[Android]從源碼中探討Handler機制

先來看一段代碼：

Thread thread = new Thread() {
	public void run() {
		//子線程中發送消息給主線程
		Message msg = new Message();
		msg.what = 200;
		msg.obj = param;
		msg.arg1 = 3;
		handler.sendMessage(msg);
	};
};

Handler handler = new Handler() {
	public void handleMessage(Message msg) {
		//主線程接收到消息，更新UI
	};
};

這段代碼熟悉嗎？
在Android中，有兩種線程：主線程（UI線程，不允許做耗時的操作）和子線程（非UI線程，不允許操作界面元素）。而Handler是實現子線程與UI線程之間通訊的橋梁。那到底這是怎麼實現的呢？帶著這個疑問，我們去Android源碼中尋找答案吧！

先看一下Handler的構造方法：

public Handler() {
    this(null, false);
}
public Handler(Callback callback, boolean async) {
    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;
}

構造方法中初始化了以下的兩個變量：

final MessageQueue mQueue;	//消息隊列（鏈表結構，下面會分析到）
final Looper mLooper;	//可理解為消息處理器

而MessageQueue是Looper的成員屬性。


下面跟蹤Handler的sendMessage(msg)方法進去，可看到這個方法：

public boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis) {
    MessageQueue queue = mQueue;
    if (queue == null) {}
    return enqueueMessage(queue, msg, uptimeMillis);
}
private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
     //注意這一行，將Handler自已賦值給了Message的target屬性，下面的析中會用到
    msg.target = this;
    if (mAsynchronous) {
        msg.setAsynchronous(true);
    }
    return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}

我們再看一下MessageQueue的enqueueMessage(msg,when)方法的實現：

boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
    synchronized (this) {
        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;
}

上面的代碼中，我們可得知：
消息在MessageQueue類中是按鏈表的方式存儲的，MessageQueue類中以成員屬性變量mMessages記錄了一個排在最前面的消息 ，每當有新消息插入時，根據時間(when)的先後順序重新排列，時間最早的在最前面。

我們在Looper類的注釋中，找到下面這樣的示例代碼：

class LooperThread extends Thread {
  public Handler mHandler;
  public void run() {
      Looper.prepare();
      mHandler = new Handler() {
          public void handleMessage(Message msg) {
              // process incoming messages here
          }
      };
      Looper.loop();
  }
}

這個示例可在直接在我們平常開發中使用。注意到，這裡也新建了一個Handler實例，就像我們常在Activity中新建一樣。我們知道，Activity是運行在UI線程中的，而UI線程也是一個線程，所以，我們猜想，Activity中新建Handler實例跟在這個示例的線程中新建是一樣的效果。
我們還發現示例中，Handler的創建的前後分別調用了兩個靜態方法：

Looper.prepare();
Looper.loop()；

這裡面大有學問，在繼續往下分析之前，我們再大膽猜測UI線程加載Activity的過程的前後也調用了這兩個方法。

public static void prepare() {
    prepare(true);
}
//設置當前線程私有的Looper對象
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));
}
//定義當前線程私有的Looper對象
static final ThreadLocal sThreadLocal = new ThreadLocal();
//獲取當前線程私有的Looper對象
public static Looper myLooper() {
    return sThreadLocal.get();
}

prepare()方法實際上是為當前線程創建了自己私有的Looper對象，連同它的屬性MessageQueue消息隊列也是當前線程私有的。其他線程可以有他們自己的那個Looper，但不可以訪問當前線程的Looper。

Looper.loop();用於在線程中不斷地處理MessageQueue消息隊列中的消息，看一下它的實現代碼：

/**
 * Run the message queue in this thread. Be sure to call
 * {@link #quit()} to end the loop.
 */
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;
    for (;;) {
        Message msg = queue.next(); // might block
        if (msg == null) {
            // No message indicates that the message queue is quitting.
            return;
        }
        msg.target.dispatchMessage(msg);
        msg.recycle();
    }
}

方法實現中，用一個死循環不斷地提取MessageQueue隊列中的消息，然後調用消息的Target去分發這個消息。Target是什麼? 正是上面分析到的Handler的enqueueMessage(...)方法中所設置的Handler自已本身。

再看一下Handler類的dispatchMessage(msg)方法：

/**
 * Handle system messages here.
 */
public void dispatchMessage(Message msg) {
    if (msg.callback != null) {
        handleCallback(msg);
    } else {
        if (mCallback != null) {
            if (mCallback.handleMessage(msg)) {
                return;
            }
        }
        handleMessage(msg);
    }
}

這裡調用到了我們非常熟悉的handleMessage(msg)方法了。

下面總結一下：

在多線程的環境中，主線程和子線程之間交互是通過一個鏈表結構的消息隊列(MessageQueue)，子線程只管往裡面放入消息(Message),消息是按時間的先後順序排列的，主線程用一個消息處理器（Looper）不斷地逐個逐個地處理掉消息。

 

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