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前言

在 Android 中，Handler 是貫穿于整個應用的消息機制，在面試中出現的概率為：100%
在這篇文章里，我將帶你梳理 Handler 的使用攻略 & 設計原理。追求簡單易懂又不失深度，如果能幫上忙，請務必點贊加關注！

延伸文章

關于ThreadLocal，請閱讀：《Java | ThreadLocal 用法解析》
關于EventBus，請閱讀：《Android | 這是一份詳細的 EventBus 使用教程》

1. 概述

在 Android 中，很多地方是通過消息機制驅動的，例如線程間通信、四大組件的啟動等等。消息機制中主要涉及的類有：Handler & Looper & MessageQueue & Message，其中 Handler 可以說是消息機制提供給 Java 層的上層接口。

1.1 概念模型

問：Handler 怎么進行線程通信，原理是什么？

消息機制其實并不是 Android 系統獨有的設計，在很多系統設計中都可以看到消息機制的身影，例如 IOS 的 runLoop、Web 的 Ajax 和 Spring 的消息隊列等。在所有系統設計的消息機制里，都會有生產者與消費者的概念，如以下模型：

消息機制概念模型

其中消息緩沖區的具體實現可以是棧 & 隊列，因為隊列（特別是優先級隊列）是最常見的，所以很多情況都會直接將消息緩沖區稱為消息隊列。

1.2 架構圖

【類圖】

Looper 里組合了 MessageQueue 消息隊列，創建 Looper 的同時也創建了 MessageQueue
MessageQueue 里組合了待處理的 Message 鏈表
Message 持有用于處理消息的 Handler(target)
Handler 被創建時需要聚合 Looper 與 MessageQueue，默認使用的是當前線程的 Looper

1.3 消息的享元模式

消息機制里需要頻繁創建消息對象（Message），因此消息對象需要使用享元模式來緩存，以避免重復分配 & 回收內存。具體來說，Message 使用的是有容量限制的、無頭節點的單鏈表的對象池：

Message 的數據結構

2. Handler 核心源碼分析

這一節我們來分析 Handler 的核心源碼：

2.1 啟動消息循環

問：Looper 如何在子線程中創建？（字節、小米）

要在哪個線程啟動消息循環，就需要在該線程執行Looper.prepare() & Looper.loop()。只有調用Looper.loop()之后，消息循環才算真正運轉起來了。具體來說，啟動消息循環的分為兩種情況：主線程消息循環 & 子線程消息循環，前者由 Framework 啟動，而后者需要我們自己啟動：

主線程消息循環

可以看到，在應用啟動時，Framework 已經為主線程開啟了消息循環，后續我們熟悉的startActivity & startService都是通過主線程消息循環來驅動的。

子線程消息循環

在子線程開啟消息循環，我們需要自己調用Looper.prepare() & Looper.loop();。可以直接創建線程，或者使用 HandlerThread，后者主要考慮的多線程中獲取 Looper 的同步問題，見 第 5.1 節。

小結一下：創建 Handler 的代碼需要放在Looper.prepare(); & Looper.loop();中間執行，這是因為創建 Handler 對象時需要聚合 Looper 對象（默認使用的是當前線程的 Looper），而只有執行Looper.prepare();之后，才會創建該線程私有的 Looper 對象，否則創建 Handler 會拋異常。

2.2 Looper 線程唯一性

問：說一下 Looper、handler、線程間的關系。例如一個線程可以對應幾個 Looper、幾個Handler？

問：ThreadLocal 的原理，以及在 Looper 是如何應用的？

每個線程只允許調用一次Looper.prepare()，否則會拋異常。這樣設計是因為一個 Looper 對應了一個消息循環，而一個線程進行多個消息循環是沒有意義的（一個線程不可能同時進行兩個死循環）。那么，Handler 是如何保證 Looper 線程唯一的呢？

