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Android Handler的使用和原理解析_android jni handler

作者：我家自动化 | 2024-02-23 03:01:40

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android jni handler
Handler使用与原理解析

使用

原理

总结

使用

1.在主线程中使用：

public static final int UPDATE_NAME=2;
	private MyHandler mHandler;

	@Override
	protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
		super.onCreate(savedInstanceState);
		setContentView(R.layout.activity_main);
		mHandler=new MyHandler(new WeakReference<MainActivity>(this));
	}
	
	@Override
	protected void onResume() {
		super.onResume();
		new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				Log.d("ZX", "发送消息"+Thread.currentThread().getName());
				mHandler.sendEmptyMessage(UPDATE_NAME);
			}
		},"thread-2").start();
	}
	
	static class MyHandler extends Handler{
		
		public MyHandler(WeakReference<MainActivity> activity) {
			reference=activity;
		}
		
		WeakReference<MainActivity> reference;
		@Override
		public void handleMessage(Message msg) {
			switch (msg.what) {
			case UPDATE_NAME:
				Log.d("ZX", "处理消息"+Thread.currentThread().getName());
				break;
			default:
				break;
			}
		}
	}

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说明：

  1. 新建一个静态内部类MyHandler，使用弱引用引用外部实例，主要是为了防止内存泄漏。
  2. 在点击的时候创建了一个子线程，在子线程中用handler发送了一个消息。
  3. MyHander接收到消息时打印出线程名称

执行结果：

在这里插入图片描述

进程号100695是主线程，名字叫做main，这个是在Activity创建的时候系统设置的名称，那又是另外一个故事了，这里暂时先不管。进程号10707是我们创建的子线程，名字叫做thread-2,这个是我们自己取的。因为在linux看来没有进程和线程的区别都是进程，唯一的区别就是进程会有独立的内存等资源，而线程没有。

2.在子线程中使用。

	public static final int UPDATE_NAME=2;
	private TextView mTvName;
	private Handler mHandler;
	@Override
	protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
		super.onCreate(savedInstanceState);
		setContentView(R.layout.activity_main);
		mTvName=(TextView) findViewById(R.id.inset_tv);
		findViewById(R.id.boast).setOnClickListener(new OnClickListener() {
			
			@Override
			public void onClick(View v) {
				new Thread(new Runnable() {
					
					@Override
					public void run() {
						Log.d("ZX", "发送消息"+Thread.currentThread().getName());
						mHandler.sendEmptyMessage(UPDATE_NAME);
					}
				},"thread--2").start();
			}
		});
		new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				Looper.prepare();
				mHandler=new Handler(){
					@Override
					public void dispatchMessage(Message msg) {
						Log.d("ZX", "处理消息"+Thread.currentThread().getName());
					}
				};
				Looper.loop();
				
			}
		},"thread--1").start();
	}

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说明：

  1. 新建一个线程取名thread-1,在其内部创建mHhandler。
  2. 在点击的时候创建了一个子线程thread-2，在子线程中用mHhandler发送了一个消息。
  3. mHhandler接收到消息时执行打印。

执行结果：

在这里插入图片描述

这里就实现了线程间通信，要知道他们是怎么做到的，就需要进入源码分析了。

原理

我们还是以主线程中的使用来分析吧，毕竟用的多。这里我们要知道Activity的创建是从ActivityThread.java的main函数开始的。本文源码来自android10。

 public static void main(String[] args) {
        Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "ActivityThreadMain");

        //无本文无关的代码暂时去掉

        Looper.prepareMainLooper();//步骤 step 1

        // Find the value for {@link #PROC_START_SEQ_IDENT} if provided on the command line.
        // It will be in the format "seq=114"
       
        ActivityThread thread = new ActivityThread();
        thread.attach(false, startSeq);

        if (sMainThreadHandler == null) {
            sMainThreadHandler = thread.getHandler();
        }

       
        // End of event ActivityThreadMain.
        Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
        Looper.loop();//step 2

        throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
    }

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//step 1

 public static void prepareMainLooper() {
        prepare(false);//step 1.1
        synchronized (Looper.class) {
            if (sMainLooper != null) {
                throw new IllegalStateException("The main Looper has already been prepared.");
            }
            sMainLooper = myLooper();//step 1.2
        }
    }

