Android面试时被问到Handler机制可怎么办之Handler初级探索

0. 场景重现

面试官：请做下自我介绍

我：我叫孙小胖儿，吧啦吧啦吧啦。。。。

面试官：好的，那我们来问点技术问题，请问你对Handler机制了解么

我：Handler机制主要是由Handler、Message、MessageQueue、Looper组成的，它们，它们，嗯。。。。呃。。。。

面试官：好了，咱们的面试就到这儿吧

我：哦，好的。

1. Handler 是什么

1.1 Handler 的定义

以下是 Android 对于Handler的定义^[1]^

A Handler allows you to send and process Message and Runnable objects associated with a thread's MessageQueue. Each Handler instance is associated with a single thread and that thread's message queue. When you create a new Handler it is bound to a Looper. It will deliver messages and runnables to that Looper's message queue and execute them on that Looper's thread.

There are two main uses for a Handler: (1) to schedule messages and runnables to be executed at some point in the future; and (2) to enqueue an action to be performed on a different thread than your own.

简单说就是：我们可以通过Handler发送并处理与线程的消息队列相关联的Message和Runnable（其实Runnable 最终会被封装进 Message，所以 Runnable 本质上也是个 Message，这个后面再展开说）。每个 Handler 实例都会跟一个线程及其消息队列关联，当创建 Handler 的时候，它会和一个 Looper 绑定。 Handler有两个主要的用途：

(1) 在未来的某个时间执行 Message 或者 Runnable

(2) 在不同的线程间执行一些操作

1.2 Handler 的基本用法

java 复制代码

import android.os.Handler;  
import android.os.Message;

public class HandlerTestActivity extends AppCompatActivity {

    private Handler mHandler = new Handler() {
        @Override
        public void handleMessage(Message msg) {
            switch(msg.what) {
                case 1:
                    // do something
                    break;
            }
        }
    };
    
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {  
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_handler_test);
        
        // message形式
        sendMessage();
        // Runnable形式
        postRunnable();
    }
    
    private void sendMessage() {
        Message msg = Message.obtain();  
        msg.what = 1;  
        mHandler.sendMessage(msg);
    }
    
    private void postRunnable() {
        mHandler.post(new Runnable() {  
            @Override  
            public void run() {  
              // do something
            }  
        });
    }
}

上面这段代码就是Handler最基本的用法了，首先实例化一个Handler对象(第6行)，然后通过sendMessage(sendMessage()方法) 或者 post(postRunnable()方法)的形式，来做一些线程相关的操作了。

咦？这里只有Handler和 Message，并没有 MessageQueue 和 Looper 啊，搞咩啊～～～

2. Handler 机制探究

2.1 Handler 把 Message 送到哪里去了

通过 Handler 的基本用法，我们已经知道 Handler 通过 sendMessage 方法把 Message 发送了出去，但是 Message 被送到哪里去了呢？我们来看看 sendMessage 方法都做了什么。从上述代码中可以看出，虽然我们调用的是Handler#sendMessage这个方法，但是实际执行的代码是在 sendMessageAtTime这个方法中，在这个方法中出现了一个和 Message 相关的东西：MessageQueue，我们继续往下看在enqueueMessage这个方法中，我们看到，最后执行的是

java 复制代码

queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);

而这个 queue 正是在 sendMessageAtTime 中定义，然后传入到enqueueMessage 这个方法中的。至此，Handler 终于是将 Message 放到了 MessageQueue

2.2 Message 是怎么回到 Handler 的

我们实例化一个Handler对象（假定命名为：mHandler）的时候，会重写 handleMessage 这个方法，这样当我们在调用 Handler#sendMessage这个方法的时候，才会由这个 mHandler 来处理 Message，那么，问题来了，这个 Message 又是怎么回到 Handler 的呢？

我们仔细看一下在【2.1节】提到的 enqueueMessage 这个方法可以看到这个方法体内的第一行代码是：

java 复制代码

msg.target = this;

也就是说，Handler 把它自己存到了 Message 的 target 中，这样做的意义是什么呢？说这个之前，我们先来看看 Handler 的构造方法

从图中可以看到，

java 复制代码

public Handler() {  
    this(null, false);  
}
 
![image.png](https://p1-juejin.byteimg.com/tos-cn-i-k3u1fbpfcp/526179d2b0ec4f2e8a232eb7be2c9579~tplv-k3u1fbpfcp-jj-mark:0:0:0:0:q75.image#?w=2218&h=2342&s=575489&e=png&b=202124)
public Handler(@Nullable Callback callback) {  
    this(callback, false);  
}

最终调用的是下面这个构造方法，而在这个构造方法中，Looper终于是浮出了水面。

java 复制代码

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;  
    mCallback = callback;  
    mAsynchronous = async;
}

注意：下面这两个方法，从API 30开始废弃了，官方文档给出的解释是：在Handler的构造方法中隐式的选择Looper会引发 Bug^[2]^

java 复制代码

public Handler() {  
    this(null, false);  
}
 
![image.png](https://p6-juejin.byteimg.com/tos-cn-i-k3u1fbpfcp/6b5dd0eed1284ff4ab5dcc6c0b9ec269~tplv-k3u1fbpfcp-jj-mark:0:0:0:0:q75.image#?w=2218&h=2342&s=575489&e=png&b=202124)
public Handler(@Nullable Callback callback) {  
    this(callback, false);  
}