答：首先，Handler 主要利用了 ThreadLocal 在每個線程單獨存儲副本的特性，保證了一個ThreadLocal<Looper>在不同線程存取的Looper對象相互獨立；其次，ThreadLocal 是 Looper 的一個static final變量，這樣就保證了整個進程中 sThreadLocal對象不可變；第三，Looper.prepare()判斷在一個線程里重復調用，則會拋出異常。

關于 ThreadLocal 的原理分析，在這篇文章里，我們詳細討論：《Java | ThreadLocal 用法解析》，請關注！

2.3 消息發送

問：Handler#post(Runnable) 是如何執行的？（字節、小米）

問：Handler#sendMessage() 和 Handler#postDelay() 的區別？（字節）

問：多個 Handler 發消息時，消息隊列如何保證線程安全？

問：為什么 MessageQueue 不設置消息上限？

消息發送的 API 非常多，最終它們都會調用到Handler#sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis)，內部會交給MessageQueue#enqueueMessage(Message msg, long when)處理，梳理如下：

消息發送調用鏈

消息入隊關鍵源碼

小結一下：

每個消息的處理時間（when）不一樣（SystemClock.uptimeMillis() + delayMill）
消息入隊時，根據消息的處理時間（when）做插入排序，隊頭的消息就是最需要執行的消息
當消息隊列為空時（無消息時線程會阻塞），消息入隊需要喚醒線程
當消息隊列不為空時（一般不需要喚醒），只有當開啟同步屏障后第一個異步消息需要喚醒（開啟同步屏障時會在隊首插入一個占位消息，此時消息隊列不為空，但是線程可能是阻塞的），關于同步屏障的內容見第 3 節

2.4 消息獲取

問：消息隊列無消息會怎么樣？為什么 block 不會 ANR？

問：Looper 死循環為什么不會 ANR?（B站）

問：Looper 死循環為什么不阻塞主線程？

問：Handler內存泄漏的原因？

上一節我們說到，消息入隊后 Looper 所在線程就會被喚醒（如果被阻塞），以繼續消息循環。在消息循環中，Looper.loop()會死循環從 MessageQueue 獲取隊首的消息，因為消息已經按照處理時間（when）排序，所以每次獲取的都是when最小的消息：

【圖】 loop next

至于 Looper 死循環為什么不會 ANR?

消息隊列中無消息怎么處理 block
nativePollOnce值為-1表示無限等待，讓出cpu時間片給其線程，本線程等待
0表示無須等待直接返回
nativePollOnce -> epoll(linux) ->linux層的messagequeue

msg -> 5s -> ANRmsg

ANR：
5秒內沒有響應輸入事件，比如按鍵、屏幕觸摸
10秒內沒有處理廣播
本質：消息隊列中其他消息耗時，按鍵或廣播消息沒有及時處理

根本原因不是線程在睡眠，而是消息隊列被其他耗時消息阻塞，導致按鍵或廣播消息沒有及時處理

Handler內存泄漏的原因
MessageQueue持有Message，Message持有activity
delay多久，message就會持有activity多久
方法：靜態內部類、弱引用

取到一個消息時，如果when還不到，則有限等待（nextPollTimeoutMills）nativePoll()
如果消息隊列沒有消息，則無限等待nativePoll(-1,)，而消息入隊時，會執行nativeWake()

quit也會nativeWake，喚醒Looper所在線程 => messagequeue返回null => Looper退出

2.5 消息分發

問：Message.callback 與 Handler.callback 哪個優先？

問：Handler.callback 和 handlemessage() 都存在，但 callback 返回 true，handleMessage() 還會執行么？（字節、小米）

獲取需要執行的消息之后，將調用msg.target.dispatchMessage(msg);處理消息，具體如下：

【圖】

public void dispatchMessage(Message msg) {
    if (msg.callback != null) {
        // 1. 設置了Message.Callback（Runnable）
        handleCallback(msg);
    } else {
        if (mCallback != null) {
            // 2. 設置了 Handler.Callback（Callback ）
            if (mCallback.handleMessage(msg)) {
                return;
            }
        }
        // 3. 未設置 Handler.Callback 或 返回 false
        handleMessage(msg);
    }
}
public interface Callback {
    public boolean handleMessage(Message msg);
}

