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在android开发中#xff0c;经常会在子线程中进行一些耗时操作#xff0c;当操作完毕后会通过handler发送一些数据给主线程#xff0c;通知主线程做相应的操作。 其中#xff1a;子线程、handler、主线程#xff0c;其实构成了线程模型中经典的…Handler生产者-消费者模型
在android开发中经常会在子线程中进行一些耗时操作当操作完毕后会通过handler发送一些数据给主线程通知主线程做相应的操作。 其中子线程、handler、主线程其实构成了线程模型中经典的生产者-消费者模型。
生产者-消费者模型生产者和消费者在同一时间段内共用同一个存储空间生产者往存储空间中添加数据消费者从存储空间中取走数据。 这么设计有什么好处呢
保证数据生产消费的顺序通过MessageQueue,先进先出 - 不管是生产者(子线程)还是消费者主线程都只依赖缓冲区handler生产者消费者之间不会相互持有使他们之间没有任何耦合 。
Handler是Android消息管理机制屏幕触摸事件、生命周期事件等都是封装成message发送到handler进行处理。通过源码我们进一步分析Handler的机制。
Handler机制
Hanlder发送和接收消息
Looper用于轮询消息队列一个线程只能有一个Looper
Message 消息实体
MessageQueue 消息队列用于存储消息和管理消息 。
创建Looper 创建 Looper 的方法是调用 Looper.prepare() 方法在 ActivityThread 中的 main 方法中为我们创建了 prepare。 public static void main(String[] args) {Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, ActivityThreadMain);//其他代码省略...Looper.prepareMainLooper(); //初始化Looper以及MessageQueueActivityThread thread new ActivityThread();thread.attach(false);if (sMainThreadHandler null) {sMainThreadHandler thread.getHandler();}if (false) {Looper.myLooper().setMessageLogging(newLogPrinter(Log.DEBUG, ActivityThread));}// End of event ActivityThreadMain.Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);Looper.loop(); //开始轮循操作throw new RuntimeException(Main thread loop unexpectedly exited);
} Looper.prepareMainLooper();
public static void prepareMainLooper() {prepare(false);//消息队列不可以quitsynchronized (Looper.class) {if (sMainLooper ! null) {throw new IllegalStateException(The main Looper has already beenprepared.);}sMainLooper myLooper();}
}
prepare有两个重载的方法主要看 prepare(boolean quitAllowed) quitAllowed的作用是在创建MessageQueue时标识消息队列是否可以销毁 主线程不可被销毁 下面有介绍。
public static void prepare() {prepare(true);//消息队列可以quit
}
//quitAllowed 主要
private static void prepare(boolean quitAllowed) {if (sThreadLocal.get() ! null) {//不为空表示当前线程已经创建了Looperthrow new RuntimeException(Only one Looper may be created per thread);//每个线程只能创建一个Looper}sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));//创建Looper并设置给sThreadLocal这样get的时候就不会为null了
}
创建MessageQueue以及Looper与当前线程的绑定
private Looper(boolean quitAllowed) {mQueue new MessageQueue(quitAllowed);//创建了MessageQueuemThread Thread.currentThread(); //当前线程的绑定
}
MessageQueue的构造方法
MessageQueue(boolean quitAllowed) {//mQuitAllowed决定队列是否可以销毁 主线程的队列不可以被销毁需要传入false, 在MessageQueue的quit()方法就不贴源码了mQuitAllowed quitAllowed;mPtr nativeInit();
} Looper.loop()
同时是在main方法中 Looper.prepareMainLooper() 后Looper.loop(); 开始轮询
public static void loop() {final Looper me myLooper();//里面调用了sThreadLocal.get()获得刚才创建的Looper对象if (me null) {throw new RuntimeException(No Looper; Looper.prepare() wasnt called on thisthread.);}//如果Looper为空则会抛出异常final MessageQueue queue me.mQueue;// Make sure the identity of this thread is that of the local process,// and keep track of what that identity token actually is.Binder.clearCallingIdentity();final long ident Binder.clearCallingIdentity();for (;;) {//这是一个死循环从消息队列不断的取消息Message msg queue.next(); // might blockif (msg null) {//由于刚创建MessageQueue就开始轮询队列里是没有消息的,等到Handler sendMessageenqueueMessage后//队列里才有消息// No message indicates that the message queue is quitting.return;}// This must be in a local variable, in case a UI event sets the loggerPrinter logging me.mLogging;if (logging ! null) {logging.println( Dispatching to msg.target msg.callback : msg.what);}msg.target.dispatchMessage(msg);//msg.target就是绑定的Handler详见后面Message的部分Handler开始//后面代码省略.....msg.recycleUnchecked();}
}Handler handlernew Handler(){Overridepublic void handleMessage(Message msg) {super.handleMessage(msg);}
};public Handler(Callback callback, boolean async) {//前面省略mLooper Looper.myLooper();//获取Looper**注意不是创建Looper**if (mLooper null) {throw new RuntimeException(Cant create handler inside thread that has not called Looper.prepare());}mQueue mLooper.mQueue;//创建消息队列MessageQueuemCallback callback; //初始化了回调接口mAsynchronous async;
}
创建Handler
Handler handlernew Handler(){Overridepublic void handleMessage(Message msg) {super.handleMessage(msg);}
};
在内部调用 this(null, false); public Handler(Callback callback, boolean async) {//前面省略mLooper Looper.myLooper();//获取Looper**注意不是创建Looper**if (mLooper null) {throw new RuntimeException(Cant create handler inside thread that has not called Looper.prepare());}mQueue mLooper.mQueue;//创建消息队列MessageQueuemCallback callback; //初始化了回调接口mAsynchronous async;
} Looper.myLooper() //这是Handler中定义的ThreadLocal ThreadLocal主要解多线程并发的问题
// sThreadLocal.get() will return null unless youve called prepare().
