詳解Android中Handler的實現原理

在 Android 中，只有主線程才能操作 UI，但是主線程不能進行耗時操作，否則會阻塞線程，產生 ANR 異常，所以常常把耗時操作放到其它子線程進行。如果在子線程中需要更新 UI，一般是通過 Handler 發送消息，主線程接受消息並且進行相應的邏輯處理。除了直接使用 Handler，還可以通過 View 的 post 方法以及 Activity 的 runOnUiThread 方法來更新 UI，它們內部也是利用了 Handler 。在上一篇文章 Android AsyncTask源碼分析 中也講到，其內部使用了 Handler 把任務的處理結果傳回 UI 線程。

本文深入分析 Android 的消息處理機制，了解 Handler 的工作原理。

Handler
先通過一個例子看一下 Handler 的用法。

public class MainActivity extends AppCompatActivity {
 private static final int MESSAGE_TEXT_VIEW = 0;
 
 private TextView mTextView;
 private Handler mHandler = new Handler() {
  @Override
  public void handleMessage(Message msg) {
   switch (msg.what) {
    case MESSAGE_TEXT_VIEW:
     mTextView.setText("UI成功更新");
    default:
     super.handleMessage(msg);
   }
  }
 };

 @Override
 protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
  super.onCreate(savedInstanceState);
  setContentView(R.layout.activity_main);
  Toolbar toolbar = (Toolbar) findViewById(R.id.toolbar);
  setSupportActionBar(toolbar);

  mTextView = (TextView) findViewById(R.id.text_view);

  new Thread(new Runnable() {
   @Override
   public void run() {
    try {
     Thread.sleep(3000);
    } catch (InterruptedException e) {
     e.printStackTrace();
    }
    mHandler.obtainMessage(MESSAGE_TEXT_VIEW).sendToTarget();
   }
  }).start();

 }
}

上面的代碼先是新建了一個 Handler的實例，並且重寫了 handleMessage 方法，在這個方法裡，便是根據接受到的消息的類型進行相應的 UI 更新。那麼看一下 Handler的構造方法的源碼:

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;
}

在構造方法中，通過調用 Looper.myLooper() 獲得了 Looper 對象。如果 mLooper 為空，那麼會拋出異常："Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()"，意思是：不能在未調用 Looper.prepare() 的線程創建 handler。上面的例子並沒有調用這個方法，但是卻沒有拋出異常。其實是因為主線程在啟動的時候已經幫我們調用過了，所以可以直接創建 Handler 。如果是在其它子線程，直接創建 Handler 是會導致應用崩潰的。

在得到 Handler 之後，又獲取了它的內部變量 mQueue， 這是 MessageQueue 對象，也就是消息隊列，用於保存 Handler 發送的消息。

到此，Android 消息機制的三個重要角色全部出現了，分別是 Handler 、Looper 以及 MessageQueue。 一般在代碼我們接觸比較多的是 Handler ，但 Looper 與 MessageQueue 卻是 Handler 運行時不可或缺的。

Looper
上一節分析了 Handler 的構造，其中調用了 Looper.myLooper() 方法，下面是它的源碼：

static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();

public static @Nullable Looper myLooper() {
 return sThreadLocal.get();
}

這個方法的代碼很簡單，就是從 sThreadLocal 中獲取 Looper 對象。sThreadLocal 是 ThreadLocal 對象，這說明 Looper 是線程獨立的。

在 Handler 的構造中，從拋出的異常可知，每個線程想要獲得 Looper 需要調用 prepare() 方法，繼續看它的代碼：

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));
}

同樣很簡單，就是給 sThreadLocal 設置一個 Looper。不過需要注意的是如果 sThreadLocal 已經設置過了，那麼會拋出異常，也就是說一個線程只會有一個 Looper。創建 Looper 的時候，內部會創建一個消息隊列：

private Looper(boolean quitAllowed) {
 mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
 mThread = Thread.currentThread();
}

現在的問題是， Looper看上去很重要的樣子，它到底是干嘛的？
回答： Looper 開啟消息循環系統，不斷從消息隊列 MessageQueue 取出消息交由 Handler 處理。

為什麼這樣說呢，看一下 Looper 的 loop方法：

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();
 
 //無限循環
 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();
 }
}

這個方法的代碼有點長，不去追究細節，只看整體邏輯。可以看出，在這個方法內部有個死循環，裡面通過 MessageQueue 的 next() 方法獲取下一條消息，沒有獲取到會阻塞。如果成功獲取新消息，便調用 msg.target.dispatchMessage(msg)，msg.target是 Handler 對象(下一節會看到)，dispatchMessage 則是分發消息(此時已經運行在 UI 線程)，下面分析消息的發送及處理流程。

消息發送與處理
在子線程發送消息時，是調用一系列的 sendMessage、sendMessageDelayed 以及 sendMessageAtTime 等方法，最終會輾轉調用 sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis)，代碼如下：

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);
}

這個方法就是調用 enqueueMessage 在消息隊列中插入一條消息，在 enqueueMessage總中，會把 msg.target 設置為當前的 Handler 對象。

消息插入消息隊列後， Looper 負責從隊列中取出，然後調用 Handler 的 dispatchMessage 方法。接下來看看這個方法是怎麼處理消息的：

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

首先，如果消息的 callback 不是空，便調用 handleCallback 處理。否則判斷 Handler 的 mCallback 是否為空，不為空則調用它的 handleMessage方法。如果仍然為空，才調用 Handler 自身的 handleMessage，也就是我們創建 Handler 時重寫的方法。

如果發送消息時調用 Handler 的 post(Runnable r)方法，會把 Runnable封裝到消息對象的 callback，然後調用 sendMessageDelayed，相關代碼如下：

public final boolean post(Runnable r)
{
 return sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);
}
private static Message getPostMessage(Runnable r) {
 Message m = Message.obtain();
 m.callback = r;
 return m;
}

此時在 dispatchMessage中便會調用 handleCallback進行處理：

 private static void handleCallback(Message message) {
 message.callback.run();
}

可以看到是直接調用了 run 方法處理消息。

如果在創建 Handler時，直接提供一個 Callback 對象，消息就交給這個對象的 handleMessage 方法處理。Callback 是 Handler 內部的一個接口：

public interface Callback {
 public boolean handleMessage(Message msg);
}

以上便是消息發送與處理的流程，發送時是在子線程，但處理時 dispatchMessage 方法運行在主線程。

總結
至此，Android消息處理機制的原理就分析結束了。現在可以知道，消息處理是通過 Handler 、Looper 以及 MessageQueue共同完成。 Handler 負責發送以及處理消息，Looper 創建消息隊列並不斷從隊列中取出消息交給 Handler， MessageQueue 則用於保存消息。