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Android的Handler机制原理

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Handler是什么

在Android中表示一种消息处理机制或者叫消息处理方法，用来循环处理应用程序主线程各种消息，比如UI的更新，按键、触摸消息事件等。

为什么Android要用Handler机制

Android应用程序启动时，系统会创建一个主线程，负责与UI组件（widget、view）进行交互，比如控制UI界面界面显示、更新等；分发事件给UI界面处理，比如按键事件、触摸事件、屏幕绘图事件等，因此，Android主线程也称为UI线程。
由此可知，UI线程只能处理一些简单的、短暂的操作，如果要执行繁重的任务或者耗时很长的操作，比如访问网络、数据库、下载等，这种单线程模型会导致线程运行性能大大降低，甚至阻塞UI线程，如果被阻塞超过5秒，系统会提示应用程序无相应对话框，缩写为ANR，导致退出整个应用程序或者短暂杀死应用程序。
除此之外，单线程模型的UI主线程也是不安全的，会造成不可确定的结果。线程不安全简单理解为：多线程访问资源时，有可能出现多个线程先后更改数据造成数据不一致。比如，A工作线程（也称为子线程）访问某个公共UI资源，B工作线程在某个时候也访问了该公共资源，当B线程正访问时，公共资源的属性已经被A改变了，这样B得到的结果不是所需要的的，造成了数据不一致的混乱情况。
线程安全简单理解为：当一个线程访问功能资源时，对该资源进程了保护，比如加了锁机制，当前线程在没有访问结束释放锁之前，其他线程只能等待直到释放锁才能访问，这样的线程就是安全的。

基于以上原因，Android的单线程模型必须遵守两个规则：
1. 不要阻塞UI线程；
2. 不要在UI线程之外访问UI组件，即不能在子线程访问UI组件，只能在UI线程访问。

因此，Android系统将大部分耗时、繁重任务交给子线程完成，不会在主线程中完成，解决了第一个难题；同时，Android只允许主线程更新UI界面，子线程处理后的结果无法和主线程交互，即无法直接访问主线程，这就要用到Handler机制来解决此问题。基于Handler机制，在子线程先获得Handler对象，该对象将数据发送到主线程消息队列，主线程通过Loop循环获取消息交给Handler处理。

案例用法

先给出2个案例，大概看看Handler如何工作的，再给出源码分析。下面两个案例都实现一个定时器，每隔一秒显示数字0-9

案例1：sendMenssage方法更新UI界面

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packagecom.example.testhandler;
 
importandroid.app.Activity;
importandroid.os.Bundle;
importandroid.os.Handler;
importandroid.os.Message;
importandroid.view.View;
importandroid.view.View.OnClickListener;
importandroid.widget.Button;
importandroid.widget.TextView;
 
publicclassTestHandlerActivityextendsActivity{
 
protectedstaticfinalStringTAG="TestHandlerActivity";
privateButton sendButton;
privateTextView displayText;
 
Handler mHandler=newHandler(){
 
@Override
publicvoidhandleMessage(Message msg){
// TODO Auto-generated method stub
if(msg.what==99){
inti=msg.getData().getInt("displayKey");
displayText.setText(i+"");
}
super.handleMessage(msg);
}
 
};
privateButton exitButton;
 
@Override
protectedvoidonCreate(Bundle savedInstanceState){
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
initViews();
}
 
privatevoidinitViews(){
 
displayText=(TextView)findViewById(R.id.display_text);
sendButton=(Button)findViewById(R.id.send_button);
sendButton.setOnClickListener(buttonOnClickListener);
exitButton=(Button)findViewById(R.id.exit_button);
exitButton.setOnClickListener(buttonOnClickListener);
}
 
OnClickListener buttonOnClickListener=newOnClickListener(){
 
@Override
publicvoidonClick(Viewv){
// TODO Auto-generated method stub
if(v.getId()==R.id.send_button){
newThread(newWorkRunnable()).start();
}elseif(v.getId()==R.id.exit_button){
finish();
}
}
 
};
 
classWorkRunnableimplementsRunnable{
@Override
publicvoidrun(){
// TODO Auto-generated method stub
inti=0;
while(i<10){
Message msg=mHandler.obtainMessage(99);
Bundle bundle=newBundle();
bundle.putInt("displayKey",i);
msg.setData(bundle);
mHandler.sendMessage(msg);
try{
Thread.sleep(1000);
}catch(InterruptedExceptione){
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
i++;
}
}
}
 
@Override
protectedvoidonDestroy(){
// TODO Auto-generated method stub
if(mHandler!=null){
if(mHandler.hasMessages(99)){
mHandler.removeMessages(99);
}
mHandler=null;
}
super.onDestroy();
}
}

WorkRunnable的run方法中进行了耗时操作，要把结果反馈给UI，需要Handler发送消息给UI线程，在Handler的handleMessage对消息进行处理
案例1下载地址：http://yunpan.cn/cLXSTdc8c5gTs 访问密码 e67b

案例2： postDelayed更新UI

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packagecom.example.postdelaydemo;
 
importandroid.app.Activity;
importandroid.os.Bundle;
importandroid.os.Handler;
importandroid.util.Log;
importandroid.view.View;
importandroid.view.View.OnClickListener;
importandroid.widget.Button;
importandroid.widget.TextView;
 
publicclassPostDelayActivityextendsActivity{
protectedstaticfinalStringTAG="PostDelayActivity";
privateButton sendButton;
privateTextView displayText;
privateButton exitButton;
Handler mHandler=newHandler();
 
