寫在前面
上一次寫完Binder學習筆記之后，再去看一遍Activity的啟動流程，因為了解了Binder的基本原理，這次看印象會更深一點，學習效果也比以前好很多。本來打算直接來寫Activity的啟動流程的，但總覺得Handler也需要寫一下，知道Handler和Binder的原理后，再去看Activity的啟動流程，應該也沒什么問題了。雖然網上已經有很多Handler相關的文章了，而且Handler機制的上層原理也并不難，還是決定寫一下，因為我想構建自己的知識體系。也希望給看我博客的朋友們一個無縫銜接的閱讀體驗。
Handler機制涉及到的類主要有Handler、Message、Looper、MessageQueue、ThreadLocal等。雖然我們最熟悉的是Handler和Message這兩個類，但是在我們開始可以使用Handler之前，Looper是為我們做了一些事情的。
本文的源碼是基于android-28的
Looper
在使用Handler之前，我們必須得初始化Looper，并讓Looper跑起來。
Looper.prepare();...Looper.loop();
執行上面兩條語句之后，Looper就可以跑起來了。先來看看對應的源碼：
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));}private Looper(boolean quitAllowed) { mQueue = new MessageQueue(quitAllowed); mThread = Thread.currentThread();}必須保證一個線程中有且只有一個Looper對象，所以在初始化Looper的時候，會檢查當前線程有沒有Looper對象。Looper的初始化會創建一個MessageQueue。創建完Looper后會放到ThreadLocal中去，關于ThreadLocal，后面會說到。
public static void loop() { // 判斷當前線程有沒有初始化Looper 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 if (msg == null) { // No message indicates that the message queue is quitting. return; } ... final long traceTag = me.mTraceTag; if (traceTag != 0 && Trace.isTagEnabled(traceTag)) { Trace.traceBegin(traceTag, msg.target.getTraceName(msg)); } try { // target指的是Handler msg.target.dispatchMessage(msg); } finally { if (traceTag != 0) { Trace.traceEnd(traceTag); } } ... msg.recycleUnchecked(); }}方法比較長，所以只把最核心的代碼放了出來。省略掉的代碼中有一個比較有意思的：我們可以指定一個閾值比如說200，當Message的處理超過200ms時，就會輸出Log。這可以在開發中幫助我們發現一些潛在的性能問題。可惜的是，設置閾值的方法是隱藏的，無法直接調用，所以這里就不放出代碼了，感興趣的朋友自己翻一下源碼吧。
簡化后的代碼可以看出邏輯十分簡單，可以說Looper在當中扮演著搬磚工的角色，從MessageQueue中取出Message，然后交給Handler去分發，再去MessageQueue中取出Message...無窮無盡，就像愚公移山一樣。
看到這里，應該多多少少會覺得有點不對勁，因為這里是一個死循環，按道理來說會一直占著CPU資源的，并且消息也總有處理完的時候，難道處理完就從消息隊列返回Null，然后Looper結束嗎？顯然不是，注意看注釋might block。
MessageQueue
答案就在MessageQueue里面，直接來看一下next():
Message next() { ... int pendingIdleHandlerCount = -1; // -1 only during first iteration int nextPollTimeoutMillis = 0; 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; 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; }}代碼有點長，這次不打算省略掉一些了，因為這里面還有一個小彩蛋。
方法中最重要的應該就是這一行了
nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);
簡單來說，當nextPollTimeoutMillis == -1時，掛起當前線程，釋放CPU資源，當nextPollTimeoutMillis >= 0時會延時指定的時間激活一次線程，讓代碼繼續執行下去。這里涉及到了底層的pipe管道和epoll機制，就不再講下去了（其實是因為講不下去了）。這也就可以回答上面的問題了，當沒有消息的時候只需要讓線程掛起就行了，這樣可以保證不占用CPU資源的同時保住Looper的死循環。
然后我們來看消息是如何取出來的。MessageQueue中有一個Message，Message類中又有一個Message成員next，可以看出Message是一個單鏈表結構。消息的順序是根據時間先后順序排列的。一般來說，我們要取的Message就是第一個（這里先不考慮異步消息，關于異步消息以后會講到的，又成功給自己挖了一個坑哈哈），如果當前時間大于等于Message中指定的時間，那么將消息取出來，返回給Looper。由于此時nextPollTimeoutMillis的值為0，所以當前面的消息處理完之后，Looper就又來取消息了。
如果當前的時間小于Message中指定的時間，那么設置nextPollTimeoutMillis值以便下次喚醒。還有另外一種當前已經沒有消息了，nextPollTimeoutMillis會被設置為-1，也就是掛起線程。別急，還沒那么快呢，接著往下看。
