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后端架构师(ID:study_tech)第 1077 次推文
往日回顾：广州蛋壳公寓18层租客跳楼身亡，室友：他刚毕业没工作，房东就赶我们走！微众银行紧急公告...
正文
/ 前言 /
Handler可以说小伙伴们用的非常多了，可以说Handler是支撑整个Android系统运行的基础，本质上Android系统都是由事件驱动的。而处理事件的核心就在于Handler。接下来我们就从简单的使用，到源码分析让你彻彻底底明白Handler的本质。不会再让你发出为什么Looper.loop不会堵塞主线程，Handler是如何切换线程等这类疑惑。
/ 简单使用 /
一般是在主线程中实现一个Handler，然后在子线程中使用它。
class HandlerActivity: AppCompatActivity() {
private val mHandler = MyHandler()
override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
super.onCreate(savedInstanceState)
// 在子线程中通过自定义的 Handler 发消息
thread {
mHandler.sendEmptyMessageDelayed(1, 1000)
}
}
// 自定义一个 Handler
class MyHandler: Handler() {
override fun handleMessage(msg: Message) {
Log.i("HandlerActivity", "主线程：handleMessage: ${msg.what}")
}
}
}
或者有时候需要在子线程中创建运行在主线程中的Handler
class HandlerActivity: AppCompatActivity() {
private var mHandler: Handler? = null
override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
super.onCreate(savedInstanceState)
thread {
//获得main looper 运行在主线程
mHandler = MyHandler(Looper.getMainLooper())
mHandler!!.sendEmptyMessageDelayed(1, 1000)
}
}
// 自定义一个 Handler
class MyHandler(): Handler() {
override fun handleMessage(msg: Message) {
Log.i("HandlerActivity", "子线程：handleMessage: ${msg.what}")
}
}
}
这就是小伙伴们一般常用的两个用法。大家注意到了在第二个用法中出现了一个Looper.getMainLooper()，使用它作为参数，即使MyHandler是在子线程中定义的，但是它的handleMessage方法依然运行在主线程。我们看一下这个参数究竟是什么东东~
public Handler(@NonNull Looper looper) {
this(looper, null, false);
}
可以看到这个Looper就是我们上面传入的参数Looper.getMainLooper()，也就说明了handleMessage方法具体运行在哪个线程是和这个Looper息息相关的。那么这个Looper究竟是何方神圣，它是怎么做到线程切换的呢？
/ 概述 /
我们先来看一张图
这就是整个Handler在Java层的流程示意图。可以看到，在Handler调用sendMessage方法以后，Message对象会被添加到MessageQueue中去。而这个MessageQueue就是被包裹在了Looper中。那么Looper对象是干什么的呢？它和Handler是什么关系呢？我们来看一下他们具体的职责把~
Handle 消息机制中作为一个对外暴露的工具，其内部包含了一个 Looper 。负责Message的发送及处理。Handler.sendMessage() ：向消息队列发送各种消息事件；Handler.handleMessage()：处理相应的消息事件
Looper 作为消息循环的核心，其内部包含了一个消息队列 MessageQueue ，用于记录所有待处理的消息；通过Looper.loop()不断地从MessageQueue中抽取Message，按分发机制将消息分发给目标处理者，可以看成是消息泵。注意，线程切换就是在这一步完成的。
MessageQueue 则作为一个消息队列，则包含了一系列链接在一起的 Message ；不要被这个Queue的名字给迷惑了，就以为它是一个队列，但其实内部通过单链表的数据结构来维护消息列表，等待Looper的抽取。
Message 则是消息体，内部又包含了一个目标处理器 target ，这个 target 正是最终处理它的 Handler
哦？原来他们的职责是这样啊，可我还是不懂他们到底是怎么运行起来的。就像你告诉我医生是负责治病，警察是抓坏人的，他们具体是如何去做的呢？
/ Handler /
从我们大家最熟悉的sendMessage方法说起。sendMessage方法见名思意，就是发送一个信息，可是要发送到哪里去呢，这是代码：
public final boolean sendMessage(@NonNull Message msg) {
return sendMessageDelayed(msg, 0);
}
调用了sendMessageDelayed方法：
public final boolean sendMessageDelayed(@NonNull Message msg, long delayMillis) {
if (delayMillis < 0) {
delayMillis = 0;
}
return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis);
}
继而调用sendMessagAtTime方法：
public boolean sendMessageAtTime(@NonNull 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);
}
眼尖的小伙伴就会发现，等等不对，这代码中出了一个叛徒，啊不对，出了一个奇怪的东西。没错，就是刚才流程图中出现的这个MessageQueue。你看，我没有胡说吧，这个MessageQueue是实打实存在的，并且被作为参数一起传给了enqueueMessage方法。其实无论你是如何使用Handler发送消息，结果都会走到enqueueMessage方法中。
这是方法的调用链：
可以看到无论如何，最后都会走到enqueueMessage方法中。这个enqueueMessage方法具体做了什么事呢：
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);
}
enqueueMessage一共做了两件事情，一个是给Message赋值，一个是调用传进来的这个MessageQueue的enqueueMessage方法。注意啊，最后这个enqueueMessage方法是在MessageQueue中的，已经不再是Handler的方法了，也就是说，调用走到了这里。事件的流向已经不归Handler管了。
Handler::enqueueMessage方法中第一行msg.target = this;，这个this是什么呢？这个this在handler方法中自然是handler本身了，也就是说这一行代码将handler自身赋值给了Message对象的target字段。我们可以看以下这个target字段的定义：
//简化后的代码
public final class Message implements Parcelable{
@UnsupportedAppUsage
/*package*/ Handler target;
}
啊，这样明白了，也就是说每个发出去的Message都持有把它发出去的Handler的引用，对不对？