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按顺序先看//step 1.1

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)//step 1.1.1);//step 1.1.2
    }

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第一进来肯定是null,

//step 1.1.1

 private Looper(boolean quitAllowed) {
        mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);//step 1.1.1.1
        mThread = Thread.currentThread();//step 1.1.1.2
    }

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这里就是创建了一个MessageQueue对象，获取当前线程。

MessageQueue我们稍后再看，继续看Looper类。

//step 1.1.1 执行完了，我们回到//step 1.1.2

   public void set(T value) {
        Thread t = Thread.currentThread();//step 1.1.2.1
        ThreadLocalMap map = getMap(t);//step 1.1.2.2
        if (map != null)
            map.set(this, value);1.1.2.3
        else
            createMap(t, value);1.1.2.4
    }

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进入//step 1.1.2.1

 /**
     * Returns a reference to the currently executing thread object.
     *
     * @return  the currently executing thread.
     */
    @FastNative
    public static native Thread currentThread();

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这个是一个JNI方法，实现在C++，本文我们不去追踪，这里从注释就能看出是返回一个当前执行线程对象的引用。

我们继续看//step 1.1.2.2

   /**
     * Get the map associated with a ThreadLocal. Overridden in
     * InheritableThreadLocal.
     *
     * @param  t the current thread
     * @return the map
     */
    ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
        return t.threadLocals;
    }

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获取当前线程中的 threadlocalMap。看名字就知道是个map集合。是个容器用来存东西的。我们点进去稍微看下。它是ThreadLocal的一个静态内部类。

 static class ThreadLocalMap {

        /**
         * The entries in this hash map extend WeakReference, using
         * its main ref field as the key (which is always a
         * ThreadLocal object).  Note that null keys (i.e. entry.get()
         * == null) mean that the key is no longer referenced, so the
         * entry can be expunged from table.  Such entries are referred to
         * as "stale entries" in the code that follows.
         */
        static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
            /** The value associated with this ThreadLocal. */
            Object value;

            Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
                super(k);
                value = v;
            }
        }

        /**
         * The initial capacity -- MUST be a power of two.
         */
        private static final int INITIAL_CAPACITY = 16;

        /**
         * The table, resized as necessary.
         * table.length MUST always be a power of two.
         */
        private Entry[] table;

        /**
         * The number of entries in the table.
         */
        private int size = 0;

        /**
         * The next size value at which to resize.
         */
        private int threshold; // Default to 0

        /**
         * Set the resize threshold to maintain at worst a 2/3 load factor.
         */
        private void setThreshold(int len) {
            threshold = len * 2 / 3;
        }

        /**
         * Increment i modulo len.
         */
        private static int nextIndex(int i, int len) {
            return ((i + 1 < len) ? i + 1 : 0);
        }

        /**
         * Decrement i modulo len.
         */
        private static int prevIndex(int i, int len) {
            return ((i - 1 >= 0) ? i - 1 : len - 1);
        }


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看到这些字段应该很熟悉了吧，它和hashmap非常的类似。

定义了一个数组Entry[] table，存储是元素是Entry。继承至弱引用。k-v的形式存储内容。key是ThreadLocal<?>。
初始容量是16，每次增加必须是2的指数倍，当满了2/3时扩容。

由于第一次进来获取到的map肯定是空，所以执行//step 1.1.2.4

/**
     * Create the map associated with a ThreadLocal. Overridden in
     * InheritableThreadLocal.
     *
     * @param t the current thread
     * @param firstValue value for the initial entry of the map
     */
    void createMap(Thread t, T firstValue) {
        t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);//step 1.1.2.4.1
    }

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这个就是创建一个ThreadLocalMap 然后设置到当前的线程中。

//step 1.1.2.4.1

  /**
         * Construct a new map initially containing (firstKey, firstValue).
         * ThreadLocalMaps are constructed lazily, so we only create
         * one when we have at least one entry to put in it.
         */
        ThreadLocalMap(ThreadLocal<?> firstKey, Object firstValue) {
            table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];
            int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);
            table[i] = new Entry(firstKey, firstValue);
            size = 1;
            setThreshold(INITIAL_CAPACITY);
        }

