【Android】Handler用法及原理解析

文章目录

用处
基本用法
- 用法一：使用sendMessage和handleMessage方法
- 用法二：使用post方法
法一工作原理
- Handler的sendMessage
- Message
- - 成员变量
- MessageQueue
- Looper
- - 主线程自动初始化
  - 子线程手动创建
  - **prepare**
  - loop
- Handler的dispatchMessage
法二工作原理
- Handler的post
- Handler的dispatchMessage

Handler 是用于在不同线程之间进行消息传递的机制。它与 Looper和 MessageQueue一起工作，帮助在不同线程间传递和处理消息，特别是在主线程与子线程之间进行通信。

用处

子线程通过 Handler 更新 UI
用于线程间通信

基本用法

用法一：使用sendMessage和handleMessage方法

创建Handler：通常在主线程中创建一个Handler，用于处理从其他线程发送的消息。
```
Handler handler = new Handler();
```

发送消息：在子线程中，通常使用handler.sendMessage()来向主线程发送消息。

new Thread(new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        Message message = Message.obtain();
        message.what = 1;
        handler.sendMessage(message);
    }
}).start();

处理消息：主线程中的Handler会调用handleMessage()方法来处理接收到的消息。

Handler handler = new Handler(Looper.getMainLooper()) {
    @Override
    public void handleMessage(Message msg) {
        switch (msg.what) {
            case 1:
                // 处理消息
                break;
        }
    }
};

用法二：使用post方法

创建 Handler：

Handler handler = new Handler(Looper.getMainLooper());

使用 post 方法：可以直接在 Handler 中执行需要在主线程上运行的代码块。
```
handler.post(new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        // 执行主线程任务
    }
});
```
区别：

sendMessage: 适用于更复杂的消息处理和任务调度，特别是需要在多个线程之间通信时。它依赖于 Handler 类，通过消息机制来传递和处理任务。

post: 更加简洁和直接，主要用于在主线程中执行任务，尤其是需要更新 UI 的情况。适合用于在视图中直接执行代码而不涉及复杂的线程通信。

法一工作原理

主要依靠以下

Looper：负责不断从 MessageQueue 中取出消息并分发给相应的 Handler 进行处理。
Handler：Handler 是一个用于发送和处理消息的类。它可以用来将 Message 或 Runnable 对象发送到消息队列中，并在对应的线程中处理这些消息。
Message：用于在 Handler 和 Looper 之间传递消息。
MessageQueue：MessageQueue 是消息的容器，负责存储和管理待处理的消息。维护了一个消息队列，按顺序处理消息。

举个例子：

天气预报：子线程获取到了天气数据，然后使用Message将数据包装，通过Handler对象的sendMessage方法将Message对象插入到消息队列（MessageQueue）中，主线程通过Looper.loop方法死循环检查MessageQueue中是否有消息，主线程的 Handler 会通过 handleMessage() 方法接收这个 Message

Handler的sendMessage

handler.sendMessage(message);

sendMessageDelayed ，sendEmptyMessageAtTime，sendEmptyMessageDelayed，sendEmptyMessage

这些Handler类中发送消息的方法最终调用的方法都是sendMessageAtTime。

sendMessageAtTime方法中再调用enqueueMessage插入消息到消息队列

Message

Message 类用于 Handler 和 Looper 之间的消息传递

Message类定义一个包含描述和任意数据对象的消息，该消息可以发送给Handler 。此对象包含两个额外的 int 字段和一个额外的对象字段，允许您在许多情况下不进行分配。
虽然 Message 的构造函数是公共的，但获取其中一个的最佳方法是调用Message.obtain()或Handler.obtainMessage()方法之一，它们会从回收对象池中拉出它们。

成员变量

部分成员变量分析

// what 字段是一个用户自定义的消息代码，用来标识消息的类型。
public int what;

//arg12 是一个整型值字段，用来传递简单的整型数据。
public int arg1;
public int arg2;

// obj 是一个任意的对象，允许发送者将任何类型的对象传递给接收者。
public Object obj;

// 可选的 Bundle，用于传递复杂数据。
Bundle data;