@Override
protectedvoidonCreate(Bundle savedInstanceState){
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
initViews();
}
 
privatevoidinitViews(){
displayText=(TextView)findViewById(R.id.display_text);
sendButton=(Button)findViewById(R.id.send_button);
sendButton.setOnClickListener(buttonOnClickListener);
exitButton=(Button)findViewById(R.id.exit_button);
exitButton.setOnClickListener(buttonOnClickListener);
}
 
OnClickListener buttonOnClickListener=newOnClickListener(){
@Override
publicvoidonClick(Viewv){
// TODO Auto-generated method stub
if(v.getId()==R.id.send_button){
mHandler.postDelayed(newPostDelayRunnable(),1000);
}elseif(v.getId()==R.id.exit_button){
finish();
}
}
};
 
classPostDelayRunnableimplementsRunnable{
inti=0;
 
@Override
publicvoidrun(){
// TODO Auto-generated method stub
if(i>=10){
mHandler.removeCallbacks(this);
}else{
displayText.setText(getResources().getString(
R.string.display_label)
+i);
mHandler.postDelayed(this,1000);
}
i++;
}
}
 
@Override
protectedvoidonDestroy(){
// TODO Auto-generated method stub
if(mHandler!=null){
mHandler=null;
}
super.onDestroy();
}
}

postDelayed方法把runnable对象作为消息放到队列中等待执行，run方法中就是具体执行过程。

案例2下载地址：http://yunpan.cn/cLDacQBStiRdx 访问密码 58e6

Hanlder机制的架构

msg.target是Handler的一个对象引用，handler对象发送消息暂存到消息队列，Looper取出消息分发给相应的handler处理。

Handler源码浅析及其原理

为了描述清楚，借用本文最普通的案例1，从Handler创建、发送、处理三个方面来分析，分析过程中会涉及到消息队列、Looper等。

1. Handler创建

new Handler()时会调用Handler的构造函数

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publicHandler(){
     this(null,false);
}
 
publicHandler(Callback callback,booleanasync){
mLooper=Looper.myLooper();
if(mLooper==null){
thrownewRuntimeException("Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");
}
    mQueue=mLooper.mQueue;
    mCallback=callback;
    mAsynchronous=async;
}

myLooper方法返回当前线程的Looper对象赋给mLooper，此处当前对象线程就是主线程，不为空；如果是工作线程，就为空。mQueue为mLooper对应的消息队列，Handler构造方法进行了简单的初始化，没有多余的额外工作。

虽然构造方法及其简单，但有两个问题需要弄明白：1. 当前线程的Looper对象mLooper、MessagQueue对象mQueue是什么时候创建的？2. 在创建过程中还做了哪些重要的事情？

要回到这个问题，得从主线程ActivityThread对象着手。在这篇文章：启动Activity的流程(Launcher中点击图标启动) 的过程14、15中，首次启动Activity时通过Process.start创建应用层程序的主线程，创建成功后进入到主线程ActivityThread的main方法中开始执行，main方法有这句：

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Looper.prepareMainLooper();
ActivityThread thread=newActivityThread();
Looper.loop();

prepareMainLooper方法创建了Looper对象，在创建创建Looper对象mLooper的同时也创建了消息队列MessageQueue对象mQueue，这就回答了第一个问题；

new ActivityThread()创建了主线程对象，在变量声明开头也通过new H()创建了Handler对象；loop()方法循环取出消息队列中的消息交给Handler处理。这回到了第二个问题。不过，这样回答太过于简单，还需要详细研究源码。

相关源码路径：

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frameworks\base\core\java\android\app\ActivityThread.java
frameworks\base\core\java\android\os\Handler.java
frameworks\base\core\java\androidos\Looper.java
frameworks\base\core\java\android\os\MessageQueue.java
frameworks\base\core\jni\android_os_MessageQueue.cpp
system\core\libutils\Looper.cpp
bionic\libc\include\sys\Epoll.h

从prepareMainLooper方法开始，Looper.prepareMainLooper() —-> prepare(false) —-> sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed)) —-> Looper对象的构造方法

1.1 Looper类的构造方法

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privateLooper(booleanquitAllowed){
    mQueue=newMessageQueue(quitAllowed);
    mThread=Thread.currentThread();
}

创建Looper对象时，在其构造方法中也new了一个MessageQueue对象，参数quitAllowed传递过来为false，currentThread返回当前线程对象赋给mThread变量

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MessageQueue(booleanquitAllowed){
    mQuitAllowed=quitAllowed;
    mPtr=nativeInit();
}

nativeInit是本地方法，其本地实现在C++层如下所示

1.2 nativeInit的本地实现

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staticjlong android_os_MessageQueue_nativeInit(JNIEnv*env,jclass clazz){
    NativeMessageQueue*nativeMessageQueue=newNativeMessageQueue();
    if(!nativeMessageQueue){
        jniThrowRuntimeException(env,"Unable to allocate native queue");
        return0;
    }
    nativeMessageQueue->incStrong(env);
    returnreinterpret_cast<jlong>(nativeMessageQueue);
}

此方法名由java层类的包名+类名+方法名组成，这不是标准，是习惯写法，也可以采用其他名称组合，具体是什么名称由JNINativeMethod方法中Java对象与c++对象的映射决定，此处是JNI方面的内容，不作过多解释。

