Handle 源码分析与学习

冷不防 2022-11-03 11:05 83阅读 0赞

# 前言 #

`Android`基于`JVM`部分规范定制了自己的`Davik`和`Art`虚拟机，`Android`会调用`ActivityThread`的`main`开始一个`app`的启动.  
大多数`UI`应用为了避免内存共享导致的多线程问题，都采用了消息队列维护一个Main线程进行单独控制视图，如`win32`,`Android`,`Java Swing`.

在`ActivityThread.main` 便存在一个消息循环的初始化。

class ActivityThread{
        
     	
    	public static void main(String[] args) {
        
    		//构造一个主线程对应的Looper实例，存放在Looper.sMainLooper中
    	 	Looper.prepareMainLooper();
    	 	//...
    	 	//创建一个Handler对象实例
    	 	 if (sMainThreadHandler == null) {
        
                sMainThreadHandler = thread.getHandler();
            }
            //开启事件循环
            Looper.loop();
    	}
    	//handler实例
    	 final H mH = new H();
    	 final Handler getHandler() {
        
            return mH;
        }
        static volatile Handler sMainThreadHandler;
    }

# Looper分析1 #

为避免一次性分析所有代码所带来的烦恼这chapter只解析部分

`Looper.prepareMainLooper`分析

class Looper{
        
     	//用于存放线程对应Looper实例
      static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();
    
    	 @Deprecated
        public static void prepareMainLooper() {
        
            //构造了一个main线程实例
            prepare(false);
            synchronized (Looper.class) {
        
            	//保存mainLooper实例
                sMainLooper = myLooper();
            }
        }
      //获取当前线程对应的Looper实例  	
      public static @Nullable Looper myLooper() {
        
            return sThreadLocal.get();
        }
    
       public static void prepare() {
        
            prepare(true);
        }
        
        //构造lopper实例放入一个ThteadLocal中
        private static void prepare(boolean quitAllowed) {
        
            sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));
        }
        //构造一个消息队列
    	 private Looper(boolean quitAllowed) {
        
            mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
            mThread = Thread.currentThread();
        }
    }

从上面我们可以得到`Looper.prepare`构造对应调用线程的`Looper`实例,然后将实例放入  
一个`ThreadLocal`中。

`Looper.loop`分析

class Looper{
        
    	 public static void loop() {
        
          	//得到当前线程对应实例
            final Looper me = myLooper();
           
    		//得到Looper对应MessageQueue
            final MessageQueue queue = me.mQueue;
    
            boolean slowDeliveryDetected = false;
    
            for (;;) {
        
            	//取出消息队列
                Message msg = queue.next(); // might block
                //没有消息那么就退出死循环
                if (msg == null) {
        
                    return;
                }
    
                // Looper中你可以自定义一个日志器实例，然后你就可以统计
                //主线程是否耗时了哦
                final Printer logging = me.mLogging;
                if (logging != null) {
        
                    logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " 
                            msg.callback + ": " + msg.what);
                }
    			  //分配消息给回调
               	  msg.target.dispatchMessage(msg);
                    if (observer != null) {
        
                        observer.messageDispatched(token, msg);
                    }
    
                 //可以自定义一个日志打印
                if (logging != null) {
        
                    logging.println("<<<<< Finished to " + msg.target + " " + msg.callback);
                }
    
            }
        }
    
    }

我们可以大概知道`looper`的`loop`函数会从`MessageQueue`不断取出`Message`对象,然后进行分发.

一个可以用于统计主线程耗时的技巧

class MainActivity : AppCompatActivity() {
        
        class MyPrinter : Printer {
        
            var startTime = System.currentTimeMillis()
            override fun println(x: String) {
        
                //事件分发处理函数开始
                if (x.contains(">>>>> Dispatching to")) {
        
                    startTime = System.currentTimeMillis()
                }
                //事件分发处理函数开始
                if (x.contains("<<<<< Finished to ")) {
        
                    val endTime = System.currentTimeMillis()
                    //某次主线程处理耗时为duration ms
                    val duration = endTime - startTime    
                }
            }
        }
    
        override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        
            super.onCreate(savedInstanceState)
            val binding = ActivityMainBinding.inflate(layoutInflater)
            setContentView(binding.root)
            //得到主线程的Looper然后挂载自己的打印
            var myLooper = Looper.getMainLooper();
            myLooper.setMessageLogging(MyPrinter())
        }
    }

