1. Handler源码分析（API 29）
在分析Handler源码之前，我们先来看下下面这条异常
android.view.ViewRootImpl$CalledFromWrongThreadException: Only the original thread that created a view hierarchy can touch its views.
at android.view.ViewRootImpl.checkThread(ViewRootImpl.java:6094)
at android.view.ViewRootImpl.requestLayout(ViewRootImpl.java:824)
at android.view.View.requestLayout(View.java:16431)作为Android开发人员，这样异常的信息应该并不陌生，产生的原因就是在子线程操作UI控件了。那么为什么在子线程操作UI控件，就会抛出异常呢？
我们再来看另一条异常信息
java.lang.RuntimeException: Can't toast on a thread that has not called Looper.prepare()
at android.widget.Toast$TN.<init>(Toast.java:435)
at android.widget.Toast.<init>(Toast.java:150)
at android.widget.Toast.makeText(Toast.java:313)
at android.widget.Toast.makeText(Toast.java:303)抛出这条异常信息是因为在子线程中弹toast导致的。为什么跟第一条产生的异常信息不一样呢？
让我们带着疑问开始探索源码之旅吧～～～
1、其实第一条异常信息我们都知道是在哪里抛出的，跟View的绘制机制有关，也就是为什么不允许在子线程中操作UI控件？
这是因为Android的UI控件不是线程安全的，如果在多线程中并发访问可能会导致UI控件不可预期的状态，那么为什么系统不对UI控件的访问加上锁机制呢？
- 首先加上锁机制会让UI访问的逻辑变得复杂
- 锁机制会降低UI访问效率，因为锁机制会阻塞某些线程的执行
所以最简单且高效的方法就是采用单线程模型来处理UI操作，那么Android中子线程一定不能更新UI控件吗？
其实Android系统在更新UI控件时，会调用ViewRootImpl类的checkThread()来检测当前线程是否是创建UI控件的线程，如果不在同一个线程就会抛出异常。
// ViewRootImpl.java
public ViewRootImpl(Context context, Display display) {
mThread = Thread.currentThread();
// ... 省略无关代码
}
@Override
public void requestLayout() {
checkThread();
// ...
}
void checkThread() {
if (mThread != Thread.currentThread()) {
throw new CalledFromWrongThreadException(
"Only the original thread that created a view hierarchy can touch its views.");
}
}2、只要我们执行下面这段代码就会抛出第二条崩溃日志
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
Toast.makeText(MainActivity.this, "handler", Toast.LENGTH_LONG).show();
}
}).start();
// 抛出：java.lang.RuntimeException: Can't toast on a thread that has not called 看到这里很多人感到奇怪，子线程中更新UI控件应该是第一条崩溃日志啊。
来看下Toast源码:
Toast.java
public Toast(@NonNull Context context, @Nullable Looper looper) {
// 创建TN
mTN = new TN(context.getPackageName(), looper);
// ...
}
private static class TN extends ITransientNotification.Stub {
final Handler mHandler;
TN(String packageName, @Nullable Looper looper) {
// ...
// 看到这里，我相信大家知道为什么原因了。
if (looper == null) {
// Use Looper.myLooper() if looper is not specified.
looper = Looper.myLooper();
if (looper == null) {
throw new RuntimeException(
"Can't toast on a thread that has not called Looper.prepare()");
}
}
mHandler = new Handler(looper, null) {
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
}
};
}
}
阅读Toast源码后发现，弹toast时需要获取当前线程的Looper，如果当前线程没有Looper，就会抛出异常。看到这里会有一个疑问，为什么在main线程中弹toast不会报错呢？
我们可以猜想，既然在main线程没有报错，那么肯定main线程中已经创建过Looper对象。是谁创建的呢？
在Android系统中，App启动入口是在ActivityThread类的main方法。
ActivityThread.java
public static void main(String[] args) {
// 创建Looper对象和MessageQueue对象，用于处理主线程的消息
Looper.prepareMainLooper();
// 创建ActivityThread对象
ActivityThread thread = new ActivityThread();
// 创建Binder通道
thread.attach(false, startSeq);
// 主线程的Handler
if (sMainThreadHandler == null) {
sMainThreadHandler = thread.getHandler();
}
// End of event ActivityThreadMain.