好了，言归正传，我们来看看这个Looper是什么。

Looper中有两个比较重要的方法，一个是prepare()方法，一个是loop()方法，我们先说prepare()方法。从上图可以看到，在prepare()方法中，实例化了一个Looper对象，而在Looper的构造方法中，实例化了消息队列（见下图）

至此，Looper、MessageQueue、Message、Handler 这四者都出现了，也通过 MessageQueue、Message 关联到一起了。

那么我们接下来看看 Looper 中另一个比较重要的方法：loop() loop()方法中有个for循环，还是个死循环，在这里有个方法，名为：loopOnce，我们看看它做了哪些事情在 loopOnce 这个方法中，我们可以看到，它首先调用了MessageQueue的next()方法，获取到了Message（图中第161行代码）在对这个取出来的 Message 做了一些列处理后，执行了 msg.target.dispatchMessage 这个代码。还记得我们前面说过的msg.target是什么么？对了，它就是发送这个 message 的 Handler，好了，Handler 向消息队列发送的消息，最终还是又回到了这个 Handler 里，让它自己处理。最后来看看这个 dispatchMessage()方法做了什么好了，现在 Handler、Message、MessageQueue、Looper这四个终于是形成了一个回环。它们之间的工作流程如下：

3. 扩展一下

3.1 为什么说 Runnable 也是 Message

我们来看下 Handler#post()方法做了什么，就知道了可以看到，在post方法里调用的还是 sendMessageDelayed() 方法，但是有个区别，传给sendMessageDelayed() 的第一个参数，是从 getPostMessage() 这个方法取得，我们跟进去看一下在这里可以看到，Runnable被当做了Message的callback保存了下来，因此可以简单的认为 Runnable 也是 Message

3.2 Handler是怎么实现线程切换的

Handler 实现线程切换，其实依赖的是 Looper，因为在 Handler 初始化的时候就跟 Looper 绑定了，而Looper 又是跟线程绑定的，所以，Handler 最后执行 HandleMessage() 方法的时候所在的线程就是 Looper 所在的线程。

java 复制代码

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;  
    ...
}

Looper.loop()
 -> MessageQueue.next()
  -> Message.target.dispatchMessage()
   -> Handler.handleMessage()

通常情况下，我们在使用 Handler 的时候除非特别指定，否则用的都是主线程的 Looper，因此子线程发送消息以后，经过Looper#loop()->MessageQueue.next()->Message.target.dispatchMessage()这一系列的调用之后，会回到主线程执行Handler#handleMessage()

3.3 为什么能在主线程直接使用 Looper

那是就得从Looper#prepareMainLooper()方法说起了初看这个方法，好像没有什么特别之处，不过仔细看下箭头指向的那行代码 prepare(false)，这里传入的是false，从参数的提示可以看到是不允许退出，因此主线程的Looper是不能退出的。

再看下这个方法的注释，即@deprecated那里写的，你的应用程序的main looper已经被Android 环境创建了，那我们来验证一下全局搜索一下prepareMainLooper()，可以看到在ActivityThread#main()方法中调用了 Looper.prepareMainLooper()，所以这也就印证了注释中的说明，确实是 Android 帮我们创建了，因此我们可以直接在主线程（UI线程）使用Looper了。

3.4 Message 的创建

在Android 源码里，对于 Message ，有个特别说明建议我们使用Message#obtain()或Handler#obtainMessage()这个两个方法来创建 Message 对象，从这段描述来看，Android 给 Message 设计了一个回收机制，所以为了节省内存开销，还是按照官方推荐的方式来获取 Message 吧

4. 总结

Handler 背后还有 Looper、MessageQueue、Message
- message：消息。
- MessageQueue：消息队列，负责消息的存储与管理，负责管理由 Handler 发送过来的 Message。读取会自动删除消息，单链表维护，插入和删除上有优势。在其next()方法中会无限循环，不断判断是否有消息，有就返回这条消息并移除。
- Looper：消息循环器，负责关联线程以及消息的分发，在该线程下从 MessageQueue获取 Message，分发给Handler，Looper创建的时候会创建一个 MessageQueue，调用loop()方法的时候消息循环开始，其中会不断调用messageQueue的next()方法，当有消息就处理，否则阻塞在messageQueue的next()方法中。当Looper的quit()被调用的时候会调用messageQueue的quit()，此时next()会返回null，然后loop()方法也就跟着退出。
- Handler：消息处理器，负责发送并处理消息，面向开发者，提供 API，并隐藏背后实现的细节。
使用 Handler 前，要先创建 Looper 或者使用主线程的 Looper
主线程的 Looper 不允许退出
Runnable 被封装进了 Message，可以说是一个特殊的 Message

5. 参考资料

6. 备注

[1]：Handler

[2]：Handler#Handler()

重新出发再学习，写下来一是加深印象，二是记录下这个重新学习的过程，有不足之处欢迎指正