Android Handler机制源码分析

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本文分析基于android-25

Handler是Android系统提供给我们的一个工具，主要用于多线程间的通讯，比如更新UI等等。

一、Handler常见用法

1.
首先定义一个Handler，并重写handlerMessage方法，当收到消息时，根据msg.what判断来源，然后进行相关操作，这里是更新了一个textView的显示文字。

private Handler mHandler = new Handler() {
    @Override
    public void handleMessage(Message msg) {
        super.handleMessage(msg);

        switch (msg.what) {
            case 1:
                mText.setText(msg.obj.toString());
                break;
        }

    }
};

发送消息的代码如下：
mSendButton是一个按钮，点击发送一条消息。

mSendButton.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
    @Override
    public void onClick(View v) {
        Message msg = Message.obtain();
        msg.what = 1;
        msg.obj = "from button Click";
        mHandler.sendMessage(msg);
    }
});

2.我们也可以调用Message的post方法直接发送一条消息

mHandler.post(new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        mText.setText("from post");
    }
};

当然还有postDelay，发送之后延时执行,第二个参数为延迟多少ms

mHandler.postDelayed(new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        mText.setText("from postDelayed");
    }
}, 3 * 1000);

3.Handler也可以直接传入一个CallBack,CallBack是Handler类内定义的一个接口

    /**
     * Callback interface you can use when instantiating a Handler to avoid
     * having to implement your own subclass of Handler.
     *
     * @param msg A {@link android.os.Message Message} object
     * @return True if no further handling is desired
     */
    public interface Callback {
        public boolean handleMessage(Message msg);
    }

可以看到，这个接口是有返回值的，它的意义是当你通过该接口方法handleMessage(Message msg)处理消息之后，如果后面不需要进行后续处理，那么返回true，如果后面还想再进行其他处理，可以返回false，下文源码分析部分会有详细说明

private Handler mHandler = new Handler(new Handler.Callback() {
    @Override
    public boolean handleMessage(Message msg) {
        // do sth
        return false;
    }
});

二、Handler机制内部实现源码分析

Handler实现涉及到的几个主要的类为Handler、Looper、MessageQueue、Message等，下面我们来一个个分析一下

Handler

构造方法

Handler有多个构造方法，如下

public Handler() {
    this(null, false);
}

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

public Handler(Looper looper) {
    this(looper, null, false);
}

public Handler(Looper looper, Callback callback) {
    this(looper, callback, false);
}

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

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;
}

public Handler(Looper looper, Callback callback, boolean async) {
    mLooper = looper;
    mQueue = looper.mQueue;
    mCallback = callback;
    mAsynchronous = async;
}

我们发现，这些方法最终都是调用的下面的两个方法，那我们来看下这两个。
1. public Handler(Callback callback, boolean async)

这个方法中有个FIND_POTENTIAL_LEAKS变量

/*
 * Set this flag to true to detect anonymous, local or member classes
 * that extend this Handler class and that are not static. These kind
 * of classes can potentially create leaks.
 */
private static final boolean FIND_POTENTIAL_LEAKS = false;

这个变量定义为了static final，并且值为false。也就是if判断里面的内容不会执行，在stackoverflow上查询了一下，基本可以认为if中的语句是Google工程师在调试过程中使用的，正式发布android版本时，该变量则会改为false。

后面的代码我们看到，这是首先会拿到一个Looper对象mLooper，如果该变量为null，则会直接抛出异常，从这里我们就可以看出来，使用Hander时，必须要存在一个Looper对象，否则会报错，Looper对象可以通过Looper.prepare()获取，后面Looper源码部分会有更详细的介绍。

可能有同学会有疑问，平时我们在使用Handler的时候并没有去调用这个方法啊，Looper对象哪里来的？平时我们在主线程没有调用Looper.prepare()是因为主线程在启动的时候已经为我们调用过了，这个调用是在ActivityThread.main()里面写的。

public static void main(String[] args) {
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "ActivityThreadMain");
    SamplingProfilerIntegration.start();
...
    Looper.prepareMainLooper();
    ActivityThread thread = new ActivityThread();
    thread.attach(false);
    if (sMainThreadHandler == null) {
        sMainThreadHandler = thread.getHandler();
    }
...
    Looper.loop();
    throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
}