第一句创建了c++层的本地消息队列NativeMessageQueue对象，如果不为空，调用reinterpret_cast把对象指针转换为jlong类型返回给java层，到Java层就转换成了long类型，返回一个long类型的指针给java层并赋给mPtr对象变量，于是，java层就得到了c++层NativeMessageQueue对象的句柄或指针，java层获得该对象是有用的，参考2.4节的nativeWake(mPtr)

NativeMessageQueue类的构造方法：

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NativeMessageQueue::NativeMessageQueue():mInCallback(false),mExceptionObj(NULL){
    mLooper=Looper::getForThread();
    if(mLooper==NULL){
        mLooper=newLooper(false);
        Looper::setForThread(mLooper);
    }
}

在NativeMessageQueue的构造方法中也创建了c++层Looper对象，java层和c++层都有相应的Looper、MessageQueue对象。Looper对象的构造函数：

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Looper::Looper(boolallowNonCallbacks):
        mAllowNonCallbacks(allowNonCallbacks),mSendingMessage(false),
        mResponseIndex(0),mNextMessageUptime(LLONG_MAX){
    intwakeFds[2];
    intresult=pipe(wakeFds);
    LOG_ALWAYS_FATAL_IF(result!=0,"Could not create wake pipe.  errno=%d",errno);
 
    mWakeReadPipeFd=wakeFds[0];
    mWakeWritePipeFd=wakeFds[1];
 
    result=fcntl(mWakeReadPipeFd,F_SETFL,O_NONBLOCK);
    LOG_ALWAYS_FATAL_IF(result!=0,"Could not make wake read pipe non-blocking.  errno=%d",
            errno);
 
    result=fcntl(mWakeWritePipeFd,F_SETFL,O_NONBLOCK);
    LOG_ALWAYS_FATAL_IF(result!=0,"Could not make wake write pipe non-blocking.  errno=%d",
            errno);
 
    mIdling=false;
 
    // Allocate the epoll instance and register the wake pipe.
    mEpollFd=epoll_create(EPOLL_SIZE_HINT);
    LOG_ALWAYS_FATAL_IF(mEpollFd<0,"Could not create epoll instance.  errno=%d",errno);
 
    structepoll_event eventItem;
    memset(&eventItem,0,sizeof(epoll_event));// zero out unused members of data field union
    eventItem.events=EPOLLIN;
    eventItem.data.fd=mWakeReadPipeFd;
    result=epoll_ctl(mEpollFd,EPOLL_CTL_ADD,mWakeReadPipeFd,&eventItem);
    LOG_ALWAYS_FATAL_IF(result!=0,"Could not add wake read pipe to epoll instance.  errno=%d",
            errno);
}

pipe系统调用创建了一个管道，wakeFds[0]是管道的读取端，赋值给mWakeReadPipeFd，wakeFds[1]是管道的写入端，赋值给mWakeWritePipeFd；如果管道创建成功，返回为0，否则为-1

fcntl系统调用将已打开文件的状态标志修改为O_NONBLOCK，表示如果open打开文件成功，后续对文件的I/O操作不会阻塞，如果open打开文件失败，也不会陷入阻塞状态，只会返回错误。F_SETFL命令用来设置打开文件的状态，获取文件的状态用F_GETFL命令

创建好管道后，系统采用了Linux中的epoll机制监控就绪列表中的文件描述符，当某文件描述符上发生I/O事件时，epoll机制会通知应用程序处理该事件。采用epoll机制的优点之一是在面对大批量文件描述符时也能表现优越的性能。

epoll机制有三个系统调用构成：epoll_create、epoll_ctl、epoll_wait。

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mEpollFd=epoll_create(EPOLL_SIZE_HINT);

epoll_create创建了一个epoll对象，参数EPOLL_SIZE_HINT表示该epoll对象监控的文件描述符个数，如果成功创建epoll对象，返回一个文件描述符赋给mEpollFd，这个描述符就表示新创建的epoll对象，该对象在epoll_ctl、epoll_wait都会用到；如果创建失败，返回-1

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result=epoll_ctl(mEpollFd,EPOLL_CTL_ADD,mWakeReadPipeFd,&eventItem);

epoll_ctl用来注册文件描述符mWakeReadPipeFd上的I/O事件，第一个参数mEpollFd是epoll对象，由epoll_create创建；第二个参数表示动作，可以把文件描述符增加到epoll对象的兴趣列表中，也可以从兴趣列表中删除、修改文件描述符，EPOLL_CTL_ADD的意思就是增加，也就是注册的意思，把文件描述符注册到epoll对象的兴趣列表中；第三个参数就是被注册的文件描述符，此处是注册管道描述符的读取端mWakeReadPipeFd；第四个参数表示待监听的I/O事件及相关信息。

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structepoll_event eventItem;
memset(&eventItem,0,sizeof(epoll_event));// zero out unused members of data field union
eventItem.events=EPOLLIN;
eventItem.data.fd=mWakeReadPipeFd;

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typedefunionepoll_data{
  void*ptr;
  intfd;
  uint32_t u32;
  uint64_t u64;
}epoll_data_t;
 
structepoll_event{
  uint32_t events;
  epoll_data_t data;
}

epoll_event结构体中，events表示待监听事件，EPOLLIN表示文件描述符可读数据；data是epoll_data_t联合体，表示回传给调用者进程的信息，fd就是待注册文件描述符。创建完了一系列对象后，开始进入到Looper对象的loop方法：