没错事实就是这样，每个发出去的Message对象内部都会有个把它发出去的Handler对象的引用，也可以理解Message这么做的目的，毕竟Handler把它发射出去了，它不得知道是谁干的，好随后找它报仇么。那么我们继续下一步，msg.setAsynchronous(true)这一行代码是设置异步消息的，这里暂时先不管它。我们先看queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis)这行代码。也就是从这行代码，Message就可以和Handler说拜拜了您讷。
/ MessageQueue /
Handler这个mQueue就是上文我们提到过的MessageQueue对象，在上面的介绍说也说了，这货就是个骗子，明明起名是Queue，却是单链表。你可能误会Google工程师了，名字也确实没什么错了，从机制上看确实很像队列。队列是什么特性啊，先进先出对吧。这个先后就是按时间来划分的，时间靠前的就在前面时间靠后的就在后面。而在这个单链表中也确实是这样实现的，按照时间的先后排序。这个就先不多讲了，一会讲如何实现的消息延时发送的时候会讲到这个。
到这里你可能有疑惑了，这个MessageQueue是什么鬼，从哪里冒出来的。你可能还记得，在上面的sendMessageAtTime方法中有这么一行：
MessageQueue queue = mQueue;
那么这个mQueue是在哪里被赋值的呢？当然是在构造方法中啦~
public Handler(@Nullable Callback callback, boolean async) {
if (FIND_POTENTIAL_LEAKS) {
final Class<? extends Handler> klass = getClass();
if ((klass.isAnonymousClass() || klass.isMemberClass() || klass.isLocalClass()) &&
(klass.getModifiers() & Modifier.STATIC) == 0) {
Log.w(TAG, "The following Handler class should be static or leaks might occur: " +
klass.getCanonicalName());
}
}
mLooper = Looper.myLooper();
if (mLooper == null) {
throw new RuntimeException(
"Can't create handler inside thread " + Thread.currentThread()
+ " that has not called Looper.prepare()");
}
mQueue = mLooper.mQueue;
mCallback = callback;
mAsynchronous = async;
}
不对啊， 你TM骗我，在最开始你继承的Handler可没有这几个参数。哎呀，小伙子别心急，你看这个无参构造方法不也调用的这个方法么。
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public Handler() {
this(null, false);
}
在这个有参数的构造方法中呢，可以看到有这么两行：
mLooper = Looper.myLooper();
if (mLooper == null) {
throw new RuntimeException(
"Can't create handler inside thread " + Thread.currentThread()
+ " that has not called Looper.prepare()");
}
mQueue = mLooper.mQueue;
我们在Handler中使用的mQueue就是在这里赋值的。这里的赋值可不简单，它拿的是人家Looper的MessageQueue作为自己的MessageQueue，而且在上面的代码中有一个很关键的点，就是调用Looper.myLooper()方法中获取这个Looper对象，如果是空的话就要抛出异常。这一点非常关键，我们先做个记号，一会回过头来会看这一行代码。你就会明白它的作用了。
现在先不研究Looper，我们继续看我们的MessageQueue。上面说到，最后发送消息都调用的是MessageQueue的queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis)方法。现在我们已经拿到了queue，进去看看这个方法它做了什么。
// MessageQueue.java
//省略部分代码
boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
synchronized (this) {
if (mQuitting) {
IllegalStateException e = new IllegalStateException(
msg.target + " sending message to a Handler on a dead thread");
msg.recycle();
return false;
}
msg.markInUse();
msg.when = when;
//【1】拿到队列头部
Message p = mMessages;
boolean needWake;
//【2】如果消息不需要延时，或者消息的执行时间比头部消息早，插到队列头部
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 {
//【3】消息插到队列中间
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;
}
主要分为3个步骤（见以上代码标注）。
mMessages 是队列的第一消息，获取到它判断消息队列是不是空的，是则将当前的消息放到队列头部；
如果当前消息不需要延时，或当前消息的执行时间比头部消息早，也是放到队列头部。
如果不是以上情况，说明当前队列不为空，并且队列的头部消息执行时间比当前消息早，需要将它插入到队列的中间位置。
如何判断这个位置呢？依然是通过消息被执行的时间。
通过遍历整个队列，当队列中的某个消息的执行时间比当前消息晚时，将消息插到这个消息的前面。
可以看到，消息队列是一个根据消息【执行时间先后】连接起来的单向链表。想要获取可执行的消息，只需要遍历这个列表，对比当前时间与消息的执行时间，就知道消息是否需要执行了。好了，MessageQueue在Java层的分析到这里就结束了。
等等，这就结束了？
没错，到这一步，消息已经添加到了这个名为队列实为单链表的队列中。
不对啊，我handleMessage方法如何被调用呢？消息添加进去就完了？说好的线程切换呢？
其实到这一步真的就结束了，最起码在Java层是结束了。消息到这一步被添加到了队列中，Handler和MessageQueue在发送的过程中做的工作已经做完了。但是既然有队列，那么不可能说光添加不读取把。不然我添加了有什么用？
是的，接下来就是Looper大展神威的时候到了。
/ Looper /
在上面提到了，Handler中的MessageQueue对象其实就是Handler中的Looper它的MessageQueue，Handler往MessageQueue中添加消息，其实就是往Handler的Looper所持有的MessageQueue中添加对象。可能有点绕，但是需要明白的是这个MessageQueue是Looper的，不是Handler的。明白了这一点，你就能很好的理解后面发生的事情。
可能有的小伙伴会说了，这个Looper哪来的，我创建Handler的时候从没看见过它出现啊。没错，在使用Handler的时候它确实没出现过，但是大家还记得Handler中两个参数的那个构造方法嘛？就是下面这个：
//Handler.java
//省略部分代码
public Handler(@Nullable Callback callback, boolean async) {
//敲黑板，划重点就是这一句！！！！
mLooper = Looper.myLooper();
if (mLooper == null) {
throw new RuntimeException(
"Can't create handler inside thread " + Thread.currentThread()
