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详解Android Handler的使用

运维开发网 https://www.qedev.com 2021-04-09 08:14 出处:网络 作者: OnePercent
Handler 概要 Handler用于线程间的消息传递,它可以将一个线程中的任务切换到另一个线程执行。切换的目标线程与Handler内部持有的Looper所在线程一致。若初始化Handler时未手动设置Looper,Handler会通过ThreadLoca

Handler

概要

Handler用于线程间的消息传递,它可以将一个线程中的任务切换到另一个线程执行。切换的目标线程与Handler内部持有的Looper所在线程一致。若初始化Handler时未手动设置Looper,Handler会通过ThreadLocal获取并持有当前(初始化Handler时)线程的Looper。当Handler发送一条消息后,这条消息会进入目标线程的MessageQueue,目标线程的Looper扫描并且取出消息,最终由Handler执行这条消息。

详解Android Handler的使用

构造器

Handler的构造器大致分为以下两种:

public Handler(Callback callback, boolean async){}
public Handler(Looper looper, Callback callback, boolean async){}

构造器的参数列表:

  • callback:Handler处理消息的接口回调,执行消息时可能会调用该接口。
  • async:默认false,若该值为true,则消息队列中的所有消息均是AsyncMessage。AsyncMessage的概念请看后续章节。
  • looper:消息的查询者,会不断轮询检查MessageQueue是否有消息。

若调用者传递Looper,直接使用该Looper;否则通过ThreadLocal从当前线程中获取Looper。所以执行任务所在的目标线程不是创建Handler时所在的线程,而是Looper所在的线程。

sendMessageAtTime

无论是使用post(Runnable r)还是sendMessage(Message m)发送消息,最终都会执行到sendMessageAtTime方法。该方法指定了Message的执行者(msg.target=handler)和调用时机(msg.when)。

dispatchMessage

dispatchMessage方法用于执行事先注册的Message和Handler回调,源码如下:

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

可以发现回调的优先级是:Message的回调>Handler的回调(构造器章节中的callback)>Handler子类重写的handleMessage方法。

ThreadLocal

ThreadLocal是一个线程内部的数据存储类,用于存放以线程为作用域的数据,在不同的线程中可以持有不同的数据副本。通过ThreadLocal就可以很方便的查找到当前线程的Looper。ThreadLocal内部实现的UML类图如下:

详解Android Handler的使用

通过ThreadLocal查找Looper的流程如下:

  1. 通过Thread.currentThread()获取当前线程对象。
  2. 取出线程对象持有的ThreadLocalMap对象。
  3. 以自身为key,获取ThreadLocalMap中对应Entry的value。

Looper

Looper在Handler中扮演着消息循环的角色。它会不断查询MessageQueue中是否有消息。当没有消息时Looper将一直阻塞。

若当前线程没有Looper,且调用者未传Looper,Handler会因为未获取Looper而报错。解决办法是通过Looper.prepare在当前线程手动创建一个Looper,并通过Looper.loop开启消息循环:

new Thread("Thread#2") {
    @override
    public void run() {
        Looper.prepare();
        Handler handler = new Handler();
        Looper.loop();
    }
}

Looper提供了quit和quitSafely两种方式来退出一个Looper。区别在于前者会直接退出;后者则是在处理完消息队列的已有消息后才安全退出。

Looper所在的线程会一直处于运行状态,所以建议消息处理完毕后及时退出Looper,释放线程。

MessageQueue

MessageQueue是消息的存储队列,内部提供了很多精彩的机制。

IdleHandler

IdleHandler本质上只是一个抽象的回调接口,没有做任何操作:

/**
 * Callback interface for discovering when a thread is going to block
 * waiting for more messages.
 */
public static interface IdleHandler {
    /**
     * Called when the message queue has run out of messages and will now
     * wait for more.  Return true to keep your idle handler active, false
     * to have it removed.  This may be called if there are still messages
     * pending in the queue, but they are all scheduled to be dispatched
     * after the current time.
     */
    boolean queueIdle();
}

看上述注释可以了解,MessageQueue会在将要进入阻塞时执行IdleHandler的queueIdle方法,队列阻塞的触发时机是:

  • 消息队列没有消息。
  • 队首消息的执行时间大于当前时间。

当我们希望一个任务在队列下次将要阻塞时调用,就可以使用IdleHandler。在android工程中最常见的例子就是:给Activity提供生命周期以外的回调。

比如我希望在布局绘制完成后执行某个操作,但是Acwww.cppcns.comtivity的onStart和onResume回调均在View绘制完成之前执行,可以看看onResume的官方注释:

/**
 * ...
 * <p>Keep in mind that onResume is not the best indicator that your activity
 * is visible to the user; a system window such as the keyguard may be in
 * front.  Use {@link #onWindowFocusChanged} to know for certain that your
 * activity is visible to the user (for example, to resume a game).
 * ...
 */
  @CallSuper
  protected void onResume() {...}

这种情况下就可以给MessageQueue设置一个IdleHandler,等当前队列中的消息(包括绘制任务)执行完毕并将要进入阻塞状态时,调用IdleHandler的任务,确保任务在绘制结束后执行。

使用方式如下所示:

if (Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.M) {
     Looper.myLooper().getQueue().addIdleHandler(new MessageQueue.IdleHandler() {
         @Override
         public boolean queueIdle() {
             // do something when queue is idle
             // 返回值表示bKeepAlive标识:true->继续使用,false->销毁该Handler
             return false;
         }
     });
}

AsyncMessage和SyncBarrier

顾名思义,SyncBarrier表示同步栅栏(也叫作障碍消息),用于阻塞SyncMessage,优先执行AsyncMessage。该机制大大提升了MessageQueue的操作灵活性。

在进一步了解这两个概念之前,需要先了解MessageQueue插入消息的机制,MessageQueue的enqueueMessage源码如下(省略了唤醒队列的相关代码):

boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
     synchronized (this) {
         msg.markInUse();
         msg.when = when;
         Message p = mMessages;
         if (p == null || when == 0 || when < p.when) {
             // New head.
             msg.next = p;
             mMessages = msg;
         } else {
             // Inserted within the middle of the queue.
             Message prev;
             for (;;) {
                 prev = p;
                 p = p.next;
                 if (p == null || when < p.when) {
                     break;
             }
         }
         msg.next = p; // invariant: p == prev.next
         prev.next = msg;
     }
     return true;
}

从上述源码可知,消息按照调用时机(when)有序排列,当when等于0时,直接将消息插在队头;当when等于队列中消息的when时,将消息插在这些消息的后方。

假设这样一个场景:我们有一个非常紧急的任务,希望能够优先执行,该如何处理?

很简单,发送一个when为0的消息,它将自动被插到列表的头部。Handler中也提供了现成的接口:

public final boolean postAtFrontOfQueue(Runnable r)
{
    return sendMessageAtFrontOfQueue(getPostMessage(r));
}

public final boolean sendMessageAtFrontOfQueue(Message msg) {
	return enqueueMessage(queue, msg, 0);
}

将场景升级一下:我们有一个任务A,其他所有任务都依赖于A,若A未执行,则其他所有任务都不允许执行。

A插入队列的时间和执行时间都是不确定的,在此之前,所有任务都不允许执行。按照当前的机制无法实现该需求,此时SyncBarrier和AsyncMessage就派上了用场,实现流程如下:

  • 调用MessageQueue.postSyncBarrier将SyncBarrier插入队列:SyncBarrier本质上是一个target为空的消息,插入逻辑和普通消息一致,也是按照when确定插入位置。SyncBarrier的when固定是SystemClock.uptimeMillis(),因此将其插入到队列的中间(SyncBarrier前面可能会有一些无时延的消息,后面可能会有带时延的消息)。
  • 插入SyncBarrier后,轮询消息直至SyncBarrier排到队列头节点,此时使用next方法查询消息将自动过滤同步消息,只执行异步消息。源码如下所示:
// mMessages表示队首消息
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());
}
  • 插入任务A(将A定义为AsyncMessage),由于SyncBarrier的存在,A将优先被执行(不排除A有时延,此时队列将进入阻塞状态,即便队列里可能存在无时延的同步消息)。
  • 只要SyncBarrier放在队首,同步消息将一直被阻塞,消息队列只能输出AsyncMessage。当任务A执行完毕后,需要调用removeSyncBarrier手动将SyncBarrier移除。