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这个就是创建一个ThreadlocalMap。并存入第一个元素Entry。这个的firstValue就是前面创建的Looper。fristKey就是在Looper里面创建的静态常量 sThreadLocal。我们计算一下，第一个entry的下标是存在哪。

int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);计算这个I。

前面
int threadLocalHashCode = nextHashCode();
int INITIAL_CAPACITY = 16;

所以后面的是16-1=15。主要是看前面的数。

private static int nextHashCode() {
        return nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT);
    }
 private static AtomicInteger nextHashCode =
        new AtomicInteger();
private static final int HASH_INCREMENT = 0x61c88647; 

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AtomicInteger是随着jdk5.0出来的,它位于java.util.concurrent.atomic包下,AtomicInteger，一个提供原子操作的Integer的类。也就是说在Java语言中，++i和i++操作并不是线程安全的，在使用的时候，不可避免的会用到synchronized关键字。而AtomicInteger则通过一种线程安全的加减操作接口，也就是说当有多个线程操作同一个变量时,使用AtomicInteger不会导致变量出现问题,而且比使用 synchronized效率高,

AtomicInteger的常用方法如下：

  • AtomicInteger(int initialValue)：创建一个AtomicInteger实例，初始值由参数指定。不带参的构造方法初始值为0。

  • int addAndGet(int delta)：以原子方式将输入的数值与实例中的值（AtomicInteger里的value）相加，并返回结果，与getAndAdd(int delta)相区分，从字面意思即可区分，前者返回相加后结果，后者先返回再相加。

  • boolean compareAndSet(int expect, int update) ：如果当前值等于预期值，则以原子方式将该值设置为输入的值。

  • int getAndIncrement()：以原子方式将当前值加1，注意：这里返回的是自增前的值。

  • void lazySet(int newValue)：最终会设置成newValue，使用lazySet设置值后，可能导致其他线程在之后的一小段时间内还是可以读到旧的值。

  • int getAndSet(int newValue)：以原子方式设置为newValue的值，并返回旧值。

   /**
     * Atomically adds the given value to the current value.
     *
     * @param delta the value to add
     * @return the previous value
     */
    public final int getAndAdd(int delta) {
        return U.getAndAddInt(this, VALUE, delta);
    }

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这里返回的上一个值。上一个值由于我们没设置初始值所以这里返回的就是0.

那么0&15还是0 。所以第一个元素的下标是0。

到这里整个1.1 prepare（）步骤就都走完了。

总结:就是创建了Looper对象，MessageQueue对象，再把创建的Looper存到了当前线程的ThreadLocalMap中。下标为0，Key是Looper中的静态常量sThreadLocal，value是前面创建的Looper对象。

继续看//step1.2 myLooper（）方法。

  /**
     * Return the Looper object associated with the current thread.  Returns
     * null if the calling thread is not associated with a Looper.
     */
    public static @Nullable Looper myLooper() {
        return sThreadLocal.get();//step 1.2.1
    }

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看注释就知道是获取前面我们存到ThreadLocalMap的looper。不过我还是要点进去看看。


/**
     * Returns the value in the current thread's copy of this
     * thread-local variable.  If the variable has no value for the
     * current thread, it is first initialized to the value returned
     * by an invocation of the {@link #initialValue} method.
     *
     * @return the current thread's value of this thread-local
     */
    public T get() {
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);//step 1.2.1.1
        if (map != null) {
            ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);//step 1.2.1.2
            if (e != null) {
                @SuppressWarnings("unchecked")
                T result = (T)e.value;
                return result;
            }
        }
        return setInitialValue();
    }

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//step 1.2.1.1

    /**
     * Get the map associated with a ThreadLocal. Overridden in
     * InheritableThreadLocal.
     *
     * @param  t the current thread
     * @return the map
     */
    ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
        return t.threadLocals;
    }

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就是取出当前线程的ThreadLocalMap。就是之前在//step 1.1.2.4.1 存进去的。

//step 1.2.1.2

  /**
         * Get the entry associated with key.  This method
         * itself handles only the fast path: a direct hit of existing
         * key. It otherwise relays to getEntryAfterMiss.  This is
         * designed to maximize performance for direct hits, in part
         * by making this method readily inlinable.
         *
         * @param  key the thread local object
         * @return the entry associated with key, or null if no such
         */
        private Entry getEntry(ThreadLocal<?> key) {
            int i = key.threadLocalHashCode & (table.length - 1);
            Entry e = table[i];
            if (e != null && e.get() == key)
                return e;
            else
                return getEntryAfterMiss(key, i, e);//step 1.2.1.2.1
        }