+ " that has not called Looper.prepare()");
}
mQueue = mLooper.mQueue;
mCallback = callback;
mAsynchronous = async;
}
在这一句中Handler通过Looper.myLooper方法获取到了Looper对象，当然，也有可能没获取到。不过，你如果没获取到就惨了，就要抛异常了。
在职责分析中我们提到了， 这个Looper对象作为消息循环的核心，不断从它的MessageQueue中取出消息然后进行分发。
说人话可以不？
刚才说到MessageQueue那个队列中那么多的消息没人拿，MessageQueue的老板Looper看不下去了，说你这也太浪费了，来我拿吧，然后它专门负责一个个拿，然后看这是谁发的，然后让谁去处理。
那我们看看这个Looper.myLooper()方法做了什么事情呢。它是如何返回一个Looper对象的呢？
public static @Nullable Looper myLooper() {
return sThreadLocal.get();
}
sThreadLocal又是什么鬼？咱们看一下它的定义。
//sThreadLocal.get() will return null unless you've called prepare().
@UnsupportedAppUsage
static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();
可以看到这个sThreadLocal是一个ThreadLocal类，并且它的泛型是Looper对象。ThreadLocal提供了线程的局部变量，每个线程都可以通过set()和get()来对这个局部变量进行操作，但不会和其他线程的局部变量进行冲突，实现了线程的数据隔离。简要言之：往ThreadLocal中填充的变量属于当前线程，该变量对其他线程而言是隔离的。
呀呵，源代码中还有行注释，这行注释的意思是除非您已调用prepare()，否则sThreadLocal.get()将返回null。这行注释就有趣了，刚才我还寻思这个ThreadLocal的get方法得有数据才能返回，可这个数据是啥时候塞进去的呢？你这注释就告诉我了，只有我调用了prepare()方法，才有值啊。那我们就去看看这个方法做了些什么。
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));
}
可以看得出，最后调用了是prepare(boolean quitAllowed)方法，而这个方法首先判断，如果sThreadLocal有值，就抛异常，没有值才会塞进去一个值。其实很好理解，就是说prepare方法必须调用但也只能调用一次，不调用没有值，抛异常，调用多次也还抛异常。我好难哦~不过大家还记得上面我们重点关注的一个内容吗，在Handler中的有参构造函数中有这么一行代码会报异常：
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));
}
如果Looper为空就抛异常，现在我们知道了，什么时候Looper为空呢？没有调用prepare方法的时候会为null，也就是说在构造Handler之前，必须得有Looper对象，换言之，**在构造Handler之前，必须调用`Looper`的`prepare`方法创建`Looper`。**这句话非常重要，所以我又是下划线又是加粗的，一定要记住这句话。在后面自定义一个Looper的时候会用到。
接下来再看看这行sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));做了什么吧，它是如何塞进去的呢？
public void set(T value) {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
map.set(this, value);
else
createMap(t, value);
}
set方法首先获取到了当前的线程，然后获取一个map。这个map是以键值对形式存储内容的。如果获取的map为空，就创建一个map。如果不为空就塞进去值。要注意的是，这里面的key是当前的线程，这里面的value就是Looper。也就是说，线程和Looper是一一对应的。也就是很多人说的Looper和线程绑定了，其实就是以键值对形式存进了一个map中。没什么高大上的。你来你也行。
而这个Looper的构造方法我们也得去看一下：
private Looper(boolean quitAllowed) {
mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
mThread = Thread.currentThread();
}
在Looper的构造方法中，可以看到它创建了一个MessageQueue，没错就是那个被Handler无耻使用的MessageQueue。需要注意的一点，上面的分析中提到了prepare方法必须调用但也只能调用一次，调用以后就会创建Looper对象，也就是说一个线程中只会创建一个Looper对象，而一个Looper对象也只会创建一个MessageQueue对象。
现在我们来梳理一下这个流程哈~
首先创建一个无参数的Handler，在这个Handler的构造方法中又去获取Looper对象，当然获取Looper对象其实是为了它的MessageQueue，Handler巴结上了人家Looper对象的MessageQueue以后，发送消息的时候，把要发送的消息给了MessageQueue，添加到了队列中。是不是感觉缺少了什么？没错，好像在这个里面Looper的作用没体现出来，说好的分发消息呢？而且你刚刚说了得调用prepare()方法才会创建Looper，可我没调用过这个方法啊。那这个Looper谁创建的？
刚才提到了，Looper在创建的时候会被当成value塞入到一个map中去，这个map是ThreadLocal。而key就是创建Looper时所在的线程。也就是所谓的Looper和线程绑定。我们一般在用的时候从没创建过Looper，但是我们知道handle中的回调handleMessage方法是运行在主线程中的。Looper的职责不就是分发消息么，也就是说Looper对象在主线程中把消息分发给了Handler。那么这下就明白了，在我们没创建Looper的时候，Looper所在的线程是主线程，换言之，与这个Looper绑定的线程就是主线程。
明白了，我这就去和面试官对线。
既然是主线程，那么大家应该知道，主线程是谁创建的？ActivityThread类。ActivityThread类也正是整个app的入口。以前我也很好奇，既然Android是用Java写的，按理说Java不应该是有个什么main方法么？怎么我写Android没用过这个main方法呢？其实呢，在ActivityThread中就有这个main方法，它是程序的入口，也就说当你点开app以后，首先会进入到这个main方法中，然后做了一大堆事情，这里就不分析了。你只需要知道，这个main方法才是真正的入口。
那我们来看看这个main方法到底干了什么事情：
//ActivityThread.java
//省略部分代码
public static void main(String[] args) {
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "ActivityThreadMain");
Process.setArgV0("<pre-initialized>");
//1 敲黑板，划重点，就是这一句！
Looper.prepareMainLooper();
ActivityThread thread = new ActivityThread();
thread.attach(false, startSeq);
if (sMainThreadHandler == null) {
sMainThreadHandler = thread.getHandler();
}
if (false) {
Looper.myLooper().setMessageLogging(new
LogPrinter(Log.DEBUG, "ActivityThread"));
}
// End of event ActivityThreadMain.