1.3 Looper.Java的loop方法

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publicstaticvoidloop(){
    finalLooper me=myLooper();
    if(me==null){
        thrownewRuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
    }
    finalMessageQueue queue=me.mQueue;
 
    // Make sure the identity of this thread is that of the local process,
    // and keep track of what that identity token actually is.
    Binder.clearCallingIdentity();
    finallongident=Binder.clearCallingIdentity();
 
    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
        Printer logging=me.mLogging;
        if(logging!=null){
            logging.println(">>>>> Dispatching to "+msg.target+" "+
                        msg.callback+": "+msg.what);
        }
        msg.target.dispatchMessage(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.
        finallongnewIdent=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();
        }
}

for循环中调用消息队列的next方法获取消息保存到msg变量中，next方法：

1.4 MessageQueue.java的next方法

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Message next(){
        // Return here if the message loop has already quit and been disposed.
        // This can happen if the application tries to restart a looper after quit
        // which is not supported.
        finallongptr=mPtr;
        if(ptr==0){
            returnnull;
        }
 
        intpendingIdleHandlerCount=-1;// -1 only during first iteration
        intnextPollTimeoutMillis=0;
        for(;;){
            if(nextPollTimeoutMillis!=0){
                Binder.flushPendingCommands();
            }
 
            nativePollOnce(ptr,nextPollTimeoutMillis);
 
            synchronized(this){
                // Try to retrieve the next message.  Return if found.
                finallongnow=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(false)Log.v("MessageQueue","Returning message: "+msg);
                        returnmsg;
                    }
                }else{
                    // No more messages.
                    nextPollTimeoutMillis=-1;
                }
 
                // Process the quit message now that all pending messages have been handled.
                if(mQuitting){
                    dispose();
                    returnnull;
                }
 
                // If first time idle, then get the number of idlers to run.
                // Idle handles only run if the queue is empty or if the first message
                // in the queue (possibly a barrier) is due to be handled in the future.
                if(pendingIdleHandlerCount<0
                        &&(mMessages==null||now<mMessages.when)){
                    pendingIdleHandlerCount=mIdleHandlers.size();
                }
                if(pendingIdleHandlerCount<=0){
                    // No idle handlers to run.  Loop and wait some more.
                    mBlocked=true;
                    continue;
                }
 
                if(mPendingIdleHandlers==null){
                    mPendingIdleHandlers=newIdleHandler[Math.max(pendingIdleHandlerCount,4)];
                }
                mPendingIdleHandlers=mIdleHandlers.toArray(mPendingIdleHandlers);
            }
 
            // Run the idle handlers.
            // We only ever reach this code block during the first iteration.
            for(inti=0;i<pendingIdleHandlerCount;i++){
                finalIdleHandler idler=mPendingIdleHandlers[i];
                mPendingIdleHandlers[i]=null;// release the reference to the handler
 
                booleankeep=false;
                try{
                    keep=idler.queueIdle();
                }catch(Throwablet){
                    Log.wtf("MessageQueue","IdleHandler threw exception",t);
                }
 
                if(!keep){
                    synchronized(this){
                        mIdleHandlers.remove(idler);
                    }
                }
            }
 
            // Reset the idle handler count to 0 so we do not run them again.
            pendingIdleHandlerCount=0;
 
            // While calling an idle handler, a new message could have been delivered
            // so go back and look again for a pending message without waiting.
            nextPollTimeoutMillis=0;
        }
}

mPtr代表c++层NativeMessageQueue对象，赋给ptr；在for无限循环中，先执行：

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nativePollOnce(ptr,nextPollTimeoutMillis);

nativePollOnce本地方法的调用过程是：nativePollOnce —-> android_os_MessageQueue_nativePollOnce —-> nativeMessageQueue->pollOnce(env, timeoutMillis) —-> mLooper->pollOnce(timeoutMillis)

中间过程较为简单不作分析，直接看mLooper对象的pollOnce方法，mLooper是c++层Looper对象，pollOnce方法源码：

1.5 c++层Looper对象的pollOnce方法

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intLooper::pollOnce(inttimeoutMillis,int*outFd,int*outEvents,void**outData){
    intresult=0;
    for(;;){
        while(mResponseIndex<mResponses.size()){
            constResponse&response=mResponses.itemAt(mResponseIndex++);
            intident=response.request.ident;
            if(ident>=0){
                intfd=response.request.fd;
                intevents=response.events;
                void*data=response.request.data;
#if DEBUG_POLL_AND_WAKE
                ALOGD("%p ~ pollOnce - returning signalled identifier %d: "
                        "fd=%d, events=0x%x, data=%p",
                        this,ident,fd,events,data);
#endif
                if(outFd!=NULL)*outFd=fd;
                if(outEvents!=NULL)*outEvents=events;
                if(outData!=NULL)*outData=data;
                returnident;
            }
        }
 
        if(result!=0){
#if DEBUG_POLL_AND_WAKE
            ALOGD("%p ~ pollOnce - returning result %d",this,result);
#endif
            if(outFd!=NULL)*outFd=0;
            if(outEvents!=NULL)*outEvents=0;
            if(outData!=NULL)*outData=NULL;
            returnresult;
        }
 
        result=pollInner(timeoutMillis);
    }
}

timeoutMillis传递过来为0，其他三个参数在Looper.h中初始化为null

继续执行到pollInner方法：

1.6 c++层Looper对象的pollInner方法

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intLooper::pollInner(inttimeoutMillis){
#if DEBUG_POLL_AND_WAKE
    ALOGD("%p ~ pollOnce - waiting: timeoutMillis=%d",this,timeoutMillis);
#endif
 