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这里就是取出最终的Entry，就是前面我们存进去的第一个元素。我们计算一下这个I

首先(table.length - 1)=15 没什么疑问。
关键是看key.threadLocalHashCode。这个这里的Key就是sThreadLocal。

/**
     * The difference between successively generated hash codes - turns
     * implicit sequential thread-local IDs into near-optimally spread
     * multiplicative hash values for power-of-two-sized tables.
     */
    private static final int HASH_INCREMENT = 0x61c88647;

    /**
     * Returns the next hash code.
     */
    private static int nextHashCode() {
        return nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT);
    }

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这里和我们前面存的流程是一样的。之前我们返回的是0.但是这一次会返回。HASH_INCREMENT=0x61c88647。

实际就是0x61c88647&15=7 但是我们之前存的是0.所以走 //step 1.2.1.2.1

/**
         * Version of getEntry method for use when key is not found in
         * its direct hash slot.
         *
         * @param  key the thread local object
         * @param  i the table index for key's hash code
         * @param  e the entry at table[i]
         * @return the entry associated with key, or null if no such
         */
        private Entry getEntryAfterMiss(ThreadLocal<?> key, int i, Entry e) {
            Entry[] tab = table;
            int len = tab.length;

            while (e != null) {
                ThreadLocal<?> k = e.get();
                if (k == key)
                    return e;
                if (k == null)
                    expungeStaleEntry(i);
                else
                    i = nextIndex(i, len);
                e = tab[i];
            }
            return null;
        }

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这里会通过循环一个一个的去找entry直到找到。expungeStaleEntry是擦除过期的元素。估计因为和弱引用有关。这里有点不是很明白。问题不大，继续回到//step 1.2.1.2 往下走

就是取出value值返回。直接回到//step 1.2 也没什么东西，继续回到 //step 1。 Looper.prepareMainLooper();方法执行完了。接着会去创建目标Activity。这个我们不管。看//step 2

    public static void loop() {
        //去掉一些不重要的代码后
    
        final Looper me = myLooper();
        if (me == null) {
            throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
        }
        final MessageQueue queue = me.mQueue;

        for (;;) {
            Message msg = queue.next(); // might block //step 2.1
            if (msg == null) {
                // No message indicates that the message queue is quitting.
                return;
            }
            try {
                msg.target.dispatchMessage(msg);//step 2.2
                if (observer != null) {
                    observer.messageDispatched(token, msg);
                }
                dispatchEnd = needEndTime ? SystemClock.uptimeMillis() : 0;
            } catch (Exception exception) {
                if (observer != null) {
                    observer.dispatchingThrewException(token, msg, exception);
                }
                throw exception;
            } finally {
                ThreadLocalWorkSource.restore(origWorkSource);
                if (traceTag != 0) {
                    Trace.traceEnd(traceTag);
                }
            }
           
        }
    }

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这个方法比较简单了。先进入死循环，//step 2.1就是从消息队列中MessageQueue取出消息。如果返回消息是null则return 就意味着looper所在的线程 代码都执行完了，这个线程结束。主线程肯定是不会出现这种情况的。

//step 2.2 中的dispatchMessage方法应该很熟悉了吧。msg.target 就是Handler。

总结一下Looper类：

1.创建了当前所在线程的Looper唯一对象，并通过ThreadLocalMap保存起来。
2.创建了MessageEqueue消息队列
3.无限循环从消息队列中取出消息，并回调dispatchMessage方法。这一步是一直运行在创建Looper对象的线程中的，这个是跨线程的关键。

接下来是Handler机制中最重要的类。MesssageQueue。
我们从之前跳过的//step 1.1.1.1 创建开始。
//step 1.1.1.1

    MessageQueue(boolean quitAllowed) {
        mQuitAllowed = quitAllowed;
        mPtr = nativeInit(); //step 1
    }

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参数从意思看就是 是否允许退出，主线程是传入false是不允许主动退出的。
这里关键看 mPtr = nativeInit()