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
//2 敲黑板，划重点，这一句！
Looper.loop();
throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
}
这段代码是不是很符合我们平常写的java程序呢？熟悉的main方法又回来了。main方法中可以看到，它调用了Looper的prepareMainLooper方法：
public static void prepareMainLooper() {
//设置不允许退出的Looper
prepare(false);
synchronized (Looper.class) {
if (sMainLooper != null) {
throw new IllegalStateException("The main Looper has already been prepared.");
}
sMainLooper = myLooper();
}
}
可以看到注释1，这个方法最终还是调用了Looper的prepare方法，这个方法干嘛的？创建Looper并且把它和当前线程一起塞进map中的啊。当前线程是哪个线程？主线程啊！
一切到这里就真相大白了，在APP启动的时候，入口方法中已经自动帮我们创建好了Looper，并且也自动的帮我们和主线程绑定了。也就是说我们平常用的Handler中的Looper就是主线程中创建的这个Looper。细心的小伙伴应该会发现，这个prepareMainLooper方法你是不能调用的。为啥？因为这个方法在入口的时候执行了一次，所以里面的sMainLooper不为Null了，如果你在调用一次，不就要抛异常了么~
现在Looper也有了，Looper的MessageQueue也有了。接下来该分发消息了吧？我Handler发送消息可是已经很久过去了，你这里分析一大通，我还干不干活了？好，我们现在先假设一个场景。
你买了一个快递，你知道迟早会给你送到，但是不确定到底什么时候才会送到。你想早点拿到快递应该怎么做？
你会不停的问快递公司，我的快递到哪了，到哪了。当然，现实中一般都是等快递员打电话才去拿快递~问题在于，这是程序。
Looper虽说要分发消息，但是它又不知道你什么时候会发送消息，只能开启一个死循环，不断的尝试从队列中拿数据。这个死循环在哪里开始的？没错就是注释2处，Looper.loop()开启了一个死循环，然后不断的尝试去队列中拿消息。
// Looper.java
public static void loop() {
//拿到当前线程的Looper
final Looper me = myLooper();
if (me == null) {
throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
}
//拿到Looper的消息队列
final MessageQueue queue = me.mQueue;
// 省略一些代码...
//1 这里开启了死循环
for (;;) {
Message msg = queue.next(); // might block
if (msg == null) {
// No message indicates that the message queue is quitting.
return;
}
try {
msg.target.dispatchMessage(msg);
//省略一些代码...
} catch (Exception exception) {
//省略一些代码...
throw exception;
} finally {
//省略一些代码...
}
//省略一些代码...
