Android Handler深入学习（源码分析）

目录：

1. 背景

在分析源码之前，先来了解一下Message、MessageQueue、Looper这几个对象。

1.1 Message 消息

定义：是线程间通讯的数据单元，包含着描述信息及任意数据对象，发送到 Handler。

在实际使用中，我们在工作线程中通过 Handler.sendMessage(Message)，将携带数据的 Message 信息发送给 Handler，然后再由 Handler 处理，根据不同的信息，通知主线程作出相对应的 UI 工作。

官方文档说明：


/**
 * 定义包含着描述信息及任意数据对象的可发送到 Handler 的信息。额外包含可以不被分配的两个 int 字段及一个 Object 字段。
 * 获取 Message 对象最好的方法是调用 Message.obtain() 或 调用 Handler.obtainMessage() 方法来获取，调用该方法将从可回收的对象池中获取对象。
 */
public final class Message implements Parcelable {
    /**
     * 用户定义的消息代码，以便接收者能够识别此消息。每个 Handler 都有自己的消息代码命名空间，因此不必担心你的 Handler 与其他 Handler 起冲突。
     */
    public int what;
 
    /**
     * 如果只需要存储几个整数值，以 arg1 和 arg2 为变量去使用 setData(Bundle) 是较低成本的替代选择方法。
     */
    public int arg1;
    public int arg2;
 
    /**
     * 发送给接收者的任意对象，当使用 Messager 跨进程发送消息时，如果包含着可序列化的框架类时，Message必须是非空的。使用setData()来传输数据。
     * 注意，Android 2.2发行版之前不支持此处的Parcelable对象。
     */
    public Object obj;
    ···略···
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1.2 MessageQueue 消息队列

定义：用来存储 Message 的数据队列。

官方文档说明：


/**
 * 包含着一系列由 Looper 分发的 Message 的一个低级类。
 * Message 不是直接添加到 MessageQueue 中的，而是通过与 Looper 关联的 Handler 对象来添加的。
 * 你可以使用“loop.myQueue()”方法来获取当前线程的 MessageQueue 对象。
 */
public final class MessageQueue {
    private static final String TAG = "MessageQueue";
    ···略···
}
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1.3 Looper 消息循环器

定义：用于为线程执行消息循环的一个类。是 MessageQueue 与 Handler 之间的通讯媒介。

官方文档说明：


/**
  * 用于为线程执行消息循环的一个类。
  * 线程默认情况下没有与之关联的消息循环;要创建一个，在将要运行循环的线程中调用 Looper.prepare()，然后调用 Looper.loop() 让它处理消息，直到循环停止。
  * 与消息循环的大多数交互都是通过 Handler 类进行的。
  * 这是一个典型的 Looper 线程实现的例子，使用 Looper.prepare() 和 Looper.loop() 方法创建一个 Handler 对象与 Looper 进行通信。
  * 
  *  class LooperThread extends Thread {
  *      public Handler mHandler;
  *
  *      public void run() {
  *          Looper.prepare();
  *
  *          mHandler = new Handler() {
  *              public void handleMessage(Message msg) {
  *                  // 在这里处理传入的消息
  *              }
  *          };
  *
  *          Looper.loop();
  *      }
  *  }

*/
public final class Looper {
/*
* API 实现注意事项：
*
* 该类包含设置和管理基于 MessageQueue 的事件循环所需的代码。
* 影响队列状态的api应该在 MessageQueue 或 Handler 上定义，而不是在 Looper 本身上定义。
* 例如，在队列上定义空闲处理程序和同步屏障，而在 Looper 上定义线程准备、循环和退出。
*/
private static final String TAG = "Looper";
···略···
}
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1.4 Message、MessageQueue、Looper之间的关系

一句话概括： 存储在 MessageQueue 中的 Message 被 Looper 循环分发到指定的 Handler 中进行处理。

2. Handler 通信机制原理

关于Handler的通信机制工作原理，请看 Carson_Ho大佬的 Android Handler：图文解析 Handler通信机制的工作原理写的超棒，图文解析，一目了然。引用其中一Handler通信流程示意图，如下：

Thread、Handler、Looper三者之间的数量对应关系；

一个 Thread 可以有多个 Handler。
一个 Handler 只能关联一个 Looper 对象。
反之，一个 Looper 可以被多个 Handler 所关联。

3. 源码分析

针对 Handler.sendMessage(msg) 方法展开分析，分为3步：

创建 Handler 对象
创建 Message 对象
分发 Message

3.1 创建 Handler 对象

创建一个 Handler 对象，也就是实例化一个 Handler 对象，在实际的使用中，我也发现有存在三种情况，分别是：

在主线程上新建一个 Handler 对象，提供应用程序的主Looper 对象与之绑定关联。
创建一个继承于 Handler类的静态内部类，防止内存泄漏。
在子线程上创建 Handler 对象。