    // Adjust the timeout based on when the next message is due.
    if(timeoutMillis!=0&&mNextMessageUptime!=LLONG_MAX){
        nsecs_t now=systemTime(SYSTEM_TIME_MONOTONIC);
        intmessageTimeoutMillis=toMillisecondTimeoutDelay(now,mNextMessageUptime);
        if(messageTimeoutMillis>=0
                &&(timeoutMillis<0||messageTimeoutMillis<timeoutMillis)){
            timeoutMillis=messageTimeoutMillis;
        }
#if DEBUG_POLL_AND_WAKE
        ALOGD("%p ~ pollOnce - next message in %lldns, adjusted timeout: timeoutMillis=%d",
                this,mNextMessageUptime-now,timeoutMillis);
#endif
    }
 
    // Poll.
    intresult=POLL_WAKE;
    mResponses.clear();
    mResponseIndex=0;
 
    // We are about to idle.
    mIdling=true;
 
    structepoll_event eventItems[EPOLL_MAX_EVENTS];
    inteventCount=epoll_wait(mEpollFd,eventItems,EPOLL_MAX_EVENTS,timeoutMillis);
 
    // No longer idling.
    mIdling=false;
 
    // Acquire lock.
    mLock.lock();
 
    // Check for poll error.
    if(eventCount<0){
        if(errno==EINTR){
            gotoDone;
        }
        ALOGW("Poll failed with an unexpected error, errno=%d",errno);
        result=POLL_ERROR;
        gotoDone;
    }
 
    // Check for poll timeout.
    if(eventCount==0){
#if DEBUG_POLL_AND_WAKE
        ALOGD("%p ~ pollOnce - timeout",this);
#endif
        result=POLL_TIMEOUT;
        gotoDone;
    }
 
    // Handle all events.
#if DEBUG_POLL_AND_WAKE
    ALOGD("%p ~ pollOnce - handling events from %d fds",this,eventCount);
#endif
 
    for(inti=0;i<eventCount;i++){
        intfd=eventItems[i].data.fd;
        uint32_t epollEvents=eventItems[i].events;
        if(fd==mWakeReadPipeFd){
            if(epollEvents&EPOLLIN){
                awoken();
            }else{
                ALOGW("Ignoring unexpected epoll events 0x%x on wake read pipe.",epollEvents);
            }
        }else{
            ssize_t requestIndex=mRequests.indexOfKey(fd);
            if(requestIndex>=0){
                intevents=0;
                if(epollEvents&EPOLLIN)events|=EVENT_INPUT;
                if(epollEvents&EPOLLOUT)events|=EVENT_OUTPUT;
                if(epollEvents&EPOLLERR)events|=EVENT_ERROR;
                if(epollEvents&EPOLLHUP)events|=EVENT_HANGUP;
                pushResponse(events,mRequests.valueAt(requestIndex));
            }else{
                ALOGW("Ignoring unexpected epoll events 0x%x on fd %d that is "
                        "no longer registered.",epollEvents,fd);
            }
        }
    }
Done:;
 
    // Invoke pending message callbacks.
    mNextMessageUptime=LLONG_MAX;
    while(mMessageEnvelopes.size()!=0){
        nsecs_t now=systemTime(SYSTEM_TIME_MONOTONIC);
        constMessageEnvelope&messageEnvelope=mMessageEnvelopes.itemAt(0);
        if(messageEnvelope.uptime<=now){
            // Remove the envelope from the list.
            // We keep a strong reference to the handler until the call to handleMessage
            // finishes.  Then we drop it so that the handler can be deleted *before*
            // we reacquire our lock.
            {// obtain handler
                sp<MessageHandler>handler=messageEnvelope.handler;
                Message message=messageEnvelope.message;
                mMessageEnvelopes.removeAt(0);
                mSendingMessage=true;
                mLock.unlock();
 
#if DEBUG_POLL_AND_WAKE || DEBUG_CALLBACKS
                ALOGD("%p ~ pollOnce - sending message: handler=%p, what=%d",
                        this,handler.get(),message.what);
#endif
                handler->handleMessage(message);
            }// release handler
 
            mLock.lock();
            mSendingMessage=false;
            result=POLL_CALLBACK;
        }else{
            // The last message left at the head of the queue determines the next wakeup time.
            mNextMessageUptime=messageEnvelope.uptime;
            break;
        }
    }
 
    // Release lock.
    mLock.unlock();
 
    // Invoke all response callbacks.
    for(size_ti=0;i<mResponses.size();i++){
        Response&response=mResponses.editItemAt(i);
        if(response.request.ident==POLL_CALLBACK){
            intfd=response.request.fd;
            intevents=response.events;
            void*data=response.request.data;
#if DEBUG_POLL_AND_WAKE || DEBUG_CALLBACKS
            ALOGD("%p ~ pollOnce - invoking fd event callback %p: fd=%d, events=0x%x, data=%p",
                    this,response.request.callback.get(),fd,events,data);
#endif
            intcallbackResult=response.request.callback->handleEvent(fd,events,data);
            if(callbackResult==0){
                removeFd(fd);
            }
            // Clear the callback reference in the response structure promptly because we
            // will not clear the response vector itself until the next poll.
            response.request.callback.clear();
            result=POLL_CALLBACK;
        }
    }
    returnresult;
}