# MessageQueue 分析1 #

从上面的我得知`Looper`会不断调用`MessageQueue`的`next`

class MessageQueue{
        
    
    	//一个用于标识状态的类，这个标志位被native代码所使用，
    	//所以java
    	private long mPtr; // used by native code
    	
        Message next() {
        
            // Return here if the message loop has already quit and been disposed.
          	//如果标志位为0那么证明消息循环已经结束那么返回null即可
            final long ptr = mPtr;
            if (ptr == 0) {
        
                return null;
            }
    		
    		//未决的消息数目
            int pendingIdleHandlerCount = -1; // -1 only during first iteration
            //下次轮询的时间
            int nextPollTimeoutMillis = 0;
            //死循环取出消息
            for (;;) {
        
            	//如果现在最近的一个消息需要若干时间才能运行
                if (nextPollTimeoutMillis != 0) {
        
                	//刷新所有的binder命令到内核，这里不需要关心
                    Binder.flushPendingCommands();
                }
    			//调用linux的epoll函数进行休眠
    			//epoll是linux的下的api，这里不需要深究只需要认为object.wait 和object.notify的作用即可
    			//当有信息要处理或者休眠到期或被内核唤醒
                nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);
    
                synchronized (this) {
        
                    // Try to retrieve the next message.  Return if found.
                    final long now = SystemClock.uptimeMillis();
                    Message prevMsg = null;
                    //消息队列头
                    Message msg = mMessages;
                    //同步屏障，稍后在讲解先跳过
                    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) {
        
                    //当前消息的所预期的运行时间未到那么 设置一个休眠时间
                        if (now < msg.when) {
        
                            nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE);
                        } else {
        
                            // 链表断链后返回
                            mBlocked = false;
                            if (prevMsg != null) {
        
                                prevMsg.next = msg.next;
                            } else {
        
                                mMessages = msg.next;
                            }
                            msg.next = null;
                            if (false) Log.v("MessageQueue", "Returning message: " + msg);
                            return msg;
                        }
                    } else {
        
                        // No more messages.
                        nextPollTimeoutMillis = -1;
                    }
    
                   //...略
            }
        }
    
    }

`Message`作为队列节点的数据机构，我们看下他的属性：

public final class Message implements Parcelable {
        
       	//用户多定义的消息标识号
        public int what;
        /**
    	 *  目标消息要送达的时间。这个时间是基于{@link SystemClock#uptimeMillis}.
         */
        @UnsupportedAppUsage
        @VisibleForTesting(visibility = VisibleForTesting.Visibility.PACKAGE)
        public long when;
    	
    	//所对应的handler如果这个为空那么标识这个消息作为同步凭证
        @UnsupportedAppUsage
        /*package*/ Handler target;
        
    	//如果你希望直接回调自定义的函数那么赋值这个即可
        @UnsupportedAppUsage
        /*package*/ Runnable callback;
    
        // 链表的下一个节点
        @UnsupportedAppUsage
        /*package*/ Message next;
    }

其内部的链表结构大致如下：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FmYW5taW5neWlx_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
其中特别要注意的是 链表是按照优先级排序的，`when`越小越在前面.(`when`表示要执行的时间)

我们看下`MessageQueue`入队的操作函数

class MessageQueue{
        
        //标识消息队列在调用next函数的时候被阻塞在pollOnce()传入非零的超时参数
        private boolean mBlocked;
       final long ptr = mPtr; //当mPtr为0时退出消息循环，在构造MessageQueue的时候会初始化一个非0数值
    	//when 表示此消息要送达的时间
        boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
        
        	//同步锁 防止多线程并发放入
            synchronized (this) {
        
            
                msg.markInUse();
                msg.when = when;
                Message p = mMessages;
                boolean needWake;
                //当前队列是空的还未初始化 那么进行初始化
                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 {
        
                //插入消息在队列中，在多数情况我们不需要唤醒队列，除非有一个同步屏障在头队列头且消息是一个最早的异步消息，这里可以简单理解为了快速响应异步消息
                	//同步屏障后面在细讲
                    needWake = mBlocked && p.target == null && msg.isAsynchronous();
                  