msg.recycleUnchecked();
}
}
在循环中Looper不停的取出消息，拿到Message对象以后，会去调用Message的target字段的dispatchMessage方法，这个target字段还有印象吗？没错，就是发送它的Handler，message在被发送出去的时候就已经暗暗记下了是谁发送出去的。现在轮到它报仇了~
我们可以跟进看一下这个dispatchMessage方法：
//Handler.java
public void dispatchMessage(@NonNull Message msg) {
if (msg.callback != null) {
handleCallback(msg);
} else {
if (mCallback != null) {
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
}
}
handleMessage(msg);
}
}
可以看到，消息会先分发给Meesgae的callback，我们没有定义这个callback，那我们接下来看，还有一个mCallback。这个mCallback是创建Handler的时候可以选择传一个CallBack回调，里面依然是handleMessage方法。也就是说你可以自定义一个类继承Handler，重写handleMessage方法，也可以直接new一个Handler传一个回调。当然，这个都很简单，我就不再赘述了，大家可以自行尝试体验。
我们关注重点，当Looper拿到Message以后，并且根据Message的target字段找到了发送消息的Handler，紧接着调用了Handler的handleMessage方法。重点来了，这个Looper是在哪个线程运行的？主线程，它调用方法是在哪个线程运行的？依然是主线程！handleMessage方法此时在哪个线程运行的？依然是主线程！不知不觉中，线程已经切换过来了，神奇不？其实并不神奇，其实就是主线程中的Looper不断的尝试调用handleMessage方法，如果有消息就调用成功了，此时handleMessage方法就是在主线程中调用的。而handler在哪个线程，Looper并不关心，我反正只在主线程调用你的handleMessage方法。这就是线程切换的本质。就是没有线程切换，主线程的Looper不断的尝试调用而已。
可能有的小伙伴已经懵逼了，我们再次从头到尾梳理一下哈~
mainThread中ActivityThread首先创建了一个运行在主线程的Looper，并且把它和主线程进行了绑定。
Looper又创建了一个MessageQueue，然后调用Looper.loop方法不断地在主线程中尝试取出Message
Looper如果取到了Message，那么就在主线程中调用发送这个Message的Handler的handleMessage方法。
我们在主线程或者子线程中通过Looper.getMainLooper为参数创建了一个Handler。
在子线程中发送了Message，主线程中的Looper不断循环，终于收到了Message，在主线程中调用了这个Handler的handleMessage方法。
这里需要注意的是，Looper.loop方法中取到的Looper对象并不一定就是主线程的，因为它是取出当前线程的Looper对象。只不过在ActivityThread这里是主线程，所以拿到的是主线程的Looper对象。所以如果我们要在子线程中创建一个Looper也是可以的，一会我们就实现一下。
到这里可能有的小伙伴还是懵逼，我还是不太明白怎么切换的线程。我们通过一个比喻很好的解释一下。
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首先有一个小学生小明，小明的任务是写作业。然后有一个老师，老师的任务是批改作业。这个班里还有一个学习委员，学习委员的任务就是负责收作业然后交给老师去批改。
一般情况下，老师是学校已经聘请好的，我们不需要自己去聘请老师。老师一般也就只在办公室批改作业，办公室我们可以理解为主线程。学校就是我们的app。老师就是Looper对象。而小明同学就是Handler，学习委员就是MessageQueue，作业就是Message。
老师(Looper)在办公室(主线程)不断的从学习委员(MessageQueue)那里拿到下一本要批改的作业(Message)，老师突然发现作业里有错误，老师很生气，于是就从作业本上的姓名知道了是谁写的这个作业(对应Message的target字段)，于是老师把小明(Handler)叫到办公室(主线程)，让小明在办公室(主线程)把作业改好(handleMessage)。
在这个例子中，小明作为Handler，他可以在任何地方写作业(sendMessage)，也就是说他可以在家里写作业，可以在教室写作业，也可以在小公园写作业，这里的各个地方就是不同的线程。但是写完作业以后一定要交给学习委员，学习委员手里有一摞作业，这一摞作业就是消息的队列，而学习委员就是MessageQueue，他负责收集作业，也就是收集Message。老师在办公室批改作业，发现出错了，就把小明叫到了办公室，让小明在办公室改错。
在这里，办公室就是主线程，老师不会管小明是在哪里写的作业，老师只是关心作业出错了，需要小明在办公室里改错。小明在办公室里改错这就是handleMessage方法运行在了主线程。但是也有个问题，不能说你小明在办公室改错改个没完没了，那岂不是影响了后面同学作业的批改？如果小明真的改错改的没完没了，也就是在主线程上作耗时操作很久，那么老师也无法进行下一个同学的作业批改，时间一长，教学就没法进行了。这就是著名的ANR问题。不知道这样比喻，小伙伴们能不能理解线程切换的意思和ANR的意思。如果还不能理解，那么你来砍我吧~
/ Looper和ANR /
很多面试官喜欢问，Looper的loop方法是个死循环，而loop方法又是运行在主线程的，主线程上有死循环为什么不会导致ANR存在呢？
其实这里面很有趣的一个点就是，很多小伙伴把Looper的loop方法当做一个普通方法来看待，所以才会有这样的疑问。但是这个loop方法并不是一个普普通通的方法。
我们先思考一点，如果我们写一个app，里面一行代码也不写的话，app会不会崩溃？
答案显而易见，是不会的。
可是在上面提到了，本质上App就是一个Java程序，Java程序就有main方法，在ActivityThread类中也确实有这个main方法。我们一般写java程序的时候，是不是main方法中的代码执行完，程序也就结束了。但是app并没有，只要你不退出，它一直运行。那这是为什么呢？
很多小伙伴应该想到了，没错，让程序不退出的话，写一个死循环，那么main方法中的代码永远不会执行完，这样程序就不会自己退出了。Android当然也是这么干的，而且不止Android，基本上所有的GUI程序都是这么干的。正是因为Looper.loop方法这个死循环，它阻塞了主线程，所以我们的app才不会退出。那你可能有疑问了，那既然这里有死循环了，那我其他的代码怎么运行？界面交互怎么办？你问到点子上了。
本质上Android就是事件驱动的程序，界面刷新也好，交互也好，本质上都是事件，这些事件最后通通被作为了Message发送到了MessageQueue中。由Looper来进行分发，然后在进行处理。用人话来说就是，我们的Android程序就是运行在这个死循环中的。一旦这个死循环结束，app也就结束了。
那么ANR是什么呢？ANR是Application Not Responding也就是Android程序无响应。为什么没响应呢？因为主线程做了耗时操作啊。可我还是不明白，明明Looper的loop方法就是阻塞了主线程，为什么不ANR呢。那我们就来说道说道，什么是响应？响应就是界面的刷新，交互的处理等等对吧。那么这个响应是谁来响应的？没错，就是loop方法中进行响应的。没响应什么意思？就是loop方法中被阻塞了，导致无法处理其他的Message了。
所以结论就来了，主线程做耗时操作本质上不是阻塞了主线程，而是阻塞了Looper的loop方法。导致loop方法无法处理其他事件，导致出现了ANR事件。
对比小明这个比喻的话，就是因为小明在办公室里没完没了的改作业，占用了老师的时间，让老师没法批改下一个同学的作业，才导致了教学活动无法正常进行。而老师不断的批改作业，这本身就是正常的教学活动，也正是因为老师不断批改作业，同学们才有提高，教学才能继续。
/ Handler在Java层要注意的点 /
子线程Looper
如果要创建Handler，必须通过Looper.prepare()方法创建Looper，在主线程中ActivityThread已经帮我们创建好了，我们不需要自己去创建，但如果在子线程中创建Handler，要么使用Looper的mainLooper，要么自己调用Looper.prepare()方法创建属于这个线程的looper对象。如下是创建了一个子线程的Looper对象：
class LooperThread extends Thread {
public Handler mHandler;
public void run() {
Looper.prepare();
mHandler = new Handler() {
public void handleMessage(Message msg) {
//TODO 定义消息处理逻辑.