这个其实是个C++的指针地址

private long mPtr; // used by native code


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//step 1

这里是JNI调用，我们通过包名+类名+方法名的规律可以知道 其实现在 android_os_MessageQueue.cpp类中。JNI类一般位于framework\base\core\jni 包中，但是也有一些是例外。那就只能去源码网站上去搜索了。

static jlong android_os_MessageQueue_nativeInit(JNIEnv* env, jclass clazz) {
    NativeMessageQueue* nativeMessageQueue = new NativeMessageQueue();//step 1.1
    if (!nativeMessageQueue) {
        jniThrowRuntimeException(env, "Unable to allocate native queue");
        return 0;
    }

    nativeMessageQueue->incStrong(env);//step 1.2
    return reinterpret_cast<jlong>(nativeMessageQueue);//step 1.3
}

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这里需要解释下几个类。

JNIEnv* env：代表的JNI环境，虚拟机会传参数进来

jclass clazz：代表Java的对象Object,也是虚拟机传入进来

//step 1.1

NativeMessageQueue::NativeMessageQueue() :
        mPollEnv(NULL), mPollObj(NULL), mExceptionObj(NULL) {
    mLooper = Looper::getForThread();
    if (mLooper == NULL) {
        mLooper = new Looper(false);//step 1.1.1
        Looper::setForThread(mLooper);
    }
}


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//step 1.1.1 创建native Looper

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 | EFD_CLOEXEC);//step 1.1.1.1
    LOG_ALWAYS_FATAL_IF(mWakeEventFd < 0, "Could not make wake event fd: %s",
                        strerror(errno));

    AutoMutex _l(mLock);
    rebuildEpollLocked();//step 1.1.1.2
}

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//step 1.1.1.1 构造唤醒事件，这个已经是内核中的方法了。

加锁，再执行 //step 1.1.1.2 重建eqooll事件

void Looper::rebuildEpollLocked() {
    // Close old epoll instance if we have one.
    关闭旧的 epoll实例
    if (mEpollFd >= 0) {
        close(mEpollFd);
    }

    // Allocate the new epoll instance and register the wake pipe.
    //创建新的epoll实例，注册唤醒管道
    mEpollFd = epoll_create(EPOLL_SIZE_HINT);
    LOG_ALWAYS_FATAL_IF(mEpollFd < 0, "Could not create epoll instance: %s", strerror(errno));

    struct epoll_event eventItem;
    memset(& eventItem, 0, sizeof(epoll_event)); // zero out unused members of data field union
    eventItem.events = EPOLLIN;
    eventItem.data.fd = mWakeEventFd;
    //添加唤醒事件的监听
    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);
        //添加请求队列事件的监听
        int epollResult = epoll_ctl(mEpollFd, EPOLL_CTL_ADD, request.fd, & eventItem);
        if (epollResult < 0) {
            ALOGE("Error adding epoll events for fd %d while rebuilding epoll set: %s",
                  request.fd, strerror(errno));
        }
    }
}

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这个方法主要是 使用epoll多路IO复用的机制，这套机制是Linux提供的。简单的说就是 能监听文件描述符 并且注册要监听的事件，当有事件产生时就会触发 往后面执行，如果没有事件则会阻塞。具体可以自行了解Eqoll机制。这个机制是非常重要的。很多地方都有用到。

Looper对象中的mWakeEventFd添加到epoll监控，以及mRequests也添加到epoll的监控范围内。这样我们可以用2种方式唤醒。

//step 1.2

nativeMessageQueue->incStrong(env);//step 1.2

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这句意思是增加引用计数。incStrong方法在RefBase类中。
是C++中的智能指针。
想使用智能指针处理一个对象，这个对象必须要继承RefBase类, 以便智能指针能操作类提供引用计数操作！

这里主要是为了回收机制。

Android C++层的内存收回主要是通过三个类来实现，分别是RefBase，sp，wp;

SP和WP是两个智能指针模板类，sp是strong pointer，wp则是weak pointer，亦我们常说的强引用和弱引用；实例化sp和wp这两个模板类的类型必须是派生自RefBase的类。

//step 1.3

return reinterpret_cast<jlong>(nativeMessageQueue)