static final ThreadLocalLooper sThreadLocal new ThreadLocalLooper();public static Nullable Looper myLooper() {return sThreadLocal.get();
} sThreadLocal.get() will return null unless you’ve called prepare(). 这句话告诉我们get可能返回null 除非先调用 prepare()方法创建Looper。 创建Message 可以直接new Message 但是有更好的方式 Message.obtain。因为可以检查是否有可以复用的Message,用过复用避免过多的创建、销毁Message对象达到优化内存和性能的目地。 public static Message obtain(Handler h) {Message m obtain();//调用重载的obtain方法m.target h;//并绑定的创建Message对象的handlerreturn m;
}public static Message obtain() {synchronized (sPoolSync) {//sPoolSync是一个Object对象用来同步保证线程安全if (sPool ! null) {//sPool是就是handler dispatchMessage 后 通过recycleUnchecked回收用以复用的MessageMessage m sPool;sPool m.next;m.next null;m.flags 0; // clear in-use flagsPoolSize--;return m;}}return new Message();
} Message和Handler的绑定 创建Message的时候可以通过 Message.obtain(Handler h) 这个构造方法绑定。当然可以在 在Handler 中的enqueueMessage也绑定了所有发送Message的方法都会调用此方法入队所以在创建Message的时候是可以不绑定的。 private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {msg.target this; //绑定if (mAsynchronous) {msg.setAsynchronous(true);}return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
} Handler发送消息 Handler发送消息的重载方法很多但是主要只有2种。 sendMessage(Message) sendMessage方法通过一系列重载方法的调用sendMessage调用sendMessageDelayed继续调用sendMessageAtTime继续调用enqueueMessage继续调用messageQueue的enqueueMessage方法将消息保存在了消息队列中而最终由Looper取出交给Handler的dispatchMessage进行处理 我们可以看到在dispatchMessage方法中message中callback是一个Runnable对象如果callback不为空则直接调用callback的run方法否则判断mCallback是否为空mCallback在Handler构造方法中初始化在主线程通直接通过无参的构造方法new出来的为null,所以会直接执行后面的handleMessage()方法。 public void dispatchMessage(Message msg) {if (msg.callback ! null) {//callback在message的构造方法中初始化或者使用handler.post(Runnable)时候才不为空handleCallback(msg);} else {if (mCallback ! null) {//mCallback是一个Callback对象通过无参的构造方法创建出来的handler该属性为null此段不执行if (mCallback.handleMessage(msg)) {return;}}handleMessage(msg);//最终执行handleMessage方法}
}private static void handleCallback(Message message) {message.callback.run();
} Handler处理消息 在handleMessage(Message)方法中我们可以拿到message对象根据不同的需求进行处理整个Handler机制的流程就结束了。
总结
handler.sendMessage 发送消息到消息队列MessageQueue然后looper调用自己的loop()函数带动MessageQueue从而轮询messageQueue里面的每个Message当Message达到了可以执行的时间的时候开始执行执行后就会调用message绑定的Handler来处理消息。
大致的过程如下图所示 handler机制就是一个传送带的运转机制。
1MessageQueue就像履带。
2Thread就像背后的动力就是我们通信都是基于线程而来的。
3传送带的滚动需要一个开关给电机通电那么就相当于我们的loop函数而这个loop里面的for循环就会带着不断的滚动去轮询messageQueue。
4Message就是我们的货物了。
Handler线程同步问题
Handler是用于线程间通信的但是它产生的根本并不只是用于UI处理而更多的是handler是整个app通信的框架大家可以在ActivityThread里面感受到整个App都是用它来进行线程间的协调。Handler既然这么重要那么它的线程安全就至关重要了那么它是如何保证自己的线程安全呢
Handler机制里面最主要的类MessageQueue这个类就是所有消息的存储仓库在这个仓库中我们如何的管理好消息这个就是一个关键点了。消息管理就2点1消息入库enqueueMessage2消息出库next所以这两个接口是确保线程安全的主要档口。
enqueueMessage 源码