緊接著的邏輯是判斷當前有沒有IdleHandler，沒有的話就continue，該掛起就掛起，該延時就延時，有IdleHandler的話會執行它的queueIdle()方法。這個IdleHandler是干什么的呢？從名字應該也能猜出個一二來，這里就不再展開講了。關于它的一些妙用可以看我之前寫的Android 啟動優化之延時加載。執行完queueIdle()方法后，會將nextPollTimeoutMillis置為0，重新看一下消息隊列中有沒有新的消息。
Handler
上面將取消息的流程都講清楚了，萬事俱備，就差往消息隊列中添加消息了，該我們最熟悉的Handler出場了。Handler往隊列中添加消息，主要有兩種方式：
Handler.sendXXX();Handler.postXXX();
第一種主要是發送Message，第二種是Runnable。無論是哪種方式，最終都會進入到MessageQueue的enqueueMessage()方法。
boolean enqueueMessage(Message msg, long when) { ... synchronized (this) { ... 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;}一般情況下，我們通過Handler發送消息的時候，會通過SystemClock.uptimeMillis()獲取一個開機時間，然后MessageQueue就會根據這個時間來對Message進行排序。所以enqueueMessage()方法中就分了兩種情況，一種是直接可以在隊頭插入的。一種是排在中間，需要遍歷一下，然后尋一個合適的坑插入。when == 0對應的是Handler的sendMessageAtFrontOfQueue()和postAtFrontOfQueue()方法。needWake的作用是根據情況喚醒Looper線程。
上面有一點還沒有講，就是Looper從MessageQueue中取出Message后，會交由Handler進行消息的分發。
public void dispatchMessage(Message msg) { if (msg.callback != null) { handleCallback(msg); } else { if (mCallback != null) { if (mCallback.handleMessage(msg)) { return; } } handleMessage(msg); }}優先級順序是Message自帶的callback，接著是Handler自帶的callback，最后才是handleMessage()這個回調。
ThreadLocal
還記得Looper中有一個ThreadLocal吧，把它放到最后來講是因為它可以單獨拿出來講，不想在上面干擾到整個流程。
ThreadLocal是一個數據存儲類，它最神奇的地方就是明明是同一個ThreadLocal對象，但是在不同線程中可以存儲不同的對象，比如說在線程A中存儲了"Hello"，而在線程B中存儲了"World"。它們之間互相不干擾。
在Handler機制中，由于一個Looper對應著一個線程，所以將Looper存進ThreadLocal最合適不過了。
ThreadLocal比價常用的就set()和get()方法。分別來看看怎么實現的吧。
public void set(T value) { Thread t = Thread.currentThread(); ThreadLocalMap map = getMap(t); if (map != null) map.set(this, value); else createMap(t, value);}首先是去獲取ThreadLocalMap，找得到的話直接設置值，找不到就創建一個。
ThreadLocalMap getMap(Thread t) { return t.threadLocals;} 看到這里，大概也能明白了。每個線程Thread中有一個ThreadLocalMap對象。通過ThreadLocal.set()方法，實際上是去獲取當前線程中的ThreadLocalMap，線程不同，獲取到的ThreadLocalMap自然也不同。
再來看看這個ThreadLocalMap是什么來頭。看類的注釋中有這么一句話：
ThreadLocalMap is a customized hash map suitable only for maintaining thread local values.
從注釋中可以知道這就是一個定制的HashMap，并且它的Entry類指定了Key只能為ThreadLocal類型的。所以直接將它看成是一個HashMap就好了。
get()方法也好理解，就是從Map中取出值而已。大概看一下就好了。
public T get() { Thread t = Thread.currentThread(); ThreadLocalMap map = getMap(t); if (map != null) { ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this); if (e != null) { @SuppressWarnings("unchecked") T result = (T)e.value; return result; } } return setInitialValue();}寫在最后
雖然在開始寫之前，覺得Handler機制比較簡單，好像沒啥必要寫，但真正要寫起來的時候還是得去深入了解代碼的細節，然后才發現有些地方以前理解得也不夠好。能理解和能寫出來讓別人理解，其實是不同的層次了。
好了，以上就是這篇文章的全部內容了，希望本文的內容對大家的學習或者工作具有一定的參考學習價值，如果有疑問大家可以留言交流，謝謝大家對VEVB武林網的支持。
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