}
};
Looper.loop();
}
}
消息池
在生成消息的时候，最好是用 Message.obtain() 来获取一个消息，这是为什么呢？
// Message.java
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();
}
可以看到，obtain方法是将一个Message对象的所有数据清空，然后添加到链表头中。sPool就是个消息池，默认的缓存是50个。而且在Looper的loop方法中最后一行是这样的：
msg.recycleUnchecked();
Looper在分发结束以后，会将用完的消息回收掉，并添加到回收池里。
Handler导致的内存泄露问题
什么是内存泄露？简而言之就是该回收的东西没有回收。在Handler中一般是这样使用：
class HandlerActivity: AppCompatActivity() {
private val mHandler = MyHandler()
override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
super.onCreate(savedInstanceState)
// 在子线程中通过自定义的 Handler 发消息
thread {
mHandler.sendEmptyMessageDelayed(1, 1000)
}
}
// 自定义一个 Handler
class MyHandler: Handler() {
override fun handleMessage(msg: Message) {
Log.i("HandlerActivity", "主线程：handleMessage: ${msg.what}")
}
}
}
乍一看没有问题，但是有没有想过一个问题，就是说再发送延时消息之前，app推出了，那么handleMessage方法还会执行吗？答案是会的。为什么？我明明退出了，为什么还会执行呢？其实这和java有关系。
MyHandler 是 HandlerActivity 的内部类，会持有 HandlerActivity 的引用。在进入页面以后，发送了一个延时 1s 的消息，如果 HandlerActivity 在 1s 内退出了，由于 Handler 会被 Message 持有，保存在其 target 变量中，而 Message 又会被保存在消息队列中，这一系列关联，导致 HandlerActivity 在退出的时候，依然会被持有，因此不能被 GC 回收，这就是内存泄漏！当这个 1s 延时的消息被执行完以后，HandlerActivity 会被回收。
虽然最终结果还是会被回收，但是内存泄露问题我们也必须去解决，如何解决？
将MyHandler改为静态类，这样它将不再持有外部类的引用。可以将HandlerActivity作为弱引用放到MyHandler中使用，页面退出的时候可以被及时回收。
页面退出的时候，在onDestroy中，调用Handler的removeMessages方法，将所有的消息remove掉，这样也能消除持有链。
同步消息屏障
什么是同步消息屏障？
在Looper的loop方法中通过Message msg = queue.next();这么一行代码拿到Message进行分发，这个MessageQueue的next方法中有这么一行：
//MessageQueue.java
//省略部分代码
Message next() {
for (;;) {
if (nextPollTimeoutMillis != 0) {
Binder.flushPendingCommands();
}
nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);
synchronized (this) {
// Try to retrieve the next message. Return if found.
