Handler消息传递机制分析

http://tommwq.tech/blog/2019/11/17/6

Handler的用途和用法

写过Android程序的人大概都会遇到ANR（Application Not Responding）。如果程序在一段时间内没有响应，系统就会弹出一个对话框，让用户选择继续等待或者强制关闭应用。为了避免ANR，我们需要把耗时的逻辑放到后台线程里执行。而后台线程无法更新界面。当任务完成后，如何根据任务执行情况更新界面呢？这就需要使用Handler。下面的例子展示了Handler的基本用法：

package com.tq.handlerdemo;

import android.os.Bundle;
import android.os.Handler;
import android.os.Message;
import android.support.v7.app.AppCompatActivity;
import android.widget.TextView;

public class MainActivity extends AppCompatActivity {

    private static final int UPDATE_TEXT = 1;
    private TextView textView;

    Thread backgroundThread = new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            try {
                Thread.sleep(5000);
                Message message = handler.obtainMessage(UPDATE_TEXT);
                message.obj = "Hello";
                handler.sendMessage(message);
            } catch (InterruptedException e) {
                // ignore
            }
        }
    });

    Handler handler = new Handler() {
        @Override
        public void handleMessage(Message message) {
            if (message.what == UPDATE_TEXT) {
                String text = (String) message.obj;
                textView.setText(text);
            }
        }
    };

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        backgroundThread.start();
    }
}

我们知道只有在主线程中更新界面。那么handleMessage()是在主线程中运行的吗，主线程又是如何调用handleMessage()的呢？实际上handleMessage()的确是在主线程中运行的。主线程里面有一个无限循环，不断的将消息分派给Handler处理。执行这个无限循环的对象就是Looper。

Looper和MessageQueue

Looper是处理消息的主循环，Activity的消息全部由Looper进行分派。下面的代码是从ActivityThread.main()截取的，从这里可以看到，Android应用的主循环就是Looper.loop()。

public static void main(String[] args) {

        Looper.prepareMainLooper();

        ActivityThread thread = new ActivityThread();
        thread.attach(false, startSeq);

        Looper.loop();
        throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
}

下面的代码是从Looper.java中截取的，部分函数有删减。可以看到每个线程有一个线程本地的Looper对象，它的方法looper()就是线程中处理消息的主循环。looper()不断从MessageQueue中获取消息，交给Message.target.dispatchMessage()。Message.target是一个Handler，dispatchMessage()方法里会调用handleMessage()。

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

private static void prepare(boolean quitAllowed) {
        sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));
}

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

public static void loop() {
        final Looper me = myLooper();
        final MessageQueue queue = me.mQueue;

        for (;;) {
                Message msg = queue.next(); // might block
                if (msg == null) {
                        return;
                }

                msg.target.dispatchMessage(msg);
                dispatchEnd = needEndTime ? SystemClock.uptimeMillis() : 0;
                msg.recycleUnchecked();
        }
}

Looper通过MessageQueue.next()方法得到消息，这是一个阻塞方法，大致的流程如下：

Message next() {
        int nextPollTimeoutMillis = 0;
        for (;;) {
                nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);

                long now = SystemClock.uptimeMillis();
                Message msg = get_next_message();

                if (now < msg.when) {
                        nextPollTimeoutMillis = msg.when - now;
                } else {
                        return msg;
                }

                nextPollTimeoutMillis = 0;
        }
}

nativePollOnce()是一个本地方法，实际作用大致相当于sleep()。和sleep()不同的是，如果在nextPollTimeMills之前收到了新消息，nativePollOnce()会立即返回。这是通过内部调用的epoll系统调用实现的。

有的读者可能会奇怪，消息是通过Handler.sendMessage()发送的，Message对象如何传递到Looper.mQueue中的呢？在Handler的构造函数中，如果没有传入Looper对象，Handler会将当前线程的Looper对象和Looper的mQueue成员保存起来。在Handler.sendMessage()方法中，消息会传递给MessageQueue。

void sendMessage(Message message) {
        enqueueMessage(queue, message);
}

void enqueueMessage(MessageQueue queue, Message message) {
        queue.enqueueMessage(message);
}

Handler内存泄漏

前面提到Message.target是一个Handler对象。如果这个Handler定义为Activity的内部类（本文的第一个例子就是这样），当Activity退出时，如果Looper的消息对象中还有Message对象，由于Message.target通过内部类持有了Activity引用，这使得系统无法回收Activity，这就是所谓的Handler内存泄漏问题。要解决这个问题需要做到两点，一是将Handler定义为静态内部类或非内部类。二是在退出Activity时清空消息队列。下面的例子展示了这两点。

package com.tq.handlerdemo;

import android.os.Bundle;
import android.os.Handler;
import android.os.Message;
import android.support.v7.app.AppCompatActivity;
import android.widget.TextView;

import java.lang.ref.WeakReference;

public class MainActivity extends AppCompatActivity {

    private static final int UPDATE_TEXT = 1;
    private TextView textView;

    Thread backgroundThread = new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            try {
                Thread.sleep(5000);
                Message message = handler.obtainMessage(UPDATE_TEXT);
                message.obj = "Hello";
            } catch (InterruptedException e) {
                // ignore
            }
        }
    });

    private static class MyHandler extends Handler {
        private WeakReference<MainActivity> reference;

        public MyHandler(MainActivity aActivity) {
            reference = new WeakReference<>(aActivity);
        }

        @Override
        public void handleMessage(Message message) {
            if (reference.get() != null) {
                doHandleMessage(reference.get(), message);
            }
        }

        private void doHandleMessage(MainActivity activity, Message message) {
             if (message.what == UPDATE_TEXT) {
                String text = (String) message.obj;
                mainActivity.textView.setText(text);
            }
        }
    };

    private MyHandler handler;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        handler = new MyHandler(this);
        backgroundThread.start();
    }

    @Override
    protected void onDestroy() {
        handler.removeCallbacksAndMessages(null);
    }
}