我将一一展开分析：

3.1.1 在主线程上新建一个 Handler 对象，提供应用程序的主Looper 对象与之绑定关联

如下，我们在主线程中新建 Handler 对象，


//在主线程中新建 Handler 对象，并提供应用程序的 主Looper
mHandler = new Handler(Looper.getMainLooper()) {
    @Override
    public void handleMessage(Message msg) {
        super.handleMessage(msg);
        //消息处理
 
    }
};
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通过上述代码，我们创建了一个 Handler 对象，并关联应用程序的主Looper 对象。这个时候我们看一下 Handler类的构造函数，如下所示：


/**
 * Use the provided {@link Looper} instead of the default one.
 * 使用提供的 Looper对象, 而不是使用默认的Looper对象
 * @param Looper 不能为 null
 */
public Handler(@NonNull Looper looper) {
    this(looper, null, false);
}
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可以发现，我们提供给 Handler 的 Looper 是通过 Looper.getMainLooper() 获取的。往下看：


/**
 * 返回应用程序的 主Looper, 它存在于应用程序的主线程中。
 */
public static Looper getMainLooper() {
    synchronized (Looper.class) {
    	//返回sMainLooper, 下一步看看sMainLooper是怎么创建 Looper 对象的。
        return sMainLooper; 
    }
}
 
如上所诉，getMainLooper() 返回 全局变量 sMainLooper 对象，所以我们需要看 sMainLooper 是什么时候被赋值的，如下所示，在 prepareMainLooper() 方法中，sMainLooper 被 myLooper 赋值：
/**
 * 将当前线程初始化为 Looper，并将其标记为应用程序的 主Looper
 * 应用程序的 主Looper 是由 Android环境 创建的，所以永远不需要自己调用这个函数
 */
public static void prepareMainLooper() {
    //调用 prepare() 方法，如果当前线程没有 Looper 对象，就为之新创建一个 Looper 对象。
    prepare(false);
    synchronized (Looper.class) {
        if (sMainLooper != null) {
            throw new IllegalStateException("The main Looper has already been prepared.");
        }
        //返回当前线程所关联的 Looper 对象。
        sMainLooper = myLooper();
    }
}
 
上一步 prepareMainLooper 中：调用了 prepare(false) 来创建 Looper 对象，具体如下：
private static void prepare(boolean quitAllowed) {
    //sThreadLocal.get() 返回 Looper || null，如果返回 Looper 对象，即代表已经为该线程创建了 Looper 对象，
    //从而抛出异常，提示：“每个线程只能创建一个Looper”
    if (sThreadLocal.get() != null) {
        throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
    }
    //否则，调用 new Looper(）方法新建一个 Looper 对象，并放入 sThreadLocal 变量中。
    sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed)); //quitAllowed = false
}
 
上一步 prepare() 中：调用了 new Looper() 方法来新创建 Looper 对象，具体如下：
private Looper(boolean quitAllowed) {
    //新建一个 MessageQueue 
    mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
    mThread = Thread.currentThread();
}
 
 
在 prepareMainLooper() 方法中，如果 sMainLooper 为 null，就赋值 sMainLooper = myLooper(); ， myLooper() 方法如下：
/**
 * 返回当前线程所关联的 Looper 对象，如果所调用的线程没有关联的 Looper 对象，就返回 null
 */
public static @Nullable Looper myLooper() {
    //获取的 Looper 对象，是在 prepare() 方法中通过 sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed)); 所创建的
    return sThreadLocal.get();
}
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上述代码中，getMainLooper() 方法中的 sMainLooper 是通过 prepareMainLooper() 进行赋值的，具体代码分析如上所述，其流程图如下所示：

3.1.2 创建一个继承于 Handler类的静态内部类，防止内存泄漏

上述创建 Handler 对象的方法是 new Handler(Looper.getMainLooper()) ，通过 Looper.getMainLooper() 方法获取 Looper 对象，然后传入到 Handler 的构造函数中，构成绑定关联关系。 但在实际开发中，我们通常将 Handler 写成静态内部类的形式，如下：


//创建 Handler 对象
mHandler = new MyHandler(this);
 
/**
 * 将 Handler 写成静态内部类，防止内存泄露
 */
public static class MyHandler extends Handler {
    WeakReference<HandlerAddThreadActivity> weakReference;
 
    public MyHandler(HandlerAddThreadActivity activity) {
        weakReference = new WeakReference<>(activity);
    }
 
    @Override
    public void handleMessage(Message msg) {
        super.handleMessage(msg);
        //处理收到的信息
    }
}
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思考： 疑问？根据上面的代码，我们没有传递 Looper 对象给 Handler 去绑定关联，那 Handler 为何又能正常工作？带着疑惑上路：