//  target 是消息最终要传递到的 Handler，负责处理该消息。
Handler target;

// 用于将 Message 对象串联在一起的指针，
Message next;

获取消息的首选方法是调用Message. obtain()

最终实际都是通过obtain()方法获取的Message对象

obtain()源码：

// 从全局池返回一个新的 Message 实例。这允许我们在很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();
}

用于从全局池（sPool）中返回一个新的 Message 实例。如果池中有可用的消息对象，它将从池中获取，否则创建一个新的。可以优化性能

MessageQueue

MessageQueue 是一个用于保存消息（Message）的队列，其内部实现为一个单链表结构。

enqueueMessage(Message msg, long when)：用于将消息插入到队列的链表中，when 参数决定消息应该在什么时候被执行。消息按 when 的顺序排列，越早需要执行的消息排在前面。
next()：此方法用于从队列中取出下一个需要处理的消息。如果当前队列为空，线程会进入阻塞状态，直到新的消息到来。

Looper

用于运行线程消息循环的类。

Looper 是一种管理消息队列并将消息分发到线程的机制。每个线程都有自己的消息队列和消息循环，这就是由 Looper 来实现的。

默认情况下，线程没有与之关联的消息循环；若要创建一个消息循环，请在要运行循环的线程中调用prepare ，然后loop以让其处理消息，直到循环停止。

主线程自动初始化

主线程（UI线程）是应用启动时的默认线程，负责处理所有与用户界面相关的任务。Android 系统在应用启动时会自动为主线程创建一个 Looper，因此你无需手动调用 Looper.prepare() 和 Looper.loop()。
这个主线程的 Looper 用来处理 UI 事件和系统消息，如用户点击、触摸事件等，这确保了 UI 的更新必须在主线程上执行

主线程ActivityThread的main方法中自动初始化了：

public static void main(String[] args) {
    ...

    // 为主线程准备消息循环，创建与当前线程关联的Looper，并设置为主线程的Looper
    Looper.prepareMainLooper();

    ...
        
    // 初始化主线程的 Handler，用于处理消息队列中的消息
    if (sMainThreadHandler == null) {
        sMainThreadHandler = thread.getHandler();
    }

    ...
        
    // 启动消息循环，开始处理消息队列中的消息，这一步将一直运行，直到应用程序终止
    Looper.loop();

    // 如果消息循环意外退出，抛出异常。正常情况下，主线程的消息循环不应该终止
    throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
}

子线程手动创建

当你在 子线程 中需要处理消息时（例如子线程需要执行长时间运行的任务，并且希望在任务完成后更新 UI），你需要手动为这个子线程创建 Looper。步骤通常包括：

调用 Looper.prepare()：为当前线程创建一个 Looper 实例。
创建 Handler
调用 Looper.loop()：进入消息循环，不断从消息队列中获取消息并分发给相应的 Handler 处理。

示例：

class LooperThread extends Thread {
       public Handler mHandler;
 
       public void run() {
           Looper.prepare();
 
           mHandler = new Handler(Looper.myLooper()) {
               public void handleMessage(Message msg) {
                   // process incoming messages here
               }
           };
 
           Looper.loop();
       }
}

prepare

作用：

在当前线程中创建一个 Looper，以便线程可以拥有一个消息循环（MessageQueue）。通常在子线程中需要手动调用，主线程已经自动调用了 Looper.prepare()

由于Looper构造方法被私有了，只能通过调用 prepare() 方法

static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();

这里的sThreadLocal是一个map类型容器，可以保证了1个线程中只有1个对应的Looper

1个线程中可以有多个Handler，1个线程中只有1个对应的Looper

如果已经存在Looper就抛出异常，否则new一个Looper放入sThreadLocal中

loop

Looper负责管理线程的消息循环，它在loop()方法中不断从MessageQueue中取出消息，并通过Handler的dispatchMessage()方法将消息分发给对应的Handler进行处理。

  public static void loop() {
        // 获取当前线程的looper对象
        final Looper me = myLooper();
        // 防止没有在该方法调用前调用prepare方法
        if (me == null) {
            throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
        }
      
        ...
            