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将创建的nativeMessageQueue 指针地址通过reinterpret_cast强制转化符 转化为long类型返回到java层。到这里就知道了。java层中的mPtr就是一个指针地址。

接着看Lopper从MessageQueue中取消息的操作。

final MessageQueue queue = me.mQueue;

     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.
        final long ptr = mPtr;
        if (ptr == 0) {
            return null;
        }

        int pendingIdleHandlerCount = -1; // -1 only during first iteration
        int nextPollTimeoutMillis = 0;
        for (;;) {
            if (nextPollTimeoutMillis != 0) {
                Binder.flushPendingCommands();
            }

            nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);//step 2.1

            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 = -1;
                }

                // Process the quit message now that all pending messages have been handled.
                if (mQuitting) {
                    dispose();
                    return null;
                }

                // 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 = new IdleHandler[Math.max(pendingIdleHandlerCount, 4)];
                }
                mPendingIdleHandlers = mIdleHandlers.toArray(mPendingIdleHandlers);
            }

            // Run the idle handlers.
            // We only ever reach this code block during the first iteration.
            for (int i = 0; i < pendingIdleHandlerCount; i++) {
                final IdleHandler idler = mPendingIdleHandlers[i];
                mPendingIdleHandlers[i] = null; // release the reference to the handler

                boolean keep = false;
                try {
                    keep = idler.queueIdle();
                } catch (Throwable t) {
                    Log.wtf(TAG, "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;
        }
    }


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这个方法比较关键，我们一步一步看。

首先判断初始化创建的NativeMessageQueue是否成功。

定义了2个int 变量。其中 nextPollTimeoutMillis 是指阻塞时间。

然后开启一个无限循环。这个循环退出只有2个返回，1是返回一个Messaged，2是返回null 前面分析Looper就知道如果获取的Message是null Looper循环就会退出 结束了。

//step 2.1

static void android_os_MessageQueue_nativePollOnce(JNIEnv* env, jobject obj,
        jlong ptr, jint timeoutMillis) {
    NativeMessageQueue* nativeMessageQueue = reinterpret_cast<NativeMessageQueue*>(ptr);
    nativeMessageQueue->pollOnce(env, obj, timeoutMillis);//step 2.1.1
}

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这里传入了2个参数，1个是之前创建的NativeMessageQueue指针，1个是timeoutMillis 延迟退出时间。

//step 2.1.1

void NativeMessageQueue::pollOnce(JNIEnv* env, jobject pollObj, int timeoutMillis) {
    mPollEnv = env;
    mPollObj = pollObj;
    mLooper->pollOnce(timeoutMillis);//step 2.1.1.1
    mPollObj = NULL;
    mPollEnv = NULL;

    if (mExceptionObj) {
        env->Throw(mExceptionObj);
        env->DeleteLocalRef(mExceptionObj);
        mExceptionObj = NULL;
    }
}

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这个就是赋值 然后就调用pollOnce(timeout) 轮询一次。

//step 2.1.1.1

int Looper::pollOnce(int timeoutMillis, int* outFd, int* outEvents, void** outData) {
    int result = 0;
    
        result = pollInner(timeoutMillis);//step 2.1.1.1.1
    }
}

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调用内部轮询

//step 2.1.1.1.1

int Looper::pollInner(int timeoutMillis) {

    int eventCount = epoll_wait(mEpollFd, eventItems, EPOLL_MAX_EVENTS, timeoutMillis);

    // No longer idling.

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这个方法很长，概括就是开始等待事件发生，timeoutMillis=0 则立即往下执行，timeoutMillis=-1则会一直阻塞 直到监听的事件到来，我们在前面添加了2个事件，1是唤醒，1是请求队列。

回到step 2.1进行往下走。就到了处理消息的时候了。

   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());
                }

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消息Message是单链表结构存储。异常查找 直到找到消息。

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 = -1;
                }

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如果没有消息则把超时设置为-1 。就是一直等待。

如果找到了Message则判断其when是否需要立刻值，还是要延时执行。

   // Process the quit message now that all pending messages have been handled.
                if (mQuitting) {
                    dispose();
                    return null;
                }

                // 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;
                }

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如果要退出，则返回NUll 。接着处理空闲Handler。的回调问题。如果都没有则需要阻塞。