首先看一下 Handler类 的默认构造函数
 
/**
 * 默认构造函数将这个处理程序与当前线程的{@link Looper}关联起来。
 * 如果此线程没有looper，则此处理程序将无法接收消息，因此将引发异常。
 */
public Handler() {
    this(null, false);
}
 
public Handler(@Nullable Callback callback, boolean async) {
	···略···
    //返回与当前线程关联的Looper对象。如果调用线程没有关联的 Looper 对象，则返回null
    mLooper = Looper.myLooper();
    //如果 mLooper 为null，则抛出异常。
    if (mLooper == null) {
        throw new RuntimeException(
            "Can't create handler inside thread " + Thread.currentThread()
                    + " that has not called Looper.prepare()");
    }
    //获取该 Looper 的 MessageQueue
    mQueue = mLooper.mQueue;
 
    //callback = null && async = false
    mCallback = callback;
    mAsynchronous = async;
}
 
看着不明显，mLooper 是通过 Looper.myLooper() 方法获得的.
public static @Nullable Looper myLooper() {
    return sThreadLocal.get();
}
 
但这个时候我想起了 prepareMainLooper() 方法。
/**
 * 将当前线程初始化为 Looper，并将其标记为应用程序的 主Looper
 * 应用程序的 主Looper 是由 Android环境 创建的，所以永远不需要自己调用这个函数
 */
public static void prepareMainLooper() {
    //调用 prepare() 方法，如果当前线程没有 Looper 对象，就为之新创建一个 Looper 对象。
    prepare(false);
    synchronized (Looper.class) {
        if (sMainLooper != null) {
            throw new IllegalStateException("The main Looper has already been prepared.");
        }
        //返回当前线程所关联的 Looper 对象。
        sMainLooper = myLooper();
    }
}
 
疑问解除，无论我们有没有手动添加 Looper 给 Handler, Android环境都会为我们自动创建一个主线程的主Looper对象。
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总结： 我们创建的 MyHandler 静态内部类，其实也是在主线程上创建的, Android环境会为我们自动创建一个应用程序的主Looper 对象，主线程与主Looper 绑定关联。

3.1.3 在子线程上创建 Handler 对象

ok，解除了刚刚的疑问，我又问自己，那在子线程创建 Handler 对象呢？当然，如果你在子线程中新创建一个 Handler 对象，创建的方法为：


class LooperThread extends Thread {
    public Handler mHandler;
 
    public void run() {
    	//为当前线程创建一个 Looper 
        Looper.prepare();
        
		//在子线程中创建 Handler 对象
        mHandler = new Handler() {
            public void handleMessage(Message msg) {
                // 在这里处理传入的消息
            }
        };
		//开始消息循环
        Looper.loop();
    }
}
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在子线程上，我们通过调用 prepare() 来为当前线程创建一个 Looper 对象


/** 将当前线程初始化为 Looper 对象，在实际开始循环之前创建并引用该 Looper 对象。
 * 请确保在调用此方法后调用 loop() 方法，并通过调用 quit() 结束它
 */
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));
}
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并且在 Handler 与 Looper 构成绑定关联关系后，通过调用 Looper.loop() 方法开始消息循环。

3.2 创建 Message消息对象

关于创建 Message 对象有两种创建方法，分别是：

Message myMessage = new Message();
Message myMessage = Message.obtain()


/**
 * 从全局池返回一个新的消息实例。允许我们在许多情况下避免分配新对象。
 */
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();
}
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本文不过多展示。

3.3 发送消息

在工作线程中通过调用 mHandler.sendMessage(myMessage); 方法来发送消息，这一步是消息入消息队列操作，即将 Message 入 MessageQueue。


/**
 * 在当前时间之前所有挂起的消息之后, 将消息推到消息队列的末尾。它将该线程所关联的 Handler 的 handleMessage 方法中被接收消息。
 * @return 如果信息成功加入到消息队列中，返回 true，反之，入队列失败则返回 false, 失败的原因通常是因为处理消息队列的“looper”正在退出。
 */
public final boolean sendMessage(@NonNull Message msg) {
    return sendMessageDelayed(msg, 0);
}
 
/**
 * 延时 delayMillis 将消息入消息队列，它将该线程所关联的 Handler 的 handleMessage 方法中被接收消息。
 * @return 如果信息成功加入到消息队列中，返回 true，反之，入队列失败则返回 false, 失败的原因通常是因为处理消息队列的 Looper 正在退出。
 *         注意，true的结果并不意味着将处理该消息——如果 Looper 在消息的交付时间之前退出，则该消息将被删除。
 */
public final boolean sendMessageDelayed(@NonNull Message msg, long delayMillis) {
    if (delayMillis < 0) {
        //默认 delayMillis = 0
        delayMillis = 0;
    }
    return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis);
}
 