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.);}// 锁开始的地方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 dont 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.nextprev.next msg;}// We can assume mPtr ! 0 because mQuitting is false.if (needWake) {nativeWake(mPtr);}}
//锁结束的地方
synchronized锁是一个内置锁也就是由系统控制锁的lock unlock时机的。这个锁说明的是对所有调用同一个MessageQueue对象的线程来说他们都是互斥的然而在我们的Handler里面一个线程是对应着一个唯一的Looper对象而Looper中又只有一个唯一的MessageQueue这个在上文中也有介绍。所以我们主线程就只有一个MessageQueue对象也就是说所有的子线程向主线程发送消息的时候主线程一次都只会处理一个消息其他的都需要等待那么这个时候消息队列就不会出现混乱。
next函数 源码
Message next() {....for (;;) {....nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);synchronized (this) {// Try to retrieve the next message. Return if found....return msg;}} else {// No more messages.nextPollTimeoutMillis -1;}...}//synchronized 结束之处// 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 handlerboolean 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;}
}
next函数很多同学会有疑问我从线程里面取消息而且每次都是队列的头部取那么它加锁是不是没有意义呢
答案是否定的我们必须要在next里面加锁因为这样由于synchronizedthis作用范围是所有 this正在访问的代码块都会有保护作用也就是它可以保证 next函数和 enqueueMessage函数能够实现互斥。这样才能真正的保证多线程访问的时候messagequeue的有序进行。
Handler消息机制--同步屏障
同步屏障view绘制中使用同步屏障的概念在Android开发中非常容易被人忽略因为这个概念在我们普通的开发中太少见了很容易被忽略。
大家经过上面的学习应该知道线程的消息都是放到同一个MessageQueue里面取消息的时候是互斥取消息而且只能从头部取消息而添加消息是按照消息的执行的先后顺序进行的排序那么问题来了同一个时间范围内的消息如果它是需要立刻执行的那我们怎么办按照常规的办法我们需要等到队列轮询到我自己的时候才能执行哦那岂不是黄花菜都凉了。所以我们需要给紧急需要执行的消息一个绿色通道这个绿色通道就是同步屏障的概念。
同步屏障是什么
屏障的意思即为阻碍顾名思义同步屏障就是阻碍同步消息只让异步消息通过。如何开启同步屏障呢使用MessageQueue#postSyncBarrier()
public int postSyncBarrier() {return postSyncBarrier(SystemClock.uptimeMillis());
}private int postSyncBarrier(long when) {// Enqueue a new sync barrier tokensynchronized (this) {final int token mNextBarrierToken;//从消息池中获取Messagefinal Message msg Message.obtain();msg.markInUse();//就是这里初始化Message对象的时候并没有给target赋值因此 targetnullmsg.when when;msg.arg1 token;Message prev null;Message p mMessages;if (when ! 0) {while (p ! null p.when when) {//如果开启同步屏障的时间假设记为TT不为0且当前的同步消息里有时间小于T则prev也不为nullprev p;p p.next;}}//根据prev是不是为null将 msg 按照时间顺序插入到 消息队列链表的合适位置if (prev ! null) { // invariant: p prev.nextmsg.next p;prev.next msg;} else {msg.next p;mMessages msg;}return token;}
}
可以看到Message 对象初始化的时候并没有给 target 赋值因此 target null 的 来源就找到了。上面消息的插入也做了相应的注释。这样一条 target null 的消息就进入了消息队列。
同步屏障总结
1messageQueue.postSyncBarrier(),发送一个message.target null消息开启同步屏障 2随后发送一个异步消息massage.setAsynchronous(true)到messageQueue 3messageQueue会优先处理异步消息 4异步消息处理完调用MessageQueue.removeSyncBarrier移除屏障消息。
那么开启同步屏障后所谓的异步消息又是如何被处理的呢
如果对消息机制有所了解的话应该知道消息的最终处理是在消息轮询器 Looper#loop() 中而 loop() 循环中会调用 MessageQueue#next() 从消息队列中进行取消息。 .....//省略一些代码int pendingIdleHandlerCount -1; // -1 only during first iteration// 1.如果nextPollTimeoutMillis-1一直阻塞不会超时。// 2.如果nextPollTimeoutMillis0不会阻塞立即返回。// 3.如果nextPollTimeoutMillis0最长阻塞nextPollTimeoutMillis毫秒(超时)// 如果期间有程序唤醒会立即返回。int nextPollTimeoutMillis 0;//next()也是一个无限循环for (;;) {if (nextPollTimeoutMillis ! 