Android Loop机制中Looper与handler详细分析

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2023-06-17
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标签   Android
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  • Looper是什么
  • 简单使用
  • 从源码了解loop原理
  • loop分析
  • myLooper()
  • next()
  • handler.dispatchMessage
  • handler分析
  • 消息入队
  • 同步屏障
  • 总结

Looper是什么

用于为线程运行消息循环的类。默认情况下，线程没有与之关联的消息循环。要创建一个，在要运行循环的线程中调用 prepare()，然后调用loop()让它处理消息，直到循环停止为止。与消息循环的大多数交互是通过 Handler类进行的。

意思大概就是让线程有处理消息的能力，并且这种能力是无限循环的，直到被停止为止。

简单使用

 public Handler handler;
 public void looperThread(){
     new Thread(new Runnable() {
         @Override
         public void run() {
             Looper.prepare();
             handler = new Handler(Looper.myLooper(),new Handler.Callback() {
                 @Override
                 public boolean handleMessage(Message msg) {
                     Log.e(TAG,"收到发送过来的消息："+msg.obj.toString());
                     return false;
                 }
             });
             Looper.loop();
         }
     }).start();
 }
 @Override
 public void onClick(View view) {
     Message message = Message.obtain();
     message.obj = "点击事件消息时间戳："+System.currentTimeMillis()%;
     handler.sendMessage(message);
 }

创建一个具有消息循环的线程，该线程中创建一个和该looper绑定的handler对象，然后点击事件中不断的去发送消息给looper循环，看下最后的效果如下：

18:17:45.459 12495-12538/com.example.myapplication E/[MainActivity]: 收到发送过来的消息：点击事件消息时间戳：5458
18:17:45.690 12495-12538/com.example.myapplication E/[MainActivity]: 收到发送过来的消息：点击事件消息时间戳：5690
18:17:45.887 12495-12538/com.example.myapplication E/[MainActivity]: 收到发送过来的消息：点击事件消息时间戳：5886
...省略
18:18:40.010 12495-12538/com.example.myapplication E/[MainActivity]: 收到发送过来的消息：点击事件消息时间戳：9
18:18:40.840 12495-12538/com.example.myapplication E/[MainActivity]: 收到发送过来的消息：点击事件消息时间戳：839
18:18:41.559 12495-12538/com.example.myapplication E/[MainActivity]: 收到发送过来的消息：点击事件消息时间戳：1558

可以看到我一直点击，一直有消息可以被处理，那么说明我创建的线程是一直运行的，并没有结束。那么looper具体是怎么实现的这样的功能的呢？

从源码了解loop原理

在分析源码之前，先看下整体的类图关系：

loop分析

我们从Looper.prepare();这句代码开始分析：

Looper.prepare();
public final class Looper {
    static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();
    private static Looper sMainLooper;  // guarded by Looper.class
    final MessageQueue mQueue;
    final Thread mThread;
    ...省略
    public static void prepare() {
        prepare(true);
    }
  	...省略

可以看到调用了prepare()方法后，接着调用了有参函数prepare：

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的泛型参数是Looper，那么知道Looper保存在了线程所持有的map容器中，首先就是判断sThreadLocal.get()是否为空，这个方法在上一章说过，是根据当前线程来获取的，如果这个prepare方法在ui线程中调用那么返回的就是ui线程中的Looper，如果调用的是子线程中，那么返回的就是子线程的Looper了，如果不为空，抛出异常，意思就是一个线程只能持有一个Looper对象；如果为空的话，那么调用sThreadLocal的set方法将创建的Looper对象存放到对应线程的map容器中。

接着调用了loop函数：

Looper.loop();
public static void loop() {
    final Looper me = myLooper();
    ...省略
    final MessageQueue queue = me.mQueue;
    for (;;) {
        Message msg = queue.next(); // might block
        if (msg == null) { 
            return;
        }  
  		...省略
        try {
            msg.target.dispatchMessage(msg);
        } finally {
     	   ...省略
        } 
...省略 
        msg.recycleUnchecked();
    }
}

大概是这样的，其中去掉了一些和业务无关的代码。

myLooper()

第一步调用myLooper()方法：

final Looper me = myLooper();
final MessageQueue queue = me.mQueue;
public static @Nullable Looper myLooper() {  return sThreadLocal.get();
}

获取当前线程的sThreadLocal中的Looper对象。从Looper对象获取队列。

第二步开始for循环，Message msg = queue.next(); // might block 在循环中不断的从queue中取Message消息，

获取msg判断是否为空，空的话直接返回，不为空的话，调用msg的Target的dispatchMessage方法。最后msg使用完毕之后就回收msg对象。

首先来看下

Message msg = queue.next(); // might block

next()

调用的是MessageQueue的next方法，代码如下：

 Message next() { 		 ...省略
    int pendingIdleHandlerCount = -; // -1 only during first iteration
    int nextPollTimeoutMillis =;
    for (;;) {
        if (nextPollTimeoutMillis !=) {
            Binder.flushPendingCommands();
        }
        nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);
    	 ...省略
        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 = -;
            }
	...省略
        } 
        ...省略
    }
}