参数timeoutMillis传递过来为0，第一个if语句不成立，跳过

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structepoll_event eventItems[EPOLL_MAX_EVENTS];
inteventCount=epoll_wait(mEpollFd,eventItems,EPOLL_MAX_EVENTS,timeoutMillis);

声明了epoll_event结构体数组eventItems，最大值为EPOLL_MAX_EVENTS即16，表示监听最大文件描述符个数；epoll_wait是epoll机制的第三个系统调用接口，返回epoll对象mEpollFd中处于就绪状态的文件描述符个数，或者说返回发生I/O事件的个数，返回的个数赋给eventCount；第二个参数就是发生I/O事件的文件描述符的信息集合，其最大值由第三个参数确定，如果有n个(n<=EPOLL_MAX_EVENTS)事件发生，返回值eventCount就等于n；第四个参数为0，表示执行一次非阻塞式的检查，看看兴趣列表中的文件描述符产生了哪个事件；如果为-1，此调用将一直阻塞，直到有事件产生；如果大于0，调用将阻塞timeoutMills秒，直到有事件产生。

epoll_wait将一直监控兴趣列表中的管道描述符读取端，直到管道有数据时即发生了I/O事件时才返回，假设当前管道还没有发送I/O事件，因此暂时分析到此处，待有消息时再继续。

关于epoll机制，参考书籍：《LINUX/UNIX系统编程手册》第63.4节

2 消息发送

2.1 Handler的sendEmptyMessage方法

sendEmptyMessage源码：

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publicfinalbooleansendEmptyMessage(intwhat){
    returnsendEmptyMessageDelayed(what,0);
}
 
publicfinalbooleansendEmptyMessageDelayed(intwhat,longdelayMillis){
    Message msg=Message.obtain();
    msg.what=what;
    returnsendMessageDelayed(msg,delayMillis);
}

sendEmptyMessage是sendEmptyMessageDelayed的特殊形式，当延迟发送时间为0时的特殊情况。

2.2 Message的obtain方法

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publicstaticMessage obtain(){
    synchronized(sPoolSync){
        if(sPool!=null){
            Messagem=sPool;
            sPool=m.next;
            m.next=null;
            m.flags=0;// clear in-use flag
            sPoolSize--;
            returnm;
        }
    }
    returnnewMessage();
}

obtain从消息池中返回一个已存在Message对象，避免重新创建Message对象，浪费内存；如果消息池是空的，就new一个Message对象，然后代码一直进行到enqueueMessage：

2.3 Handler.java的enqueueMessage方法

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privatebooleanenqueueMessage(MessageQueue queue,Message msg,longuptimeMillis){
    msg.target=this;
    if(mAsynchronous){
        msg.setAsynchronous(true);
    }
    returnqueue.enqueueMessage(msg,uptimeMillis);
}

this表示当前Handler对象，保存到消息的target变量中，这类似于ip路由的目的地址一样，在发送前指明了目的地，待处理消息时就知道由谁来处理，继续：

2.4 MessageQueue.java的enqueueMessage方法

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booleanenqueueMessage(Message msg,longwhen){
if(msg.target==null){
thrownewIllegalArgumentException("Message must have a target.");
}
if(msg.isInUse()){
thrownewIllegalStateException(msg+" This message is already in use.");
}
 
synchronized(this){
if(mQuitting){
IllegalStateExceptione=newIllegalStateException(
msg.target+" sending message to a Handler on a dead thread");
Log.w("MessageQueue",e.getMessage(),e);
msg.recycle();
returnfalse;
}
 
msg.markInUse();
msg.when=when;
Messagep=mMessages;
booleanneedWake;
if(p==null||when==0||when<p.when){
// New head, wake up the event queue if blocked.
msg.next=p;
mMessages=msg;
needWake=mBlocked;
}else{
// Inserted within the middle of the queue.  Usually we don't have to wake
// up the event queue unless there is a barrier at the head of the queue
// and the message is the earliest asynchronous message in the queue.
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;
}
 
// We can assume mPtr != 0 because mQuitting is false.
if(needWake){
nativeWake(mPtr);
}
}
returntrue;
}

msg.when是该消息执行的时间，就是说当时间走到msg.when时，就会放到队列中；p是消息队列mMessages首指针。

if语句的含义：如果当前消息队列为空，或当前消息等待时间为0，或当前消息等待时间比队列中第一个消息的执行时间要小（时间上小于就是说时间要早些），就把当前消息插入到消息队列首位置，并把标致needWake置为mBlocked，mBlocked有可能是true(在MessageQueue的next方法中会提到)，表示队列中有消息了，就可以唤醒阻塞中的主线程；

else语句的含义：通过for无线循环在队列中查找一个适当的位置，把新消息插入到此处，具体插到什么位置？根据待插入消息的执行时间和队列中的消息的处理时间大小决定：如果when >= p.when，意味着待插入消息的执行时间大于(换句话说晚于)等于队列中的某个消息，就继续循环，直到待插入消息的执行时间小于(早于)队列中的某个消息时为止，跳出循环语句，这就找到了插入的位置，执行：

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msg.next=p;// invariant: p == prev.next
prev.next=msg;