                   //根据消息的优先级插入到队列中
                    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.
                //因为之前判断过当前消息队列没有退出( mQuitting is false),所以我们假设
                //mPtr!=0
                if (needWake) {
        
               	   //mPtr==0标识已经退出
               	   //nativeWake使用linux底层的epool唤醒队列，并且使用mPtr告知唤醒的消息队列状态
                    nativeWake(mPtr);
                }
            }
            return true;
        }
    }

# Handler分析 #

为了构建一个和其他线程通信的桥梁,Android提供`Handler`，方便我们使用`Looper`完成线程通信和切换.

直接看如下案例（网上轮子过多不在介绍）：

class MainActivity : AppCompatActivity() {
        
        private class MyHandler(activity: MainActivity) : Handler() {
        
            private val mTarget: WeakReference<MainActivity>
            override fun handleMessage(msg: Message) {
        
                super.handleMessage(msg)
            }
            init {
        
                mTarget = WeakReference<MainActivity>(activity)
            }
        }
    
        override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        
            super.onCreate(savedInstanceState)
            val binding = ActivityMainBinding.inflate(layoutInflater)
            setContentView(binding.root)
    
            //子线程向主线程通信
    //         val myHandler = MyHandler(this)
    //        val thread = Thread(Runnable {
        
    //            myHandler.sendEmptyMessage(1)
    //        })
    
            //主线程向子线程通信
            var myHandler: MyHandler? = null
            val thread = Thread(Runnable {
        
                myHandler = MyHandler(this)
                Looper.prepare()
                Looper.loop()
            }).start()
            myHandler?.sendEmptyMessage(0);
            //请在activity销毁或者不需要的退出，我见到好多大佬都忘了哦
            myHandler?.looper?.quit()
        }
        fun onDestry(){
        
        	
        }
    }

构造函数

public interface Callback {
        
        public boolean handleMessage(Message msg);
    }
    
    class Handler{
        
      //callback：当消息对象Message没有设置特有回调时，就先会先用Handler.CallBack，然后再根据返回值为false再去调用Handler自身的handleMessage函数
      //async:是否允许开启同步屏障 后文在讲叙
      public Handler(Callback callback, boolean async) 
    }

我们知道消息分发的时候会调用下面的代码：

class Looper{
        
    	 public static void loop() {
        
    			  //分配消息给回调
    			  //msg是Message , target是Handler
               	  msg.target.dispatchMessage(msg);
            }
        }
    }

所以我们消息最终分发到了`Handler`

class Handler{
        
     public void dispatchMessage(Message msg) {
        
     		//如果Message有指定回调那么直接调用
            if (msg.callback != null) {
        
                handleCallback(msg);
            } else {
        
            	//构造函数传入callback如果设置了根据返回值确定是否继续调用自己的handleMessage
                if (mCallback != null) {
        
                    if (mCallback.handleMessage(msg)) {
        
                        return;
                    }
                }
                //这个一般开发者都会重写的函数
                handleMessage(msg);
            }
        }
        //调用Message定义的回调然后直接返回
         private static void handleCallback(Message message) {
        
            message.callback.run();
        }
    }

所以得到以下的回调链条：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FmYW5taW5neWlx_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]

# 同步屏障 #

`Android`仅能在主线程更新`ui`，为了流程度我们一般会在`16ms`重绘一次屏幕，但是如果此时事件循环中有无数的事件队列怎么办？这将导致`UI`绘制延迟 ，严重影响用户体验问题。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FmYW5taW5neWlx_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]  
考虑到这种情况`Android`，把消息分为两种，同步消息和异步消息,默认情况我们的消息都是同步消息。

只需要调用`Message.setAsynchronous`即可成为异步消息.

class Message{
        
      public boolean isAsynchronous() {
        
            return (flags & FLAG_ASYNCHRONOUS) != 0;
        }
        public void setAsynchronous(boolean async) {
        
            if (async) {
        
                flags |= FLAG_ASYNCHRONOUS;
            } else {
        
                flags &= ~FLAG_ASYNCHRONOUS;
            }
        }
    }

成为异步消息后，还需要插入同步屏障，这时所有的同步的消息都不会执行只会优先执行异步消息。

我们回过头看下`MessageQueue`的异步处理部分

class MessageQueue{
        
      Message next() {
        
          
           //...略
                    //如果当前的头节点是target是null那么证明插入了一个同步屏障标志
                    //那么一直轮询到一个异步消息然后返回处理
                    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());
                    }
                   