首先调用nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis); 这个方法是调用的native方法，意思就是阻塞当前线程，在延迟nextPollTimeoutMillis时长后唤醒当前线程。

接着调用：

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());
}

其中的判断是msg.target == null这个条件，这个条件说明当前的msg是没有设置Target的，msg的Target一般是handler，如果这里是空的话，那么这个msg就是同步屏障消息，用于拦截同步消息的，让异步消息有优先处理权。如果当前是同步屏障的话，那么while循环，一直向后遍历msg节点，条件是这个msg非空和非异步消息，所以这里能够跳出循环的情况就是msg到了尾部为空了，要么就是向后遍历发现了异步消息。接着往下看：

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 = -;
}

分为两种情况：

（1）如果msg为空的话，先设置延迟时长nextPollTimeoutMillis = -1;接着这趟for循环结束，回到起点的位置，又开始执行nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);延迟时间是-1那么线程就会阻塞下去，直到被唤醒，不会执行for循环了（msg在进入队列的时候会去唤醒线程的，所以这里不会一直阻塞的）。

（2）如果msg不为空的话，假设消息设置的时间点大于现在的时间点，那么设置nextPollTimeoutMillis 为时间差和整数最大值中的最小值。这样的话，线程在下次循环中的开头就会阻塞到可以执行该消息的when时间节点再次运行（线程在阻塞的时候不会去轮转cpu时间片所以可以节约cpu资源，同样的，如果阻塞期间有消息进来可以马上运行，那么还是会被唤醒的）；假设消息设置的时间点小于现在的时间点，那么从msg消息链中把该消息摘取出来，msg标记为使用中，将msg返回。

思考：队列中头部msg是同步屏障的话，那么优先从前往后去查找异步消息进行处理，所以在同步屏障消息之后的同步消息不会被执行，直到被移除为止。队列头部是普通的消息的时候，是根据when时间节点来判断，是直接返回msg，还是等待when-now时间差在去循环一遍查找头结点msg。

handler.dispatchMessage

handler = new Handler(Looper.myLooper(),new Handler.Callback() {          @Override
        public boolean handleMessage(Message msg) {
            Log.e(TAG,"收到发送过来的消息："+msg.obj.toString());
            return false;
        }
    });

handler在创建的参数是Looper和Callback，接着再来看下dispatchMessage是如何实现的：

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

如果msg存在callback的话，直接调用callbakc的run方法，这里不存在我们传递msg没有设置callback，那么走下面的那个逻辑，我们给handler设置了mCallback，那么就直接回调handler的mCallback.handleMessage的方法：

@Override
public boolean handleMessage(Message msg) {
    Log.e(TAG,"收到发送过来的消息："+msg.obj.toString());
    return false;
}

这样也就出现了我们开头demo中的打印消息了。

handler分析

我们通过上面的next方法分析了如何从队列中获取消息，那么我们还没有分析消息是如何入队的，接下来我们来分析下handler的几个关键的问题，（1）handler的消息一个分为几种；（2）handler发送消息到哪去了。

我们从handler的构造函数入手：

handler = new Handler(Looper.myLooper(),new Handler.Callback() {             @Override
           public boolean handleMessage(Message msg) {
               Log.e(TAG,"收到发送过来的消息："+msg.obj.toString());
               return false;
           }
       });
public Handler(Looper looper, Callback callback) {  this(looper, callback, false);
}
public Handler(Looper looper, Callback callback, boolean async) {  mLooper = looper;
mQueue = looper.mQueue;
mCallback = callback;
mAsynchronous = async;
}

我们可以看到，handler一共持有四个关键变量，Looper循环（和looper关联，handler发送的消息只会发到这个队列中），mQueue 持有Looper的队列，mCallback 用于处理消息的回调函数，mAsynchronous 标志这个handler发送的消息是同步的还是异步的。

我们再来看一下消息是怎么发送的：

Message message = Message.obtain();
message.obj = "点击事件消息时间戳："+System.currentTimeMillis()%;
handler.sendMessage(message);

首先从Message中获取一个message，这个Message其实里面保存着msg的链表，遍历链表，返回的是回收的msg，其中flags整数变量标志着msg是否正在使用中，是否是异步消息等等状态。

handler.sendMessage(message);

然后使用handler去发送一个msg对象、接着进去看下：

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

msg初始状态下是同步消息，sendMessage方法发送出去的消息delayMillis 延迟时间是0；

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

在入队列之前，将msg的Target设置为当前handler，然后根据handler是否是异步的，设置msg是否是异步的，然后调用队列的入队函数，将消息入队。

这里先回答第二个问题，如何入队的：

消息入队

  boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {      synchronized (this) {
        msg.markInUse();
        msg.when = when;
        Message p = mMessages;
        boolean needWake;
        if (p == null || when == || when < p.when) {
            msg.next = p;
            mMessages = msg;
            needWake = mBlocked;
        } else {
            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;
        }
        if (needWake) {
            nativeWake(mPtr);
        }
    }
    return true;
}