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
Looper.loop(); // 消息循环运行
throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
}阅读ActivityThread源码后，我们知道main线程的Looper在App启动时就帮我们创建了，所以我们可以直接在main线程中弹toast了。 Binder 线程会向 H（就是main线程的Handler） 发送消息，H 收到消息后处理Activity的生命周期，所以在主线程中可以直接更新UI控件了。
主线程的消息循环模型:
ActivityThread 通过 ApplicationThread 和 AMS 进行进程间通讯，AMS 以进程间通信的方式完成 ActivityThread 的请求后会回调 ApplicationThread 中的 Binder 方法，然后 ApplicationThread 会向 H 发送消息，H 收到消息后会将 ApplicationThread 中的逻辑切换到 ActivityThread 中去执行，即切换到主线程中去执行。
1.1 Looper 、Thread之间的关系
先来看这段代码，在子线程中创建Handler，运行后抛出异常了
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
Handler handler = new Handler();
}
}).start();出现崩溃日志如下，提示说明：调用线程中没有调用过Looper.prepare()，就不能创建Handler
java.lang.RuntimeException: Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()
at android.os.Handler.<init>(Handler.java:200)
at android.os.Handler.<init>(Handler.java:114)为什么Looper.prepare()会影响Handler的创建呢？走进Handler的源码分析：
//Handler.java
final Looper mLooper;
final MessageQueue mQueue;
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;
// ...
}
---------------------------------
// Looper.java
// 返回与调用线程相关联的Looper对象
// 如果调用的线程没有关联Looper（也就是没调用过Looper.prepare()）返回null
public static @Nullable Looper myLooper() {
// Looper对象怎么与调用线程关联？设计到ThreadLocal知识
return sThreadLocal.get();
}从Handler构造方法中可知：在创建Handler对象时，会检查调用线程中是否有Looper关联，如果没有就抛出异常。
1.2 Handler、Looper、MessageQueue、Message之间的关系
Looper源码：
//Looper.java
final MessageQueue mQueue;
private Looper(boolean quitAllowed) {
mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
mThread = Thread.currentThread();
}
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));
}
// 在ActivityThread中的main方法调用
public static void prepareMainLooper() {
prepare(false);
synchronized (Looper.class) {
if (sMainLooper != null) {
throw new IllegalStateException("The main Looper has already been prepared.");
}
sMainLooper = myLooper();
}
}Looper类中主要作用：
- 提供prepare方法，关联调用线程与Looper对象
- 主线程通过prepareMainLooper方法关联Looper，可以通过Looper.getMainLooper()获取主线程Looper
- Looper对象与MessageQueue对象建立关系，一个Looper对象对用一个MessageQueue对象
其它的线程怎么拥有自己的Looper呢？Android系统为我们提供了一个非常方便的类：HandlerThread
// HandlerThread.java
public class HandlerThread extends Thread {
@Override
public void run() {
Looper.prepare();
synchronized (this) {
mLooper = Looper.myLooper();
notifyAll();
}
onLooperPrepared();
Looper.loop();
}
}HandlerThread继承Thread类，当Thread.start()线程，调用Looper.prepare()后，就会创建一个Looper与这个Thread关联。
Handler、Looper、MessageQueue、Message之间的关系：一个Thread持有一个Looper，一个Looper持有一个MessageQueue和多个与之关联的Handler，一个Handler持有一个Looper，一个MessageQueue维护Message单项链表。
1.3 Handler工作机制
用一张图来描述Handler的工作机制
简单描述上图：使用Handler发送消息到MessageQueue，Looper不断轮询MessageQueue中消息，分发消息到Handler中处理。
Looper的loop()源码：
// Looper.java
public static void loop() {
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 (;;) {
// 堵塞调用，从MessageQueue中获取消息
Message msg = queue.next(); // might block
if (msg == null) {
// No message indicates that the message queue is quitting.
return;
}
// ...
// 消息的分发及处理
msg.target.dispatchMessage(msg);
// ...
