Android Handler 机制解析

1、前言

在 Android 开发中，Handler 的机制和运行原理这方面的知识可以说是每个人都需要熟悉的。这不仅是因为 Handler 是 Android 应用的基石之一，也因为 Handler 整体设计上也是十分优秀的。接下来我就梳理总结一下常见的 Handler 相关知识点。

2、基本使用（GPT）

创建Handler对象：要使用Handler，首先需要创建一个Handler对象。Handler可以在UI线程或其他线程中创建，但通常在UI线程中创建，以便将消息发送到UI线程。
java 复制代码
```
Handler handler = new Handler();
```

发送消息 ：要将消息发送到Handler，可以使用Handler的post方法或sendMessage方法。通常，您将使用post方法执行一个Runnable任务。

java 复制代码

handler.post(new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        // 在UI线程执行的任务
        // 可以更新UI元素
    }
});

或者使用sendMessage方法：

java 复制代码

Message message = handler.obtainMessage();
message.what = MY_MESSAGE_CODE;
handler.sendMessage(message);

处理消息 ：在Handler所在的线程中，可以覆盖handleMessage方法来处理消息。通常，您需要继承Handler类并重写handleMessage方法。

java 复制代码

class MyHandler extends Handler {
    @Override
    public void handleMessage(Message msg) {
        switch (msg.what) {
            case MY_MESSAGE_CODE:
                // 处理消息
                break;
            // 可以处理更多不同消息类型
        }
    }
}

关联Handler与Looper：Handler需要与Looper（消息循环）关联，以便能够在消息队列中接收和处理消息。通常，UI线程已经有一个与之关联的Looper，所以在UI线程中创建Handler不需要额外配置。但如果您在其他线程中创建Handler，需要先创建一个Looper。
java 复制代码
```
Looper.prepare(); // 创建一个新的Looper
Handler handler = new Handler(); // 关联Handler与新的Looper
Looper.loop(); // 开始消息循环，必须调用以使Looper活动
```

从后台线程向UI线程发送消息：通常情况下，Handler最常用于在后台线程执行任务后更新UI线程。例如，如果您在后台线程中进行网络请求，请求完成后，可以使用Handler将结果传递给UI线程以更新UI元素。

java 复制代码

new Thread(new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        // 后台线程执行任务
        // ...

        // 任务完成后，使用Handler将结果传递给UI线程
        handler.post(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                // 更新UI
            }
        });
    }
}).start();

这些是Android Handler的基本用法。Handler是Android中处理异步任务和多线程通信的重要工具，可以确保UI更新等操作在UI线程中执行，从而避免应用程序崩溃或出现不稳定行为。

3、流程梳理

从 2 中可以看出 Handler 有两种发送信息的方式。第一种是发送 Message；第二种是直接 post runnable。我们分别看下两种方法的源码处理。

3.1 获取 Message 的方式

发送 Message 首先需要获取一个 Message，当然可以直接 new 一个对象出来，但是也可以通过 Message.obtain() 方法来获取一个消息池里面的消息对象。

java 复制代码

    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();
    }

可见这种方式可以减少内存分配和垃圾回收的开销，因为它避免了频繁创建和销毁 Message 对象，而是重复使用已有对象。这在Android中的消息处理机制中非常有用，因为通常会有大量的消息对象需要创建和处理，如Handler中的消息队列。因此，Message.obtain 方法的使用方式类似于享元模式，通过共享可复用的对象来减少系统资源的消耗，提高性能。这有助于更有效地管理Android应用程序中的消息处理。

3.2 压入消息队列

这里面接着往下看，会通过 Message.enqueueMessage 将这个消息压入消息队列中。这里就要说下这个 Looper 的获取方式了。查看代码可以看到 Looper 是从 ThreadLocal 里面获取到的。ThreadLocal 保证了在每个线程内只有一个 Looper 对象。到这里消息已经进入消息队列中了。

java 复制代码

final MessageQueue mQueue;

public Handler(@Nullable Callback callback, boolean async) {
    mLooper = Looper.myLooper();
    if (mLooper == null) {
        throw new RuntimeException(
            "Can't create handler inside thread " + Thread.currentThread()
            + " that has not called Looper.prepare()");
    }
    mQueue = mLooper.mQueue;
}

private boolean enqueueMessage(@NonNull MessageQueue queue, @NonNull Message msg,
                               long uptimeMillis) {
    msg.target = this;
    msg.workSourceUid = ThreadLocalWorkSource.getUid();

    if (mAsynchronous) {
        msg.setAsynchronous(true);
    }
    return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}