        // 使用死循环来遍历消息队列，挑出需要执行的 Message 并分发
        for (;;) {
            if (!loopOnce(me, ident, thresholdOverride)) {
                return;
            }
        }
    }

在Looper的循环过程中，取出的每个Message对象都会通过Handler的dispatchMessage()方法传递给目标Handler，最终由目标Handler的handleMessage()方法处理消息。

private static boolean loopOnce(final Looper me,
        final long ident, final int thresholdOverride) {
    
    // 从消息队列中获取下一个消息。如果队列中没有消息，next() 可能会阻塞。
    // 当消息队列为空（即没有消息时），返回 null，表示消息队列正在退出。
    Message msg = me.mQueue.next(); 
    if (msg == null) {
        // 如果消息为空，表示消息队列正在退出，终止循环。
        return false;
    }

    ...
    
    try {
        // msg.target是指向一个Handler对象的引用，即消息的接收者
        // 分发消息到Handler进行处理，实际处理逻辑在msg.target.dispatchMessage()中。
        msg.target.dispatchMessage(msg);
        ...
    } catch (Exception exception) {
        ...
    } finally {
        ...
    }

    ...

    // 回收 Message 对象，避免对象的重复创建，提升性能。
    msg.recycleUnchecked();

    // 返回 true，表示循环可以继续处理下一个消息。
    return true;
}

Handler的dispatchMessage

没有使用post方法的话，调用重写的handleMessage方法

//  处理系统消息的方法。
public void dispatchMessage(@NonNull Message msg) {
    // 检查消息是否包含回调函数
    if (msg.callback != null) {
        // 如果有回调函数，处理回调
        handleCallback(msg);
    } else {
        // 如果没有回调函数
        // 检查是否设置了自定义的回调处理器
        if (mCallback != null) {
            // 如果自定义回调处理器处理了消息，直接返回
            if (mCallback.handleMessage(msg)) {
                return;
            }
        }
        // 如果自定义回调处理器没有处理消息，则调用默认的消息处理方法
        handleMessage(msg);
    }
}

法二工作原理

Handler的post

handler.post(new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        
    }
});

post方法，一般以匿名内部类的形式发送Runnable对象，在Runnable对象重写的run()方法中直接对UI进行更新

post类方法用以发送Runnable对象，send类方法用以发送Message对象，二者并不矛盾也不重复

观察Message类，可以发现安卓把Runnable对象作为Message的成员变量

 sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0)

post方法又调用了sendMessageDelayed，注意**getPostMessage(r)**，在这个方法里就把我们的Runnable对象赋值到了Runnable类型的callback上了

private static Message getPostMessage(Runnable r) {
    // 获取一个 Message 实例
    Message m = Message.obtain();
    
    // 将传入的 Runnable 对象设置为 Message 的回调函数。
    m.callback = r;
    
    // 返回配置好的 Message 对象。
    return m;
}

Handler的dispatchMessage

public void dispatchMessage(@NonNull Message msg) {
    if (msg.callback != null) {
        // 如果消息包含 callback，调用 handleCallback 方法
        handleCallback(msg);
    } else {
        if (mCallback != null) {
            if (mCallback.handleMessage(msg)) {
                return; // 自定义回调处理器处理了消息
            }
        }
        handleMessage(msg); // 默认处理消息
    }
}

发现该消息有Runnable就调用handleCallback方法执行 Runnable 对象。

    private static void handleCallback(Message message) {
        message.callback.run();
    }

其他部分与法一原理一致

感谢您的阅读
如有错误烦请指正

参考：

Handler类中发送消息-post()和postDelay()方法精炼详解
android Handler机制原理解析（一篇就够，包你形象而深刻）_android handler的机制和原理-CSDN博客
Handler 都没搞懂，拿什么去跳槽啊？0. 前言做 Android 开发肯定离不开跟 Handler 打交道，它通 - 掘金 (juejin.cn)
Android 消息机制（Handler + MessageQueue + Looper） - 知乎 (zhihu.com)
Android——Handler一篇就看懂_android handler-CSDN博客