可以看到，在这里通过调用Looper.prepareMainLooper()创建的主线程Handler，并且调用了loop开启了循环。

2. public Handler(Looper looper, Callback callback, boolean async)

这个方法没有什么特别的，我们用到的Looper对象等可以通过该构造方法传进来。

发送消息

Handler发送消息的方法也有很多个，用图片列举如下：

其中发送延时消息sendMessageDelayed内部计算时钟用的是SystemClock.uptimeMillis()，而不能用System.currentTimeMillis()

public final boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis)
{
    if (delayMillis < 0) {
        delayMillis = 0;
    }
    return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis);
}

根据Handler源码追溯图片列举方法的实现，发现这些方法最终都是调用的sendMessageAtTime这个方法。

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);
}

这个方法最终是通过enqueueMessage将要发送的msg，添加进了消息队列，调用的是MessageQueue的enqueueMessage。

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

移除消息

当我们activity退出的时候，需要将队列中为处理的消息移除，否则容易产生内存泄漏。

分发消息

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

分发消息的时候首先看msg.callback是否为空，这个callback是Runnable，就是上面的构造方法传进来的，就是上面提到的Handler的第二种用法，如果不为空则会执Runnable的run方法。为空则继续判断，mCallback是上文提到的Handler定义的Callback接口，如果有传入进来，则会执行mCallback.handleMessage，并校验返回值，为false则会继续向下执行handleMessage方法，当然，mCallback为空也会执行，handleMessage是个空方法没有具体实现，需要我们写handler时，根据自己需求实现，就像上文提到的第一种用法里的

/**
 * Subclasses must implement this to receive messages.
 */
public void handleMessage(Message msg) {
}

Looper

Looper可以通过Looper.prepare()创建，一个线程只能存在一个Looper，重复创建会抛出异常，这一点可以从Looper的构造方法看出来。

/** Initialize the current thread as a looper.
 * This gives you a chance to create handlers that then reference
 * this looper, before actually starting the loop. Be sure to call
 * {@link #loop()} after calling this method, and end it by calling
 * {@link #quit()}.
 */
public static void prepare() {
    prepare(true);
}
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));
}

sThreadLocal是

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

这里利用了ThreadLocal的特性来存储looper，可以保证各个线程的looper互不影响。
looper创建出来之后，可以通过Looper.myLooper拿到

/**
 * Return the Looper object associated with the current thread.  Returns
 * null if the calling thread is not associated with a Looper.
 */
public static @Nullable Looper myLooper() {
    return sThreadLocal.get();
}

创建主线程looper调用的是prepareMainLooper()，对应获得主线程looper的方法是getMainLooper，这是一个线程安全的方法。

public static void prepareMainLooper() {
    prepare(false);
    synchronized (Looper.class) {
        if (sMainLooper != null) {
            throw new IllegalStateException("The main Looper has already been prepared.");
        }
        sMainLooper = myLooper();
    }
}

public static Looper getMainLooper() {
    synchronized (Looper.class) {
        return sMainLooper;
}

Looper创建的时候有一个是否允许退出的变量quitAllowed，这个变量会传给MessageQueue，用来在消息队列退出的时候做校验。

Looper去消息需要调用Looper.loop开启循环，然后通过Message.next取一个消息出来，当取到消息的时候会执行message.target.dispatchMessage(),这里的target就是handler，所以会调用到上面提到的handler的dispatchMessage方法来处理消息