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

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

接下来就是取消息的过程，取消息的方法是在 Looper.java 的 loop 方法中，如果是在子线程使用的情况下需要自己手动启动 Looper.loop 方法开启轮询。主线程中则是由系统在 ActivityThread.java 的 main 方法里面为我们开启了轮询。

java 复制代码

public static void main(String[] args) {
    Looper.prepareMainLooper();

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

    if (sMainThreadHandler == null) {
        sMainThreadHandler = thread.getHandler();
    }

    Looper.loop();

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

接着看 loop 方法，这里面是一个死循环，会一直从消息队列中获取消息。获取到了后会执行 msg.target.dispatchMessage(msg); 方法。可以看到在 android30 里面已经系统已经集成了检测耗时消息的机制（logSlowDelivery 相关代码）。

java 复制代码

public static void loop() {
    final Looper me = myLooper();
    if (me == null) {
        throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
    }
    me.mInLoop = true;
    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;
        }
        // Make sure the observer won't change while processing a transaction.
        final Observer observer = sObserver;

        final long traceTag = me.mTraceTag;
        long slowDispatchThresholdMs = me.mSlowDispatchThresholdMs;
        long slowDeliveryThresholdMs = me.mSlowDeliveryThresholdMs;
        if (thresholdOverride > 0) {
            slowDispatchThresholdMs = thresholdOverride;
            slowDeliveryThresholdMs = thresholdOverride;
        }
        final boolean logSlowDelivery = (slowDeliveryThresholdMs > 0) && (msg.when > 0);
        final boolean logSlowDispatch = (slowDispatchThresholdMs > 0);

        final boolean needStartTime = logSlowDelivery || logSlowDispatch;
        final boolean needEndTime = logSlowDispatch;

        if (traceTag != 0 && Trace.isTagEnabled(traceTag)) {
            Trace.traceBegin(traceTag, msg.target.getTraceName(msg));
        }

        final long dispatchStart = needStartTime ? SystemClock.uptimeMillis() : 0;
        final long dispatchEnd;
        Object token = null;
        if (observer != null) {
            token = observer.messageDispatchStarting();
        }
        long origWorkSource = ThreadLocalWorkSource.setUid(msg.workSourceUid);
        try {
            msg.target.dispatchMessage(msg);
            if (observer != null) {
                observer.messageDispatched(token, msg);
            }
            dispatchEnd = needEndTime ? SystemClock.uptimeMillis() : 0;
        } catch (Exception exception) {
            if (observer != null) {
                observer.dispatchingThrewException(token, msg, exception);
            }
            throw exception;
        } finally {
            ThreadLocalWorkSource.restore(origWorkSource);
            if (traceTag != 0) {
                Trace.traceEnd(traceTag);
            }
        }
        if (logSlowDelivery) {
            if (slowDeliveryDetected) {
                if ((dispatchStart - msg.when) <= 10) {
                    Slog.w(TAG, "Drained");
                    slowDeliveryDetected = false;
                }
            } else {
                if (showSlowLog(slowDeliveryThresholdMs, msg.when, dispatchStart, "delivery",
                                msg)) {
                    // Once we write a slow delivery log, suppress until the queue drains.
                    slowDeliveryDetected = true;
                }
            }
        }
        if (logSlowDispatch) {
            showSlowLog(slowDispatchThresholdMs, dispatchStart, dispatchEnd, "dispatch", 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();
    }
}

这里面 target 在 enqueueMessage 已经设置成了发送 handler。所以执行逻辑会回到 handler 的 dispatchMessage 方法里面。