把待插入消息插入此处；假如循环到最后一个元素都没有找到合适的位置（队列中所有消息的执行时间都小于或等于待插入消息），就把待插入消息直接插到队列尾部，这就是下面if语句的含义。

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if(p==null||when<p.when)

可以看到，消息队列是按照消息处理时间从小到大顺序排列的。

当前线程继续执行：

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if(needWake){
    nativeWake(mPtr);
}

needWake什么时候为true？与mBlocked有关，mBlocked在next()方法中在某个时候会被置为true，当消息队列没有消息时，nextPollTimeoutMillis为-1，执行到：

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if(pendingIdleHandlerCount<=0){
    // No idle handlers to run.  Loop and wait some more.
    mBlocked=true;
    continue;
}

此时mBlocked为true，继续for无限循环，主线程处于等待状态。

nativeWake是本地方法，其调用过程为：

nativeWake(mPtr) —-> return nativeMessageQueue->wake() —-> mLooper->wake()

2.4 Looper.cpp的wake方法

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voidLooper::wake(){
#if DEBUG_POLL_AND_WAKE
    ALOGD("%p ~ wake",this);
#endif
    ssize_t nWrite;
    do{
        nWrite=write(mWakeWritePipeFd,"W",1);
    }while(nWrite==-1&&errno==EINTR);
 
    if(nWrite!=1){
        if(errno!=EAGAIN){
            ALOGW("Could not write wake signal, errno=%d",errno);
        }
    }
}

write系统调用接口往管道写入端文件描述符mWakeWritePipeFd写入字符w，管道中有数据了，写入端进入阻塞状态，而管道读端被唤醒，也就是主线程被唤醒，此时epollo机制检测到兴趣列表中有I/O事件发生，epoll_wait就返回发生I/O事件的个数，接着1.6节pollInner方法继续分析：

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if(eventCount<0){
    if(errno==EINTR){
        gotoDone;
    }
    ALOGW("Poll failed with an unexpected error, errno=%d",errno);
    result=POLL_ERROR;
    gotoDone;
}

首先对返回值进行验证，如果epoll_wait返回的发生I/O事件的描述符个数小于0，如果有错误码EINTR发生，说明epoll_wait在执行期间被一个信号中断了，然后通过信号恢复执行，就会发生这个错误；如果没有错误码EINTR，说明发生了未知错误POLL_ERROR。

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// Check for poll timeout.
if(eventCount==0){
#if DEBUG_POLL_AND_WAKE
    ALOGD("%p ~ pollOnce - timeout",this);
#endif
    result=POLL_TIMEOUT;
    gotoDone;
}

如果返回值为0，表明在timeoutMills时间内没有I/O事件发生，发生超时错误；如果返回值大于0，说明肯定有I/O事件发生了，于是执行到这个if循环：

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for(inti=0;i<eventCount;i++){
    intfd=eventItems[i].data.fd;
    uint32_t epollEvents=eventItems[i].events;
    if(fd==mWakeReadPipeFd){
        if(epollEvents&EPOLLIN){
            awoken();
        }else{
            ALOGW("Ignoring unexpected epoll events 0x%x on wake read pipe.",epollEvents);
        }
    }
......

取出发生I/O事件的管道文件描述符赋给fd，再取出I/O事件赋给epollEvents，如果管道读取端设置了EPOLLIN属性，表明管道中有数据可读了，换句话说，应用层消息队列中有消息可读。进程继续调用awoken函数：

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voidLooper::awoken(){
#if DEBUG_POLL_AND_WAKE
    ALOGD("%p ~ awoken",this);
#endif
 
    charbuffer[16];
    ssize_t nRead;
    do{
        nRead=read(mWakeReadPipeFd,buffer,sizeof(buffer));
    }while((nRead==-1&&errno==EINTR)||nRead==sizeof(buffer));
}

awoken函数中调用了read系统调用接口，该接口的作用就是从管道读取端描述符mWakeReadPipeFd中读取至多sizeof(buffer)大小的字节放到缓冲区buffer中。

注：管道通信原理：如果管道中没有消息的话，读取端进程(本文中就是主线程)就会处于阻塞状态，直到至少有一个字节从写入端写入到管道中为止；当管道中有数据时，读取端被唤醒，写入端开始阻塞。

管道涵义：管道是进程之间的一个单向数据流，一个进程写入管道的所有数据都由内核定向到另外一个进程，另外一个进程由此就可以从管道中读取数据。即两个进程把一个管道看作一个文件，一个进程往管道中写数据，另外一个进程从管道中读数据，每个管道都是半双工通信方式，同一时刻只能有一个方向传输。
关于管道参考：《深入理解linux内核中文第三版》第19章，《Linux内核源代码情景分析》第6章），《LINUX/UNIX系统编程手册》第44章。

awoken调用完成后，继续执行后面的语句：

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while(mMessageEnvelopes.size()!=0){

与

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for(size_ti=0;i<mResponses.size();i++){

都不成立，pollInner执行结束，一直返回到1.4节MessageQueue的nativePollOnce方法后面继续执行：

2.5 MessageQueue.java的next方法

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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());
}

这段话的意思是如果当前消息被阻塞了，就从该消息后面找到一个异步消息。这段话的作用与enqueueSyncBarrier、removeSyncBarrier有关，用来解决当消息发生同步阻塞时，依然能够处理后面有异步消息的情况。是否有异步消息取决于很多原因，具体在Message的setAsynchronous方法中设置，本文不考虑异步消息，不作重点分析。