首先判断当前入队msg的when时间是否比队列中的头结点的when时间节点靠前，靠前的话，就将入队的msg加入到队列的头部，并且调用nativeWake(mPtr);方法唤醒looper所在的线程，那么next()开始执行了，可以马上遍历队列，消耗msg消息。如果当前消息msg的时间节点when大于头部节点，首先设置needWake标志， 是否需要唤醒分为：如果队列头部是同步屏障，并且入队消息msg是异步消息，那么就需要唤醒线程，其他情况不需要唤醒；接着执行for循环，循环里面寻找队列中第一个节点时间是大于msg消息的时间节点的（这意味着队列中消息是按照时间节点排序的），循环结束后，将入队的msg插入到队列中，最后根据需要是否唤醒线程。

同步屏障

同步屏障功能是让队列中的同步消息暂时不执行，直到同步屏障被移除，异步消息可以不受影响的被执行，相当于排队买票的队列中头部有个人一直卡着不走，只有vip的人才能正常在窗口中买票，其他普通人买不了票，如果那个头部卡着的那个人不走的话。这个同步屏障非常有用，用于优先执行某些任务。

同步屏障我们使用的比较少，但是安卓frame层代码有使用这个同步屏障的功能，例如ViewRootImp中：

ViewRootImp中：  void scheduleTraversals() { 
		...省略
        mTraversalBarrier = mHandler.getLooper().getQueue().postSyncBarrier();
        mChoreographer.postCallback(
                Choreographer.CALLBACK_TRAVERSAL, mTraversalRunnable, null);
        ...省略
}
Choreographer中： 	private void postCallbackDelayedInternal(int callbackType, Object action, Object token, long delayMillis) {  
    	...省略
        mCallbackQueues[callbackType].addCallbackLocked(dueTime, action, token); 
        if (dueTime <= now) {
            scheduleFrameLocked(now);
        } else {
            Message msg = mHandler.obtainMessage(MSG_DO_SCHEDULE_CALLBACK, action);
            msg.arg = callbackType;
            msg.setAsynchronous(true);
            mHandler.sendMessageAtTime(msg, dueTime);
        }
    }
}

向队列中发送一个同步屏障getQueue().postSyncBarrier();看下源码如何实现的：

   public int postSyncBarrier() {      return postSyncBarrier(SystemClock.uptimeMillis());
}
private int postSyncBarrier(long when) {
    // Enqueue a new sync barrier token.
    // We don't need to wake the queue because the purpose of a barrier is to stall it.
    synchronized (this) {
        final Message msg = Message.obtain();
        msg.markInUse();
        msg.when = when;
        msg.arg = token;
        Message prev = null;
        Message p = mMessages;
        if (when !=) {
            while (p != null && p.when <= when) {
                prev = p;
                p = p.next;
            }
        }
        if (prev != null) { // invariant: p == prev.next
            msg.next = p;
            prev.next = msg;
        } else {
            msg.next = p;
            mMessages = msg;
        }
        return token;
    }
}

同步屏障的时间节点是当前时间，还可以知道同步屏障消息的Target是空的，成员变量arg1保存的是同步屏障的自增值。接下来就是找到队列中第一个时间节点比自己大的节点位置，然后插入到队列中，所以屏障也是按照时间来排列的，没有特殊待遇。

接着使用handler向Looper中发送了一个异步消息：

   Message msg = mHandler.obtainMessage(MSG_DO_SCHEDULE_CALLBACK, action); msg.arg = callbackType;
   msg.setAsynchronous(true); mHandler.sendMessageAtTime(msg, dueTime);

可以看到异步消息需要设置msg.setAsynchronous(true);

执行ui的任务使用异步消息去执行，为啥要用异步，因为在5.0以上的安卓系统中已经开始使用了垂直同步技术了，所以重绘页面的操作需要按照屏幕刷新率来执行，假如一个16ms里面有多次重绘请求，最终也只会抛弃掉，只保留一个重绘消息，所以，为了保证重绘操作能够在收到同步信号的时间节点马上执行，必须使用同步屏障，这样前面排队的同步消息暂时不执行，优先执行我们的重绘界面的异步消息，这样可以保证我们的界面尽量能够及时刷新，避免丢帧。、

再来看下handler.post()方法：

public final boolean post(Runnable r){
   return  sendMessageDelayed(getPostMessage(r),);
}
private static Message getPostMessage(Runnable r) {
    Message m = Message.obtain();
    m.callback = r;
    return m;
}

可以看到，其实也是封装了一个msg对象，将callback传递给它，我们在dispatchMessge函数中也知道，如果msg如果有自己的callback 就会调用这个回调处理消息，不会使用handler自己的callback 来处理消息。

总结

根据以上所说的关系，画一张图：

结论：

handler的消息分为：同步消息，异步消息，屏障消息。

handler的消息发送：消息都发送到了和它绑定的Looper的队列中去了。

那么queue一对一looper，looper一对多handler，looper对象保存在所在线程的ThreadLocal中。

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