    
                   //...略
            }
        }
    }

示意图：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FmYW5taW5neWlx_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
我们看下`Android`系统下如何利用这个机制进行刷新`ui`的

class ViewRootImpl{
        
    	//这个函数开始便利根view致性各种绘制操作
      void scheduleTraversals() {
        
            if (!mTraversalScheduled) {
        
                mTraversalScheduled = true;
                //放入一个屏障
                mTraversalBarrier = mHandler.getLooper().postSyncBarrier();
                mChoreographer.postCallback(
                        Choreographer.CALLBACK_TRAVERSAL, mTraversalRunnable, null);
                if (!mUnbufferedInputDispatch) {
        
                    scheduleConsumeBatchedInput();
                }
                notifyRendererOfFramePending();
            }
        }
    }

具体插入屏障代码，由于只是简单的链表操作不在解释

class Looper{
        
     public int postSyncBarrier() {
        
            return mQueue.enqueueSyncBarrier(SystemClock.uptimeMillis());
        }
    }
    
    class MessageQueue(){
        
      int enqueueSyncBarrier(long when) {
        
            synchronized (this) {
        
                final int token = mNextBarrierToken++;
                final Message msg = Message.obtain();
                msg.markInUse();
                msg.when = when;
                msg.arg1 = token;
    
                Message prev = null;
                Message p = mMessages;
                if (when != 0) {
        
                    while (p != null && p.when <= when) {
        
                        prev = p;
                        p = p.next;
                    }
                }
                if (prev != null) {
         // invariant: p == prev.next
                    msg.next = p;
                    prev.next = msg;
                } else {
        
                    msg.next = p;
                    mMessages = msg;
                }
                return token;
            }
        }
    	//移除
     void removeSyncBarrier(int token) {
        
            // Remove a sync barrier token from the queue.
            // If the queue is no longer stalled by a barrier then wake it.
            synchronized (this) {
        
                Message prev = null;
                Message p = mMessages;
                while (p != null && (p.target != null || p.arg1 != token)) {
        
                    prev = p;
                    p = p.next;
                }
                if (p == null) {
        
                    throw new IllegalStateException("The specified message queue synchronization "
                            + " barrier token has not been posted or has already been removed.");
                }
                final boolean needWake;
                if (prev != null) {
        
                    prev.next = p.next;
                    needWake = false;
                } else {
        
                    mMessages = p.next;
                    needWake = mMessages == null || mMessages.target != null;
                }
                p.recycleUnchecked();
    
                // If the loop is quitting then it is already awake.
                // We can assume mPtr != 0 when mQuitting is false.
                if (needWake && !mQuitting) {
        
                    nativeWake(mPtr);
                }
            }
        }
    }

# IdleHandler #

`MessageQueue`我们重新看下这个类的`next`函数

//MessageQueue.java
    Class MessageQueue{
        
        private IdleHandler[] mPendingIdleHandlers;
    
      Message next() {
        
     
            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);
    
                synchronized (this) {
        
                   
                   
                    final long now = SystemClock.uptimeMillis();
                    Message prevMsg = null;
                    Message msg = mMessages;
                    if (msg != null && msg.target == null) {
        
     					//如果有消息就分发 然后返回
     				}
    
                 //如果没有消息那么就调用IdleHandler集合中的对象
                for (int i = 0; i < pendingIdleHandlerCount; i++) {
        
                    final IdleHandler idler = mPendingIdleHandlers[i];
                    mPendingIdleHandlers[i] = null; // release the reference to the handler
    
                    boolean keep = false;
            		//调用函数
                   keep = idler.queueIdle();
                   
    				//如果函数返回false，那么会将其移除
                    if (!keep) {
        
                        synchronized (this) {
        
                            mIdleHandlers.remove(idler);
                        }
                    }
                }
    
              
                pendingIdleHandlerCount = 0;
    
                nextPollTimeoutMillis = 0;
            }
        }
    }

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