Handler详解--理论篇

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概述

在平时的开发中，我们一般会在子线程请求数据，因为Android的UI操作不是线程安全的，所以我们会有切换到UI线程(主线程)更新UI的需求。有以下两种方法：

  • 使用Activity的runOnUiThread方法。
  • 使用Handler。

其实查看源码就能发现runOnUIThread方法还是基于Handler的，接下来就详细解析Handler机制。

相关类

Handler机制其实是Handler、MessageQueue、Looper三个类共同作用的结果，只是我们经常和Handler打交道所以对Handler比较熟悉。

MessageQueue

这个类相对简单，维护一系列的Message，有两个主要方法

  • boolean enqueueMessage(Message msg, long when)
  • Message next()

enqueueMessage将一条消息入队，next方法返回队头的一条消息，并将该条消息出队，需要注意的是如果消息队列为空，那么这个方法就会阻塞直到有消息入队。

Looper

每个线程都有自己的Looper实例，通过Looper.myLooper()获得当前线程的Looper实例，这是通过ThreadLocal实现的，如果不知道ThreadLocal的点这。
Looper的作用就是无限循环从MessageQueue中拿消息，拿到消息之后调用方法（后面会讲到）。

先看看Looper类的变量

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// sThreadLocal.get() will return null unless you've called prepare().
static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();
private static Looper sMainLooper;  // guarded by Looper.class

final MessageQueue mQueue;

除了主线程默认有Looper外，其余的线程若想使用必须调用Looper.prepare()初始化当前线程Looper

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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));
}

接下来看看Looper的构造方法

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

可以看出一个Looper持有一个自己的MessageQueue，而且一个线程只会有一个Looper，也就是一个线程一个MessageQueue。

接下来就是最重要的方法了–Loop.loop()，先看看代码

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public static void loop() {
    
    ......
    
    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.traceBegin(traceTag, msg.target.getTraceName(msg));
        }
        try {
            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);
        }

        msg.recycleUnchecked();
    }
}

可以看出是在一个死循环中从队列取出消息，然后调用msg.target.dispatchMessage(msg)处理消息。其实仔细看会发现如果返回null，那么就会跳出死循环，那么什么时候queue.next()会返回null呢？当Looper的quit被调用的时候，他就会调用queue的quit，这样queue就会返回null，从而达到退出loop的目的。

Handler

Handler作用就是发送消息和处理消息，当一个Handler创建的时候，他就会和当前线程的Looper关联起来

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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;
}

在构造方法中得到当前线程的Looper和MessageQueue，并保存起来。重头戏在sendMessageAtTime方法，其他方法发送信息最后都是使用这个方法

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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);
}

可以看出这里就将消息放入队列了，然后Looper一直在循环消息队列，这个时候他就拿到一条消息，然后调用msg.target.dispatchMessage(msg)处理消息，我们看一下Message的结构

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/**
     * User-defined message code so that the recipient can identify 
     * what this message is about. Each {@link Handler} has its own name-space
     * for message codes, so you do not need to worry about yours conflicting
     * with other handlers.
     */
    public int what;

    /**
     * arg1 and arg2 are lower-cost alternatives to using
     * {@link #setData(Bundle) setData()} if you only need to store a
     * few integer values.
     */
    public int arg1; 

    /**
     * arg1 and arg2 are lower-cost alternatives to using
     * {@link #setData(Bundle) setData()} if you only need to store a
     * few integer values.
     */
    public int arg2;
    /*package*/ 
    Handler target;

可以看出每一条消息都有一个target变量，代表发送他的Handler，而且以后处理消息也是这个Handler，那这个target是在哪里赋值的呢？其实是在sendMessageAtTime中的enqueueMessage()方法

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

梳理流程

每个类的原理都讲明白了，接下来我们整理一下他们的关系。一个线程只有一个Looper，一个Looper内部维护着一个MessageQueue，创建Handler的时候，该Handler自动和当前线程的Looper关联起来。
当使用该Handler发送消息的时候，使用Handler关联Looper的MessageQueue将消息入队，然后Looper无限循环查询消息队列，一有消息就处理，处理方式是通过调用该Message的target的handleMeessage方法。

线程切换

大概流程就是这样，但是可能有人还是很迷糊，那到底是怎么样实现线程的切换的？
我们一步一步来看，如果我们的Handler在主线程创建，那么关联的就是主线程的Looper，到最后调用的handleMessage的就是这个Looper，那么该方法就肯定在主线程运行了。而在子线程中，我们做的只不过是发送消息，也就是改变主线程的消息队列，然后主线程的Looper拿到消息处理，这样就实现了线程转换。

下一篇我们会自己实现一个Handler加深对Handler机制对理解，而且还涉及到Android程序启动的流程，有兴趣的朋友可以看一眼。

Handler详解--实战篇