接下来。看Handler类。这个是我们用的最多的。首先看构造函数。
有很多构造函数。最常用的是 无参和1个Looper参数的。

public Handler(@Nullable Callback callback, boolean async) {
        
        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;
    }


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获取当前线程创建保存的Looper。再取出MessageQueue。这2个对象一个线程中只有一个。

在看最常用的。Handler的sendMessage方法和post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);
    }

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他们最终都会调用到这个方法。

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);
    }

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关键是queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);看它怎么把消息插入队列中。

 boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
        if (msg.target == null) {
            throw new IllegalArgumentException("Message must have a target.");
        }
        if (msg.isInUse()) {
            throw new IllegalStateException(msg + " This message is already in use.");
        }

        synchronized (this) {
            if (mQuitting) {
                IllegalStateException e = new IllegalStateException(
                        msg.target + " sending message to a Handler on a dead thread");
                Log.w(TAG, e.getMessage(), e);
                msg.recycle();
                return false;
            }

            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 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);
            }
        }
        return true;
    }

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如果头消息为null,当前消息的时间延长为0，当前消息的延迟时间 小于头消息

则把当前消息设置为头消息。

否则把消息 插入到 链表的合适位置通过when。

when=systemClock.uptimeMillis() + delayMillis

这个延时是通过设置的时间加系统开机后的时间。

最后再看看分发方法。

   /**
     * Subclasses must implement this to receive messages.
     */
    public void handleMessage(@NonNull Message msg) {
    }
    
    /**
     * Handle system messages here.
     */
    public void dispatchMessage(@NonNull 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();
    }
    

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如果消息的callback不为空则直接回调run方法。这里的callback其实就是runnable接口，它和线程每关系，只是作为一个接口使用。

否则就执行handleMessage方法。子类Handler必须重写这个方法来接收Message。

到此整个Handler机制就分析完了,设计到的知识点还是很多的。

首先画一个UML图：

在这里插入图片描述

再画一个简单的流程图。
在这里插入图片描述

蓝色和红色代表2个不同的线程。

总结

Handler是消息处理机制也是线程间的通信机制，它是无法跨进程使用，利用的是进程中各线程能共享内存。是一种生产消费者模型。主要由 Looper,MessageQueue,Handler,Message 和ThreadLocal 组合而成。

调用Looper.prepare()时，会创建一个Looper对象 保存到当前线程的ThreadLocalMap中，每个线程只会创建一个Looper。Looper持有一个MessageQueue的引用。

调用Looper.loop()时，会开启无线循环调用消息队列的Next（）方法去获取消息，当取到消息时就会回调Handler的dispatchMessage（）分发消息方法，然后继续循环。

MessageQueue持有消息列表的头结点消息，初始化时会调用nativeInit（）方法。会调用到C++中的android_os_MessageQueue.cpp和Looper.cpp中的方法。主要是利用Linux听的epoll机制。使用epoll_create（）创建一个文件描述符。
再用epoll_ctl（）往描述符中添加要监听的事件。再用
epoll_wait（）开始监听。最后一个参数是timeout,
指定epoll的超时时间，单位是毫秒。当timeout为-1是，epoll_wait调用将永远阻塞，直到某个时间发生。当timeout为0时，epoll_wait调用将立即返回。

消息队列的next（）方法中，开发无限循环然后调用nativePollOnce（）轮询一次，第一次的参数为0会立即往下执行。由于目前没消息，所以会把timeout参数设置为-1。进入阻塞状态 直到被唤醒。当有消息时则会判断当前消息的when参数是否需要立即执行，是则返回 否则设置timeout值为等待时间。

当我们new Handler对象时，会获取当前线程中的Looper对象，所以主线的Hander一定要在主线程中初始化。

当调用sendMessage或者post时最终会调用到 消息队列中的enqueueMessage（），把消息插入到消息单链表的合适位置，并根据需要唤醒之前阻塞的next()进行执行。

next()方法运行在之前创建looper的线程中。而enqueueMessage（）方法是运行在被调用的各个线程中。这里就实现了跨线程。

我觉得整个机制中最关键的是。linux的epoll多路IO复用机制。它保证了无限循环时不会出现CPU占有率很高，有消息时唤醒处理，没有消息时则阻塞。在android的很多其他地方都有用到。比如Zygota进程，binder机制。

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