}
}Looper不断从MessageQueue中轮询到消息后，分发给Handler处理。
// 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);
}
}分发消息Message处理的顺序：
- 如果Message中设置了callback (Runnable)，执行回调后直接返回
- 如果Handler设置了mCallback (Callback)，执行回调；如果处理结果返回true，直接返回，否则执行Handler的handleMessage方法
- 如果Message和Handler都没有设置callback，执行Handler的handleMessage方法
总结：如果想拦截Handler中callback或者Handler中handleMessage方法，可以给Message设置callback，这样Handler中Message处理就不会被执行。
接下来分析关键的MessageQueue中的next()：
Message next() {
// ...
int nextPollTimeoutMillis = 0;
for (;;) {
// 阻塞在native层
nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);
synchronized (this) {
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) {
// msg定义的when还没有到，让native继续等nextPollTimeoutMillis时长
nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE);
} else {
// 有到点的msg，返回给Looper的loop处理
mBlocked = false;
if (prevMsg != null) {
prevMsg.next = msg.next;
} else {
mMessages = msg.next;
}
msg.next = null;
return msg;
}
} else {
// 没有消息，在native层阻塞
nextPollTimeoutMillis = -1;
}
// 如果调用了quit()，Looper的loop()就会退出无限循环
if (mQuitting) {
dispose();
return null;
}
}
// ...
// 当在处理idle handler的时，可以发送一个新的Message
// nextPollTimeoutMillis设置为0，立即查询挂起的消息，无需等待
nextPollTimeoutMillis = 0;
}
}
1.4 源码分析后的问题思考
1、 Looper.loop() 死循环为什么不会导致应用卡死？
这里就涉及到 Linux pipe/epoll机制，简单说就是在主线程的 MessageQueue 没有消息时，便阻塞在 loop 的 queue.next() 中的 nativePollOnce() 方法里，此时主线程会释放 CPU 资源进入休眠状态，直到下个消息到达或者有事务发生，通过往 pipe 管道写端写入数据来唤醒主线程工作。这里采用的 epoll 机制，是一种IO多路复用机制，可以同时监控多个描述符，当某个描述符就绪(读或写就绪)，则立刻通知相应程序进行读或写操作，本质同步I/O，即读写是阻塞的。 所以说，主线程大多数时候都是处于休眠状态，并不会消耗大量CPU资源。
2.Handler的使用细节
2.1 子线程更新UI的方法
1、直接在main线程创建Handler，那么Looper就会与main线程绑定，子线程就可以通过该Handler更新UI
// 使用方式
private static Handler mHandler = new Handler() {
@Override
public void handleMessage(@NonNull Message msg) {
super.handleMessage(msg);
}
};2、用Activity的runOnUiThread方法，判断调用线程是否是main线程，如果不是，使用Handler发送到main线程。原理也是使用Handler机制
// Activity.java源码
final Handler mHandler = new Handler();
public final void runOnUiThread(Runnable action) {
if (Thread.currentThread() != mUiThread) {
mHandler.post(action);
} else {
action.run();
}
}3、创建Handler时，在Handler构造方法中传入main Looper。可以在子线程创建该Handler，然后更新UI。
// 使用方式
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
Handler handler = new Handler(Looper.getMainLooper());
handler.post(new Runnable() {
@Override
public void run() {
// TODO 更新UI
Log.d(TAG, "run: "+Thread.currentThread().getName());
// run: main
}
});
}
}).start();4、View.post(Runnable action)，先看下源码API 29：
// View.java源码
public boolean post(Runnable action) {
final AttachInfo attachInfo = mAttachInfo;
if (attachInfo != null) {
return attachInfo.mHandler.post(action);
}
// Postpone the runnable until we know on which thread it needs to run.