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();、
    //这里是一个死循环
    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
        final Printer logging = me.mLogging;
        if (logging != null) {
            logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " +
                    msg.callback + ": " + msg.what);
        }
        final long traceTag = me.mTraceTag;
        if (traceTag != 0 && Trace.isTagEnabled(traceTag)) {
            Trace.traceBegin(traceTag, msg.target.getTraceName(msg));
        }
        try {
        //target就是handler  执行handler的dispatchMessage方法来分发消息
            msg.target.dispatchMessage(msg);//
        } finally {
            if (traceTag != 0) {
                Trace.traceEnd(traceTag);
            }
        }
        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);
        }
        //回收消息
        msg.recycleUnchecked();
    }
}

Message

Message是消息对象，实现了序列化接口Parcelable，Message有几个主要的成员变量

public int what;    //可用来区分消息来源
public Object obj;  //可用来消息内容
Handler target;     //handler的引用
Runnable callback;  //由handler传入的callback接口
Message next;       //下一个消息
private static final int MAX_POOL_SIZE = 50;    //最大消息数量

Message消息池的管理采用的单链表的形式
获取一个消息实例，用Message.obtain()，而不建议采用new Message()

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();
}

上面的操作涉及到的是链表的处理，回收消息可以调用recycle()方法。

public void recycle() {
    if (isInUse()) {
        if (gCheckRecycle) {
            throw new IllegalStateException("This message cannot be recycled because it "
                    + "is still in use.");
        }
        return;
    }
    recycleUnchecked();
}


void recycleUnchecked() {
    // Mark the message as in use while it remains in the recycled object pool.
    // Clear out all other details.
    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++;
        }
    }
}

MessageQueue

消息队列，主要是对Message的操作，包括将一个消息加入队列，返回一个消息，涉及到的两个方法为next()和enqueueMessage()
next

Message next() 
 ...
    for (;;) {
        if (nextPollTimeoutMillis != 0) {
            Binder.flushPendingCommands();
        }
        nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);
        synchronized (this) {
            // Try to retrieve the next message.  Return if found.
            final long now = SystemClock.uptimeMillis();
            Message prevMsg = null;
            Message msg = mMessages;
            if (msg != null && msg.target == null) {
                // Stalled by a barrier.  Find the next asynchronous message in the queue.
                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.
                    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 {
                // No more messages.
                nextPollTimeoutMillis = -1;
            }
            // Process the quit message now that all pending messages have been handled.
            if (mQuitting) {
                dispose();
                return null;
    ...
        nextPollTimeoutMillis = 0;
    }
}

enqueueMessage

boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
    ...
    synchronized (this) {
        if (mQuitting) {
            IllegalStateException e = new IllegalStateException(
                    msg.target + " sending message to a Handler on a dead thread");
            Log.w(TAG, e.getMessage(), e);
            msg.recycle();
            return false;
        }
        msg.markInUse();
        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;
}

这两个方法（或者说MessageQueue）用Linux系统的epoll机制帮助自己不断地把消息入队和取出消息，其他的主要操作就是对链表的处理。

关于epoll机制可以自行Google或看这两篇文章：
【Linux学习】epoll详解
select、poll、epoll之间的区别总结[整理]

总结

现在简单总结一下Handler机制：

首先创建Handelr，在创建handler之前必须先创建一个looper对象，当然主线程looper系统已经为我们创建好了，不用我们再手动创建。调用Looper.loop可以开启循环，不断的从消息队列中取出消息，加入消息最终调用的是handler的sendMessageAtTime，然后会调用到message.enqueueMessage来将消息入队，通过looper.loop取到消息后，调用msg.target.dispatchMessage（就是Handler的dispatchMessage）来处理消息，这样就会将发送的消息交给handler所在的线程处理。

思考一个问题

我们知道，非静态内部类处理不好很容易引起内存泄漏，handler使用不当引起的内存泄漏就是这种情况之一。判断对象是否可以回收采用的是可达性算法，那么当handle引起内存泄漏时整个引用链是什么样呢？

首先handler持有外部acitvity的引用，Message中有个target变量持有的是handler的引用，而MessageQueue又持有Message，Looper中mQueue持有的是MessageQueue的引用，而loooper是一个static变量，它在这里就是一个GcRoot，所以系统没有办法回收acitvity。