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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);
}

如果当前时间还没有到消息的执行时间，就计算距离消息执行的时间间隔，保存到nextPollTimeoutMillis中。

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else{
    // Got a message.
    mBlocked=false;
    if(prevMsg!=null){
        prevMsg.next=msg.next;
    }else{
mMessages=msg.next;
    }
    msg.next=null;
    if(false)Log.v("MessageQueue","Returning message: "+msg);
    returnmsg;
}

先把mBlocked置为false，表明主线程正在执行中，不能阻塞，再从队列中取出一个消息返回，一直返回到1.3节Loop.java的loop方法的这句：

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Message msg=queue.next();
if(msg==null){
    // No message indicates that the message queue is quitting.
    return;
}

从队列中取出一个消息赋值给msg，如果为空，表示队列中没有消息，直接返回退出循环。进程继续执行到：

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msg.target.dispatchMessage(msg);

开始处理消息，这一步放到第3节分析

3. 消息处理

消息什么时候处理？由前文可知，发送到队列中的消息不一定立即处理，因为主线程可能正在处理其他消息，或者管道中还有很多未处理的消息，此时管道写入端正在等待状态。

从案例1得知，处理消息的方法是handleMessage，系统是如何找到handleMessage的？2.5节已经解释清楚。继续2.5节分析，进程执行到：

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msg.target.dispatchMessage(msg);

msg.target就是发送该消息的Handler对象，在Handler的enqueueMessage中赋值的。

3.1 Handler.java的dispatchMessage方法

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publicvoiddispatchMessage(Message msg){
if(msg.callback!=null){
handleCallback(msg);
}else{
if(mCallback!=null){
if(mCallback.handleMessage(msg)){
return;
}
}
handleMessage(msg);
}
}

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publicvoidhandleMessage(Message msg){
}

msg.callback是否为空？在2.2节Message.obtain方法中，首次new时，初始化了Message的callback对象，为空，跳过if语句进入到else，mCallback在第1节创建Handler时也为空，进程执行到了handleMessage，handleMessage由开发者重写，直接调用重写的handleMessage；如果mCallback不为空，就调用mCallback对象的handleMessage处理。

Handler的优缺点

用到Handler，需要对比一下近似方法：
Hanlder机制包含：
a.
Activity.runOnUiThread(Runnable)
View.post(Runnable)
View.postDelayed(Runnable, long)
b. Handler类
c. AsyncTask

这三种方法实际上都是基于Handler类演变而来，只是表现形式不一样，比如AsyncTask是对Handler和Thread的一个封装。三种方式区别：

a中三个方法代码较复杂，难以维护，结构不清晰，容易出错；
而AsyncTask在单个异步操作时较为简单，使用起来简单快捷，但在多个异步操作和UI进行交互时逻辑控制较困难，代码维护不易；
Handler类结构清晰，功能明确，多个异步执行和UI交互也容易控制，缺点是单个异步操作时相对AsyncTask代码较多。
因此，在单个异步操作时选择AsyncTask较好，在多个异步操作或者特殊操作时（比如定时器等）选择Handler较好。但这并不是标准推荐，具体视情形而定。

Handler.post(new Runnable())和sendmessage(msg)区别

(1) 都是把消息放到消息队列等待执行，前者放的是一个runnable对象，后者是一个message对象；
(2) 前者最终还是会转化成sendMessage，只不过最终的处理方式不一样，前者会执行runnable的run方法；后者可以被安排到线程中执行。
从loop调用开始看，loop从消息队列取出消息，然后调用handler的dispatchMessage方法处理：

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publicvoiddispatchMessage(Message msg){
        if(msg.callback!=null){
            handleCallback(msg);
        }else{
            if(mCallback!=null){
                if(mCallback.handleMessage(msg)){
                    return;
                }
            }
            handleMessage(msg);
        }
    }

对于前者，msg.callback就是runnable对象，肯定不为空，后者则为空，进而进入到handleCallback：

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privatestaticvoidhandleCallback(Message message){
message.callback.run();
}

调用runnable对象的run方法进行执行，此时还是在主线程中，因为整个过程并没有开辟一个新线程。

(3) 两者本质没有区别，都可以更新UI，区别在于是否易于维护等。

HandlerThread是什么

HandlerThread继承了Thread，是一个包含有looper的线程类。正常情况下，除了主线程，工作线程是没有looper的，但是为了像主线程那样也能循环处理消息，Android也自定义一个包含looper的工作线程——HandlerThread类。
HandlerThread的run方法：

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publicvoidrun(){
mTid=Process.myTid();
Looper.prepare();
synchronized(this){
mLooper=Looper.myLooper();
notifyAll();
}
Process.setThreadPriority(mPriority);
onLooperPrepared();
Looper.loop();
mTid=-1;
}

prepare方法创建了looper对象，创建looper对象的同时也创建了mesageQueue对象，然后像主线程一样，也包含了loop方法，循环取消息，并且分发给相应的handler对象处理。

问题

线程有没有Looper？

答：要分两种情况来回答：如果是Android应用程序主线程，默认有一个Looper对象；如果是工作线程，默认没有。如果想要有，在工作线程run方法中通过Looper.prepare()创建looper对象和MessageQueue对象，HandlerThread就是一个案例。

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文章信息

作者：andevele 来源： Android相关技术
标签： Handler 消息
发布时间：2016-03-24 17:24:13

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