// Assume that the runnable will be successfully placed after attach.
getRunQueue().post(action);
return true;
}
private HandlerActionQueue getRunQueue() {
if (mRunQueue == null) {
mRunQueue = new HandlerActionQueue();
}
return mRunQueue;
}在来看下HandlerActionQueue的源码：
// HandlerActionQueue.java源码
private HandlerAction[] mActions;
private int mCount;
public void post(Runnable action) {
postDelayed(action, 0);
}
public void postDelayed(Runnable action, long delayMillis) {
final HandlerAction handlerAction = new HandlerAction(action, delayMillis);
synchronized (this) {
if (mActions == null) {
mActions = new HandlerAction[4];
}
mActions = GrowingArrayUtils.append(mActions, mCount, handlerAction);
mCount++;
}
}
// 关键：executeActions调用时机不同，可能导致不会被执行
public void executeActions(Handler handler) {
synchronized (this) {
final HandlerAction[] actions = mActions;
for (int i = 0, count = mCount; i < count; i++) {
final HandlerAction handlerAction = actions[i];
handler.postDelayed(handlerAction.action, handlerAction.delay);
}
mActions = null;
mCount = 0;
}
}这种方式有不靠谱的地方，区别在于API 24（Android7.0）以上，可能post()的Runnable，永远不能运行。
根本原因在于，API 24（Android7.0）以上 executeActions() 方法的调用时机不同，导致 View 在没有 mAttachInfo 对象的时候，表现不一样了。而executeActions()执行只会在View.dispatchAttachedToWindow()方法中调用
如果你只是通过 new 或者使用 LayoutInflater 创建了一个 View ，而没有将它通过 addView() 加入到 布局视图中去，你通过这个 View.post() 出去的 Runnable ，将永远不会被执行到。
举一个例子说明问题：
private ViewGroup mRootLayout;
private Handler handler = new Handler(Looper.getMainLooper());
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
mRootLayout = findViewById(R.id.rootLayout);
final View view = new View(this);
Log.e("View.post()>>>>", "当前设备的SDK的版本：" + Build.VERSION.SDK_INT);
view.post(new Runnable() {
@Override
public void run() {
Log.e("View.post()>>>>", "直接new一个View，然后post的Runnable被执行了");
}
});
handler.postDelayed(new Runnable() {
@Override
public void run() {
Log.e("View.post()>>>>", "delay addView被执行了");
mRootLayout.addView(view);
}
}, 1000);
}
}在API 24（Android7.0）以下运行结果。从执行结果中的时间可以看出，new出来的View，post的Runnable立即被执行了。
11-04 14:40:20.614 View.post()>>>>: 当前设备的SDK的版本：19
11-04 14:40:20.664 View.post()>>>>: 直接new一个View，然后post的Runnable被执行了
11-04 14:40:22.614 View.post()>>>>: delay addView被执行了而在API 24（Android7.0）以上（包括7.0）运行的结果。从执行时间上可以看出，post的Runnable没有立即被执行，而是addView后才被执行。
2019-11-04 14:44:36.240 View.post()>>>>: 当前设备的SDK的版本：28
2019-11-04 14:44:38.243 View.post()>>>>: delay addView被执行了
2019-11-04 14:44:38.262 View.post()>>>>: 直接new一个View，然后post的Runnable被执行了2.2 sendMessage发送消息
通过Handler可以发送的Message的方法如下：
public final boolean sendEmptyMessage(int what)
public final boolean sendEmptyMessageDelayed(int what, long delayMillis)
public final boolean sendEmptyMessageAtTime(int what, long uptimeMillis)
public final boolean sendMessage(@NonNull Message msg)
public final boolean sendMessageDelayed(@NonNull Message msg, long delayMillis)
public boolean sendMessageAtTime(@NonNull Message msg, long uptimeMillis)
public final boolean sendMessageAtFrontOfQueue(@NonNull Message msg)
public final boolean post(@NonNull Runnable r)
public final boolean postAtTime(@NonNull Runnable r, long uptimeMillis)
public final boolean postDelayed(@NonNull Runnable r, long delayMillis)
public final boolean postAtFrontOfQueue(@NonNull Runnable r)这些方法最终调用的是enqueueMessage方法
// Handler.java源码
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);
}Handler源码分析到这了，但是它的精髓远远不止这些，还有很多不为人知的秘密，需要我们去探索。
下一篇：Handler扩展知识探索～～～
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