可以看到，除了在Handler#handleMessage(...)中處理消息外，Handler 機制還提供了兩個 Callback 來增加消息處理的靈活性。具體來說，若設置了Message.Callback則優先執行，否則判斷Handler.Callback的返回結果，如果返回false，則最后分發到Handler.handleMessage(...)

2.6 終止消息循環

quit：
mQuitting = true
removeAllMessage()
nativeWake() 喚醒，程序從nativePollOnce(-1)開始執行

主線程Looper不允許退出 quit() 拋異常 mQuitAllowed = false
ActivityThead#main looper.loop() 之后拋異常 
原因：是handler驅動的機制，所有的事件都需要Handler處理，例如LAUNCH_ACTIVITY等

3. Handler 同步屏障機制

同步屏障（SyncBarrier）是 Handler 用來篩選高低優先級消息的機制，即：當開啟同步屏障時，高優先級的異步消息優先處理。

3.1 開啟同步屏障

3.2 關閉同步屏障

3.3 同步屏障下的消息循環

4. IdleHandler 機制

問：IdleHandler 是什么？怎么使用，能解決什么問題？

5. Handler 應用場景

4.1 HandlerThread

Handler 都是在 Looper 所在線程創建的，但是有時候我們需要在其他線程中創建 Looper 所在線程的 Handler，就需要考慮同步問題，使用 HandlerThread 可以簡化這種同步處理：

既然涉及多個線程的通信，會有同步的問題，Android為了簡化Handler的創建過程，提供了HandlerThread類

wait - notifyAll - 避免prepare之前調用getLooper()

【重點鎖的機制】

4.2 IntentService

處理完 service 自動停止內存釋放

4.3 Fragment 生命周期管理

attach -> commit
Glide生命周期管理 RequestManagerFragment 雙重檢查（避免連續兩次with()重復創建Fragment，因為commit會發到Handle消息隊列的）

Handler是貫穿于Android的消息管理機制

所有的代碼都是在Handler上運行的（loop()死循環）

參考資料

《Android開發藝術探索》（第10章） —— 任玉剛著
《Android進階解密》（第3章） —— 劉望舒著
《Android消息機制-Handler》 —— Gityuan 著
《揭秘 Android 消息機制之同步屏障：target==null ？》 —— hust_twj 著

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Android | 面試必問的 Handler，你確定不看看？

Android | 面試必問的 Handler，你確定不看看？

前言

延伸文章

目錄

1. 概述

1.1 概念模型

1.2 架構圖

1.3 消息的享元模式

2. Handler 核心源碼分析

2.1 啟動消息循環

2.2 Looper 線程唯一性

2.3 消息發送

2.4 消息獲取

2.5 消息分發

2.6 終止消息循環

3. Handler 同步屏障機制

3.1 開啟同步屏障

3.2 關閉同步屏障

3.3 同步屏障下的消息循環

4. IdleHandler 機制

5. Handler 應用場景

4.1 HandlerThread

4.2 IntentService

4.3 Fragment 生命周期管理

參考資料

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1. 概述

1.1 概念模型

1.2 架構圖

1.3 消息的享元模式

2. Handler 核心源碼分析

2.1 啟動消息循環

2.2 Looper 線程唯一性

2.3 消息發送

2.4 消息獲取

2.5 消息分發

2.6 終止消息循環

3. Handler 同步屏障機制

3.1 開啟同步屏障

3.2 關閉同步屏障

3.3 同步屏障下的消息循環

4. IdleHandler 機制

5. Handler 應用場景

4.1 HandlerThread

4.2 IntentService

4.3 Fragment 生命周期管理

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