0) {Binder.flushPendingCommands();}nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);synchronized (this) {//获取系统开机到现在的时间final long now SystemClock.uptimeMillis();Message prevMsg null;Message msg mMessages; //当前链表的头结点//关键//如果targetnull那么它就是屏障需要循环遍历一直往后找到第一个异步的消息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) {//如果有消息需要处理先判断时间有没有到如果没到的话设置一下阻塞时间//场景如常用的postDelayif (now msg.when) {//计算出离执行时间还有多久赋值给nextPollTimeoutMillis//表示nativePollOnce方法要等待nextPollTimeoutMillis时长后返回nextPollTimeoutMillis (int) Math.min(msg.when - now,Integer.MAX_VALUE);} else {// 获取到消息mBlocked false;//链表操作获取msg并且删除该节点if (prevMsg ! null)prevMsg.next msg.next;} else {mMessages msg.next;}msg.next null;msg.markInUse();//返回拿到的消息return msg;}} else {//没有消息nextPollTimeoutMillis复位nextPollTimeoutMillis -1;}.....//省略
}
从上面可以看出当消息队列开启同步屏障的时候即标识为 msg.target null 消息机制在处理消息的时候优先处理异步消息。这样同步屏障就起到了一种过滤和优先级的作用。
下面用示意图简单说明 如上图所示在消息队列中有同步消息和异步消息黄色部分以及一道墙----同步屏障红色部分。有了同步屏障的存在msg_2 和 msg_M 这两个异步消息可以被优先处理而后面的 msg_3 等同步消息则不会被处理。那么这些同步消息什么时候可以被处理呢那就需要先移除这个同步屏障即调用 removeSyncBarrier() 。
同步消息的应用场景
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。
比如在 View 更新时draw、requestLayout、invalidate 等很多地方都调用了ViewRootImpl#scheduleTraversals() 如下
void scheduleTraversals() {if (!mTraversalScheduled) {mTraversalScheduled true;//开启同步屏障mTraversalBarrier mHandler.getLooper().getQueue().postSyncBarrier();//发送异步消息mChoreographer.postCallback(Choreographer.CALLBACK_TRAVERSAL, mTraversalRunnable, null);if (!mUnbufferedInputDispatch) {scheduleConsumeBatchedInput();}notifyRendererOfFramePending();pokeDrawLockIfNeeded();}
}
postCallback() 最终走到了 ChoreographerpostCallbackDelayedInternal()
private void postCallbackDelayedInternal(int callbackType,Object action, Object token, long delayMillis) {if (DEBUG_FRAMES) {Log.d(TAG, PostCallback: type callbackType- , action action ,token token delayMillis);}synchronized (mLock) {final long now SystemClock.uptimeMillis();final long dueTime now delayMillis;mCallbackQueues[callbackType].addCallbackLocked(dueTime, action, token);if (dueTime now) {scheduleFrameLocked(now);} else {Message msg mHandler.obtainMessage(MSG_DO_SCHEDULE_CALLBACK, action);msg.arg1 callbackType;msg.setAsynchronous(true); //异步消息mHandler.sendMessageAtTime(msg, dueTime);}}
}
这里就开启了同步屏障并发送异步消息由于 UI 更新相关的消息是优先级最高的这样系统就会优先处理这些异步消息。最后当要移除同步屏障的时候需要调用 ViewRootImpl#unscheduleTraversals() 。
void unscheduleTraversals() {if (mTraversalScheduled) {mTraversalScheduled false;//移除同步屏障mHandler.getLooper().getQueue().removeSyncBarrier(mTraversalBarrier);mChoreographer.removeCallbacks(Choreographer.CALLBACK_TRAVERSAL, mTraversalRunnable, null);}
}
小结
同步屏障的设置可以方便地处理那些优先级较高的异步消息。当我们调用 Handler.getLooper().getQueue().postSyncBarrier() 并设置消息的 setAsynchronous(true) 时target 即为 null 也就开启了同步屏障。当在消息轮询器 Looper 在 loop() 中循环处理消息时如若开启了同步屏障会优先处理其中的异步消息而阻碍同步消息。