Handler提供了接口让我们插入AsyncMessage,即构造器中的asyc参数。当async为true时,所有通过Handler传递的消息均会被定义为AsyncMessage(前提是要和SyncBarrier配合使用,不然AsyncMessage没有效果)。

再重新思考SyncBarrier和AsyncMessage机制的应用场景,本质上就是为了阻塞从Barrier消息到AsyncMessage消息之间的同步消息的执行。

在Android源码中,布局的绘制就使用了这种机制。在ViewRootImpl的scheduleTraversals方法中,会事先往主线程的消息队列设置Barrier,再去提交AsyncMessage,阻塞在此期间的所有同步消息。源码如下:

void scheduleTraversals() {
	if (!mTraversalScheduled) {
	    mTraversalScheduled = true;
        // 设置Barrier
	    mTraversalBarrihttp://www.cppcns.comer = mHandler.getLooper().getQueue().postSyncBarrier();
        // 该方法最终会提交一个AsyncMessage
	    mChoreographer.postCallback(
	            Choreographer.CALLBACK_TRAVERSAL, mTraversalRunnable, null);
	    if (!mUnbufferedInputDispatch) {
	        scheduleConsumeBatchedInput();
	    }
	    notifyRendererOfFramePending();
	    pokeDrawLockIfNeeded();
	}
}

Tips:关于Barrier的概念在Jav编程客栈a并发中多有涉及,比如CountDownLatch、CyclicBarrier等。详情请查看《Thinking in java》21.7章节。

阻塞和唤醒机制

阻塞和唤醒机制是MessageQueue的精髓,极大降低了Loop轮询的频率,减少性能开销。

在IdleHandler章节已经提及MessageQueue阻塞的时机:

消息队列没有消息。

队首消息的执行时间大于当前时间。

next方法的源码如下:

Message next() {
    int nextPollTimeoutMillis = 0;
    for (;;) {
        if (nextPollTimeoutMillis != 0) {
            Binder.flushPendingCommands();
        }
        // 关键方法,将线程阻塞nextPollTimeoutMillis毫秒,若nextPollTimeoutMillis为-1,线程将一直处于阻塞状态。
        nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);
        synchronized (this) {
            // Ignore SyncBarrier code 
            final long now = SystemClock.uptimeMillis();
            Message prevMsg = null;
            Message msg = mMessages;
            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;
                 编程客栈   }
                    msg.next = null;
                    msg.markInUse();
                    return msg;
                }
            } else {
                // No more messages.
                nextPollTimeoutMillis = -1;
            }
            // Ignore IdleHandler code
            if (pendingIdleHandlerCount <= 0) {
                // No idle handlers to run.  Loop and wait some more.
                mBlocked = true;
                continue;
            }
        }
    }
}

插入消息时唤醒MessageQueue的时机(假设队列处于阻塞状态):

  • 队首插入一条SyncMessage。
  • 队首是一个栅栏,且插入一条离栅栏最近的AsyncMessage。

enqueueMessage方法的源码如下:

boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
	synchronized (this) {
	    msg.markInUse();
	    msg.when = when;
	    Message p = mMessages;
	    boolean needWake;
	    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 middlewww.cppcns.com 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) {
            // 关键方法,用于唤醒队列线程
	        nativeWake(mPtr);
	    }
	}
	return true;
}

唤醒的第二种时机特意强调了插入离Barrier最近的AsyncMessage。对于如下的阻塞情况,插入AsyncMessage时不需要将其唤醒:

详解Android Handler的使用

Handler内存泄漏分析

了解了Handler的内部原理后,再来分析由Handler引起的内存泄露问题:

  1. 当定义了一个非静态的Handler内部类时,内部类会隐式持有外围类的引用。
  2. Handler执行sendMessageAtTime方法时,Message的target参数会持有Handler对象。
  3. 当Message没有被执行时(比如now<when),若退出了Activity,此时Message依然持有Handler对象,而Handler持有Activity的对象,导致内存泄露。

解决方案:

  1. 将Handler定义为静态内部类。
  2. 退出Activity时清空MessageQueue中对应的Message。

以上就是详解Android Handler的使用的详细内容,更多关于Android Handler的资料请关注我们其它相关文章!

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