/**
 * 在指定时间入队列，深度睡眠的时间会增加额外的执行延迟。它将该线程所关联的 Handler 的 handleMessage 方法中被接收消息。
 * @param uptimeMillis 发送消息的绝对时间，使用{SystemClock # uptimeMillis}获取。       
 * @return 如果信息成功加入到消息队列中，返回 true，反之，入队列失败则返回 false, 失败的原因通常是因为处理消息队列的 Looper 正在退出。
 *         注意，true的结果并不意味着将处理该消息——如果 Looper 在消息的交付时间之前退出，则该消息将被删除。
 */
public boolean sendMessageAtTime(@NonNull Message msg, long uptimeMillis) {
    //获取当前 Looper 对象的消息队列
    MessageQueue queue = mQueue;
    //如果当前 Looper 对象没有消息队列，则抛出异常，返回 false, 代表消息入队列失败
    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);
}
 
//将消息放入消息队列
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);
}
 
根据消息的处理时间入消息队列
boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
    //获得当前的 Handler 对象，如果为 null， 则抛出异常
    if (msg.target == null) {
        throw new IllegalArgumentException("Message must have a target.");
    }
    //如果消息已经被使用，即已经入队列，则抛出异常
    if (msg.isInUse()) {
        throw new IllegalStateException(msg + " This message is already in use.");
    }
 
    synchronized (this) {
        //如果 Looper 已经退出，抛出异常，入队列失败，返回false
        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;
        //如果队列里没有消息，或者新消息的处理时间排在最前，即作为消息队列新的队头插入消息队列
        if (p == null || when == 0 || when < p.when) {
            //新的队列头部，如果队列是 blocked 的状态则需要唤醒该事件队列。
            msg.next = p;
            mMessages = msg;
            needWake = mBlocked;
        } else {
            //插入处理时间插入到队列的中间。通常我们不需要唤醒事件队列，除非是队列头部的屏障，并且消息是队列中最早的异步消息
            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;
}
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3.4 消息循环，派发消息

消息入 MessageQueue 队列后，由 Looper 循环消息队列，然后派发消息，如下所示：


/**
 * 在线程中运行消息队列，并确保调用 quit() 方法来结束消息循环
 */
public static void loop() {
    //获取当前线程关联的 Looper 对象，如果该线程没有关联的 Looper 对象，则抛出异常
    final Looper me = myLooper();
    if (me == null) {
        throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
    }
    //获取该 Looper 对象的消息队列
    final MessageQueue queue = me.mQueue;
 
    //循环消息队列
    for (;;) {
        //取出消息队列中的消息对象，如果消息队列为空，则 block 该线程。
        Message msg = queue.next(); // might block
        if (msg == null) {
            //没有消息则表明消息队列正在退出，解除消息循环
            return;
        }
 
        try {
            //消息对应的 Handler 分发消息
            msg.target.dispatchMessage(msg);  
        } 
      
        //回收正在使用的消息
        msg.recycleUnchecked();
    }
}
 
/**
 * 处理系统消息
 */
public void dispatchMessage(@NonNull Message msg) {
    if (msg.callback != null) {
        handleCallback(msg);
    } else {
        if (mCallback != null) {
            if (mCallback.handleMessage(msg)) {
                return;
            }
        }
        //如果 Message.callback 为空，执行 handleMessage(msg)，即回调复写 handleMessage(msg) 方法。
        handleMessage(msg);
    }
}
 
/**
 * 回收可能正在使用的消息，由 MessageQueue 和 Looper 在处理排队消息时在内部使用。
 */
void recycleUnchecked() {
    //将消息标记为正在使用，同时将其保留在回收的对象池中。并清楚其余所有细节
    flags = FLAG_IN_USE;
    what = 0;
    arg1 = 0;
    arg2 = 0;
    obj = null;
    replyTo = null;
    sendingUid = UID_NONE;
    workSourceUid = UID_NONE;
    when = 0;
    target = null;
    callback = null;
    data = null;
    ···
}
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Looper 消息循环，发送消息给指定的 Handler中，触发我们覆写的 handleMessage(Message) 方法。

Android Handler深入学习（源码分析）

1. 背景

1.1 Message 消息

1.2 MessageQueue 消息队列

1.3 Looper 消息循环器

1.4 Message、MessageQueue、Looper之间的关系

2. Handler 通信机制原理

3. 源码分析

3.1 创建 Handler 对象

3.1.1 在主线程上新建一个 Handler 对象，提供应用程序的 主Looper 对象与之绑定关联

3.1.2 创建一个继承于 Handler类的静态内部类，防止内存泄漏

3.1.3 在子线程上创建 Handler 对象

3.2 创建 Message消息对象

3.3 发送消息

3.4 消息循环，派发消息

3.1.1 在主线程上新建一个 Handler 对象，提供应用程序的主Looper 对象与之绑定关联