final long now = SystemClock.uptimeMillis();
Message prevMsg = null;
Message msg = mMessages;
//1 这一行很关键，同步消息屏障的关键点所在
if (msg != null && msg.target == null) {
do {
prevMsg = msg;
msg = msg.next;
} while (msg != null && !msg.isAsynchronous());
}
}
}
}
注释1下面的这一行代码，首先会判断msg不为null，然后紧接着判断msg的target为null。我们知道message的target就是发送它的handler，所有的message都有一个handler，这里怎么可能没有handller呢？针对同步消息还真的是所有的message都有handler，而这里是异步消息。满足target == null的消息就是异步消息。同步屏障是用来阻挡同步消息执行的。说得好，那么同步屏障有什么用呢？
似乎在日常的应用开发中，很少会用到同步屏障。那么，同步屏障在系统源码中有哪些使用场景呢？Android 系统中的 UI 更新相关的消息即为异步消息，需要优先处理。简而言之，如果在启动绘制之前，用户（开发者）插入了一个非常耗时的消息到队列中，那就会导致 UI 不能按时绘制，导致卡顿掉帧。，同步消息屏障就可以用来保证 UI 绘制的优先性。
/ Handler在C++层 /
如果你的目标是理解Handler在Java层是如何实现的，下面就不需要看了。下面主要讲解Handler在C++层是如何工作并实现的。
首先，细心的小伙伴们可能会有疑问。Looper一直处于死循环中，就像老师一直不断的问学习委员要作业批改，老师也是人，不会累么？你问对了，老师当然不会一直不断的问学习委员要作业，正常情况下，是有人交了作业以后，学习委员送过来，老师才会去批改。没有作业的时候，老师可能在休息，可能在玩游戏。Looper也是一样，在消息队列为空的时候，Looper实际上处于休眠状态，只要当有Handler发送消息的时候，Looper才会被唤醒，去进行分发消息。那么是怎么实现的呢？
在整个消息机制中，MessageQueue是连接Java层和Native层的纽带，换言之，Java层可以向MessageQueue消息队列中添加消息，Native层也可以向MessageQueue消息队列中添加消息。
这是MessageQueue中的Native方法：
// MessageQueue.java
private native static long nativeInit();
private native static void nativeDestroy(long ptr);
private native void nativePollOnce(long ptr, int timeoutMillis);
private native static void nativeWake(long ptr);
private native static boolean nativeIsPolling(long ptr);
private native static void nativeSetFileDescriptorEvents(long ptr, int fd, int events);
在MessageQueue的构造方法中是这样的：
//MessageQueue.java
MessageQueue(boolean quitAllowed) {
mQuitAllowed = quitAllowed;
mPtr = nativeInit();
}
调用了nativeInit方法，在native层创建了native层的MessageQueue,mPtr是保存了NativeMessageQueue的指针，后续的线程挂起和线程的唤醒都要通过这个指针来完成，其实就是通过Native层的MessageQueue来完成。
//android_os_MessageQueue.cpp
static jlong android_os_MessageQueue_nativeInit(JNIEnv* env, jclass clazz) {
//初始化native消息队列
NativeMessageQueue* nativeMessageQueue = new NativeMessageQueue();
nativeMessageQueue->incStrong(env); //增加引用计数
return reinterpret_cast<jlong>(nativeMessageQueue);
}
这个是NativeMessageQueue的构造方法：
//android_os_MessageQueue.cpp
NativeMessageQueue::NativeMessageQueue()
: mPollEnv(NULL), mPollObj(NULL), mExceptionObj(NULL) {
mLooper = Looper::getForThread(); //功能类比于Java层的Looper.myLooper();
if (mLooper == NULL) {
mLooper = new Looper(false); //创建native层的Looper
Looper::setForThread(mLooper); //保存native层的Looper到TLS,功能类比于Java层的ThreadLocal.set();
}
}
Looper的构造方法是这样的：
//Looper.cpp
Looper::Looper(bool allowNonCallbacks) :
mAllowNonCallbacks(allowNonCallbacks), mSendingMessage(false),
mPolling(false), mEpollFd(-1), mEpollRebuildRequired(false),
mNextRequestSeq(0), mResponseIndex(0), mNextMessageUptime(LLONG_MAX) {
mWakeEventFd = eventfd(0, EFD_NONBLOCK); //构造唤醒事件的fd
AutoMutex _l(mLock);
rebuildEpollLocked(); //重建Epoll事件
}
void Looper::rebuildEpollLocked() {
if (mEpollFd >= 0) {
close(mEpollFd); //关闭旧的epoll实例
}
mEpollFd = epoll_create(EPOLL_SIZE_HINT); //创建新的epoll实例，并注册wake管道
struct epoll_event eventItem;//新建唤醒监听事件
memset(& eventItem, 0, sizeof(epoll_event)); //把未使用的数据区域进行置0操作
eventItem.events = EPOLLIN; // 设置监听内容可读事件
eventItem.data.fd = mWakeEventFd;
//将唤醒事件(mWakeEventFd)添加到epoll实例(mEpollFd)
int result = epoll_ctl(mEpollFd, EPOLL_CTL_ADD, mWakeEventFd, & eventItem);
for (size_t i = 0; i < mRequests.size(); i++) {
const Request& request = mRequests.valueAt(i);
struct epoll_event eventItem;
request.initEventItem(&eventItem);
//将request队列的事件，分别添加到epoll实例
int epollResult = epoll_ctl(mEpollFd, EPOLL_CTL_ADD, request.fd, & eventItem);
}
}
等等，你上来给我这一大段C++代码，我怎么可能看得懂。还有这个epoll是什么？不是讲如何Looper怎么休眠和唤醒的么？
没错，就是讲的Looper怎么休眠和唤醒的。Looper的休眠和唤醒都是在Native层实现的，实现的原理是Linux上的epoll机制。
什么是epoll机制呢？
epoll你可以简单的理解为一个监听事件，在Linux上通过epoll机制监听一个事件，没什么事的时候我就让出CPU，进行休眠，当这个事件触发的时候我就从沉睡中唤醒开始处理。就像按钮的点击事件一样，点击了，监听到这个点击事件就会触发按钮的onClick方法。不过在LInxu上是通过文件的读写来完成的。类比于
include <sys/epoll.h>
// 创建句柄 相当于初始化onClickListener
int epoll_create(int size);
// 添加/删除/修改 监听事件 相当于addOnClicklistener
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
// 进入等待 这就相当于onCLick方法了
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);
epoll_wait就类似于Java中的onCLick方法，当监听的文件有变化的时候，它就会收到结果。其实更像是Kotlin协程中的suspend方法，就一直在等着，阻塞着，有结果才会进行下一步。onClick方法是使用接口回调的形式来实现的，是非阻塞的。而epoll_wait方法是阻塞的。
在上面的Looper构造方法中，调用了rebuildEpollLocked方法，这个方法就是设置监听器的，可以理解为setOnClickListener，不过它监听的是文件的可读事件。即eventItem.events = EPOLLIN;这行代码。什么是可读事件？就是说，文件里面有内容了是不是就可以读了，没错就是这样喵~
好了，事件也已经监听了，那么Looper是在哪沉睡的呢？
是在MessageQueue中的这行代码：
//MessageQueue.java
Message next() {
final long ptr = mPtr;
if (ptr == 0) {
return null;
}
for (;;) {
...
nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis); //阻塞操作
...