3.3 消息执行

这里面可以先看一下 post runnable 方法。其实还是发送的 callback 是 runnable 的 Message。所以处理流程都是统一的。

java 复制代码

// Handler.java   
public void dispatchMessage(@NonNull Message msg) {
    // 1、如果 msg 存在 callback 则直接执行，post 方式都会走到这里
    if (msg.callback != null) {
        handleCallback(msg);
    } else {
        // 2、mCallback 不为空则进入这里处理，这个 mCallback 可以通过构造方法传入
        if (mCallback != null) {
            if (mCallback.handleMessage(msg)) {
                return;
            }
        }
        // 3、最后会走到自身 handleMessage 方法，这个方法可以通过继承重写
        handleMessage(msg);
    }
}

public final boolean post(@NonNull Runnable r) {
    return  sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);
}

private static Message getPostMessage(Runnable r) {
    Message m = Message.obtain();
    m.callback = r;
    return m;
}

走到这里，可以发现我们的 Handler 机制在 Java 层已经完全梳理一遍了。下面继续看下 native 层的部分。这里就引入了一个经典问题：那就是主线程 loop 方法是死循环，系统为什么不会卡死呢？从源码可以看到 loop 方法里面调用了消息队列的 next 方法，这里面会调用继续调用 native 的 nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis); 方法。这里面会通过 epoll 机制，当等待消息的时候，会释放系统资源，当被唤醒时再继续操作。唤醒操作 nativeWake(mPtr); 。

c++ 复制代码

// 0 立即返回，2000 等待 2s，-1 永久休眠
static void android_os_MessageQueue_nativePollOnce(JNIEnv* env, jobject obj,
        jlong ptr, jint timeoutMillis) {
    NativeMessageQueue* nativeMessageQueue = reinterpret_cast<NativeMessageQueue*>(ptr);
    nativeMessageQueue->pollOnce(env, obj, timeoutMillis);
}

// 底层通过 epoll 的方式监听读端，会进入等待，等待写入端有数据写入
int eventCount = epoll_wait(mEpollFd.get(), eventItems, EPOLL_MAX_EVENTS, timeoutMillis);

// 插入消息的时候，会调用 wake 方法，会写入了 1，唤醒
uint64_t inc = 1;
ssize_t nWrite = TEMP_FAILURE_RETRY(write(mWakeEventFd.get(), &inc, sizeof(uint64_t)));

3.4 消息屏障

消息屏障的典型用例是在UI线程中执行UI更新，以确保UI更新的操作按照它们被提交的顺序执行。例如，如果在后台线程中进行了多次UI更新，并将这些更新消息发送到UI线程的消息队列中，可以使用 sendMessageAtFrontOfQueue 方法来确保这些UI更新按照它们被发送的顺序执行，从而避免UI显示的不一致性。通过 sendMessageAtFrontOfQueue 方法会将时间设置为 0，在进入消息队列的过程中，会直接插入到队列头部，所以可以确保执行优先级较高。

3.5 IdleHandler

IdleHandler是Android中的一个回调接口，它用于在主线程空闲时执行任务。当主线程没有处理消息时（即处于空闲状态），IdleHandler中的回调方法将被触发，允许您执行一些耗时较长的任务，而不会影响到UI的响应性。这在某些情况下非常有用，例如在后台预加载数据或执行其他非UI相关的工作。

java 复制代码

// 创建一个IdleHandler
MessageQueue.IdleHandler idleHandler = new MessageQueue.IdleHandler() {
    @Override
    public boolean queueIdle() {
        // 在主线程空闲时执行的任务
        // 可以执行一些耗时操作，不会阻塞UI线程
        return false; // 返回true表示继续监听，false表示不再监听
    }
};

// 注册IdleHandler
Looper.myQueue().addIdleHandler(idleHandler);

这块处理逻辑是在 MessageQueue 的 next 方法内部。

4、总结

到这里基本梳理了 Handler 的一些使用和原理，虽然各种框架和 Kotlin 都可以很方便的执行切换线程的操作了，但是这些原理性的东西还是值得我们学习并了解的。