {
    
    	//该方法是取出，已经到时间处理的消息
    	//如果是延时消息会在里面进行阻塞
     	Message next() {
    
            int pendingIdleHandlerCount = -1; // -1 only during first iteration
            int nextPollTimeoutMillis = 0; //处理下一个消息需要等待的时间
            for (;;) {
    
    			//native方法，让线程休眠一段时间，时间长度是到下一个消息发送的时间
    			//如果时间传入0不会休眠，传入-1会一直休眠，传入大于零的数据就是休眠该时间
    			//比如是一个不延时消息，会进入到下面，直接返回Message
    			//如果该消息是延时的，发现当前时间还不到消息处理的时间：now < msg.when
    			//计算出该消息还有多久才处理msg.when - now，然后休眠这段时间，休眠完成后，往下走就会返回消息
                nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);
    
                synchronized (this) {
                    //获取当前时间
                    final long now = SystemClock.uptimeMillis();
                    Message prevMsg = null;
                    Message msg = mMessages;
                    if (msg != null && msg.target == null) {
                        // 往后遍历找到第一个异步的消息，一般消息都是同步顺序执行的，所有这个循环一般只进一次
                        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.
    						// 该消息还没到处理时间
                            nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE);
                        } else {
                            // Got a message.
    						//该消息已经到时间了，可以马上回调处理
                            mBlocked = false;
    						//下面这个是在链表中减去已经处理的msg消息
                            if (prevMsg != null) { //不太明白，msg.next !=null但是msg为空的情况。
                                prevMsg.next = msg.next; //这里其实是把msg.next往前推一个位置，可以慢慢体会
                            } else {
    							//及时更新全局变量
                                mMessages = msg.next;
                            }
                            msg.next = null; //只返回单个Message，不返回整个链表数据
                            if (DEBUG) Log.v(TAG, "Returning message: " + msg);
                            msg.markInUse(); //标识该消息已经处理了
                            return msg;
                        }
                    } else {
                        // No more messages.
    					//消息为空，进入休眠状态
                        nextPollTimeoutMillis = -1;
                    }
    
                // While calling an idle handler, a new message could have been delivered
                // so go back and look again for a pending message without waiting.
                nextPollTimeoutMillis = 0;
            }
        }
    }

到这里Handler的主要源码和主要过程已经分析完成了，  
当然还有一些相关变量没有进行详细分析，比如后面发送消息过来怎么再次唤醒的  
但是经过上面代码的分析讲解，本文开始提出的几个问题都有思路了吧。

下面在总结一下：  
代码图解：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlbnpoaTIwMTAyMzIx_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]

## 问题总结： ##

### 1、主线问题，Handler从发送sendMessage到接收回调handlerMessage的实现过程是怎么样的？ ###

（1）Handler通过方法enqueueMessage发送消息到MessageQueue中
    （2）MessageQueue在方法enqueueMessage对传进来的Message进行排序管理，整理成链表Message
    （3）Looper从MessageQueu中通过方法next()获取可以处理完成的信息，并通过dispatchMessage方法发送給Handler
    （4）Handler经过判断处理后回调到handlerMessage()

到这里整个回调过程就完成了。

### 2、Looper、MessageQueue是什么时候创建的？ ###

Looper和MessageQueue创建是用Looper.prepra()创建的，  
并且主线程默认已经创建了，如果是Looper在子线程工作，就要自己调用这个方法创建。

### 3、Looper是循环者，它是如何实现循环的？ ###

Looper循环主要依靠looper()方法，里面有个循环，循环中不断调用MessageQueue.next()方法  
如果有消息可以处理就会收到，如果没有消息或者有延时消息，会在next()方法进行休眠  
直到有消息或者延时时间到了，就会停止休眠，自动进入循环。

### 4、MessageQueue是如何实现消息管理的？ ###

MessageQueue消息管理的逻辑都在enqueueMessage方法里面，  
当Message传入，会重新对对Message链表进行排列处理

### 5、sendMessageDelay是如何实现消息延迟的？ ###

延迟消息是通过方法nativePollOnce，让线程固定时间的休眠，休眠后让出cpu，直到休眠时间过了自动进入消息处理过程。  
具体的逻辑代码都在MessageQueue的next()方法里面

### 扩展：如果Handler有几个延时消息，这是马上发送一个立即发送的消息怎么处理？ ###

MessageQueue 存入消息后，发现有数据，会判断是否需要wake，如果要唤醒就调用nativeWake方法，就会马上进入工作状态。

这里的Handler源码分析，只是对主要问题进行代码分析，有些具体细节需要在自己琢磨，比如有些变量的作用，比如Looper和MessageQueu使用for (;;)做循环等等。

这个文章也有很源码文字比较多的介绍  
https://blog.csdn.net/u011240877/article/details/72892321

还有些自己比较初级的Handler总结：  
消息传递机制之Handler使用总结：https://blog.csdn.net/wenzhi20102321/article/details/53098943

Handler消息传送机制总结：https://blog.csdn.net/wenzhi20102321/article/details/52837834

Android消息传递机制Handler完全解析之1基础介绍：https://blog.csdn.net/wenzhi20102321/article/details/107888152

Android 多线程之HandlerThread 详解：https://blog.csdn.net/wenzhi20102321/article/details/82596297

# 共勉：感谢现在努力的自己。 #

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