}
就是通过这行代码进行阻塞操作。调用关系是这样的：
MessageQueue::nativePollOnce->NativeMessageQueue::pollOnce()->Looper::pollOnce()->Looper::pollInner
int Looper::pollInner(int timeoutMillis) {
struct epoll_event eventItems[EPOLL_MAX_EVENTS];
//1. 等待事件发生或者超时，如果nativeWake()方法中向管道写端写入字符，则该方法会返回；
int eventCount = epoll_wait(mEpollFd.get(), eventItems, EPOLL_MAX_EVENTS, timeoutMillis);
mPolling = false;
mLock.lock();
if (mEpollRebuildRequired) {
mEpollRebuildRequired = false;
rebuildEpollLocked();
goto Done;
}
if (eventCount < 0) {
if (errno == EINTR) {
goto Done;
}
result = POLL_ERROR;
goto Done;
}
if (eventCount == 0) {
result = POLL_TIMEOUT;
goto Done;
}
//循环遍历，处理所有的事件
for (int i = 0; i < eventCount; i++) {
int fd = eventItems[i].data.fd;
uint32_t epollEvents = eventItems[i].events;
//唤醒事件
if (fd == mWakeEventFd.get()) {
if (epollEvents & EPOLLIN) {
已经唤醒了，则读取并清空管道数据【7】
awoken();
} else {
ALOGW("Ignoring unexpected epoll events 0x%x on wake event fd.", epollEvents);
}
} else {
// 处理其他事件，Handler没有
// 省略一些代码...
}
}
Done: ;
//省略一些代码...
// Release lock.
mLock.unlock();
//省略一些代码...
return result;
}
代码到了注释1处就开始了阻塞，也就是所谓的休眠。那么什么时候才能唤醒它呢？超时了，或者文件发生了变化，可以读了就可以唤醒了。注意，这个超时就是在Java层设置的延时发送，也就是说Java的sendMessageDelayed方法最后是通过epoll设置超时的机制实现延迟发送的。
不知道大家注意到没有，在我们发送Message的时候有这么一行代码：
// MessageQueue.java
boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
// 省略一些代码...
synchronized (this) {
msg.markInUse();
msg.when = when;
//拿到队列头部
Message p = mMessages;
boolean needWake;
//如果消息不需要延时，或者消息的执行时间比头部消息早，插到队列头部
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 {
//消息插到队列中间
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) {
// 敲黑板划重点：唤醒
nativeWake(mPtr);
}
}
return true;
}
在最后nativeWake(mPtr);这行代码进行了唤醒。不过必须neekWake为true的时候才会唤醒，那么neekWake什么时候才是True呢？
两种情况会唤醒线程：
（队列为空，消息无需延时或消息执行时间比队列头部消息早) && (线程处于挂起状态时（mBlocked = true）)
【线程挂起（mBlocked = true）&& 消息循环处于同步屏障状态】，这时如果插入的是一个异步消息，则需要唤醒。
唤醒操作具体是如何去做的？
调用链是这样的：
MessageQueue::nativeWake—>android_os_MessageQueue_nativeWake()—>NativeMessageQueue::wake()—>Looper::wake()
//Looper.cpp
void Looper::wake() {
uint64_t inc = 1;
// 向管道mWakeEventFd写入字符1
ssize_t nWrite = TEMP_FAILURE_RETRY(write(mWakeEventFd, &inc, sizeof(uint64_t)));
if (nWrite != sizeof(uint64_t)) {
if (errno != EAGAIN) {
ALOGW("Could not write wake signal, errno=%d", errno);
}
}
}
前面说了，epoll_wait在监听文件的可读事件，那么现在有消息来了，我要触发这个事件只需要往文件里随便写点什么就可以，Looper里面只是写了一个字符1。成功的唤醒了线程。然后开始轮询取出消息分发。
/ 总结 /
Handler在C++层也有自己的一套消息轮询机制，和Java的基本一样，这里就不做分析了。
Handler是构成整个Android系统的基础，正是Looper的死循环才让Android程序能够不退出。所有的类似于屏幕刷新，UI互动都是一种事件，通过Handler发送给了Looper来进行分发。整个Android程序可以说就是运行在这个死循环中。
Looper就是不断批改作业的老师，MessageQueue就是催你交作业的学习委员，Message就是作业，上面写了写作业人的名字，Handler就是写作业的小明。
在一个线程中只能有一个Looper，也只能有一个MessageQueue，但是可以有多个Handler，MessageQueue也可以处理多个Handler发来的消息。
Looper的唤醒与挂起是靠Linux中的epoll机制来实现的，通过对文件的可读事件的监听来实现唤醒。
整个过程中，MessageQueue是实现Java层与C++层的互动的纽带，Native方法基本都是靠MessageQueue来实现的。
Handler与线程的绑定是依靠ThreadLocal中的map来实现的。另外，消息处理流程是先处理Native Message，再处理Native Request，最后处理Java Message。理解了该流程，也就明白有时上层消息很少，但响应时间却较长的真正原因。
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