Android | 面試必問的 Handler信姓，你確定不看看耘戚？

前言

在 Android 中炸客，Handler 是貫穿于整個(gè)應(yīng)用的消息機(jī)制，在面試中出現(xiàn)的概率為：100%
在這篇文章里戈钢，我將帶你梳理 Handler 的使用攻略 & 設(shè)計(jì)原理痹仙。追求簡單易懂又不失深度，如果能幫上忙殉了，請務(wù)必點(diǎn)贊加關(guān)注开仰！

延伸文章

關(guān)于ThreadLocal，請閱讀：《Java | ThreadLocal 用法解析》
關(guān)于EventBus薪铜，請閱讀：《Android | 這是一份詳細(xì)的 EventBus 使用教程》

1. 概述

在 Android 中众弓，很多地方是通過消息機(jī)制驅(qū)動的，例如線程間通信隔箍、四大組件的啟動等等谓娃。消息機(jī)制中主要涉及的類有：Handler & Looper & MessageQueue & Message，其中 Handler 可以說是消息機(jī)制提供給 Java 層的上層接口蜒滩。

1.1 概念模型

問：Handler 怎么進(jìn)行線程通信滨达，原理是什么？

消息機(jī)制其實(shí)并不是 Android 系統(tǒng)獨(dú)有的設(shè)計(jì)俯艰，在很多系統(tǒng)設(shè)計(jì)中都可以看到消息機(jī)制的身影捡遍，例如 IOS 的 runLoop、Web 的 Ajax 和 Spring 的消息隊(duì)列等竹握。在所有系統(tǒng)設(shè)計(jì)的消息機(jī)制里画株，都會有生產(chǎn)者與消費(fèi)者的概念，如以下模型：

消息機(jī)制概念模型

其中消息緩沖區(qū)的具體實(shí)現(xiàn)可以是棧 & 隊(duì)列啦辐，因?yàn)殛?duì)列（特別是優(yōu)先級隊(duì)列）是最常見的谓传，所以很多情況都會直接將消息緩沖區(qū)稱為消息隊(duì)列。

1.2 架構(gòu)圖

【類圖】

Looper 里組合了 MessageQueue 消息隊(duì)列芹关，創(chuàng)建 Looper 的同時(shí)也創(chuàng)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(chuàng)建時(shí)需要聚合 Looper 與 MessageQueue续挟，默認(rèn)使用的是當(dāng)前線程的 Looper

1.3 消息的享元模式

消息機(jī)制里需要頻繁創(chuàng)建消息對象（Message），因此消息對象需要使用享元模式來緩存充边，以避免重復(fù)分配 & 回收內(nèi)存庸推。具體來說，Message 使用的是有容量限制的浇冰、無頭節(jié)點(diǎn)的單鏈表的對象池：

Message 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

2. Handler 核心源碼分析

這一節(jié)我們來分析 Handler 的核心源碼：

2.1 啟動消息循環(huán)

問：Looper 如何在子線程中創(chuàng)建贬媒？（字節(jié)、小米）

要在哪個(gè)線程啟動消息循環(huán)肘习，就需要在該線程執(zhí)行Looper.prepare() & Looper.loop()际乘。只有調(diào)用Looper.loop()之后，消息循環(huán)才算真正運(yùn)轉(zhuǎn)起來了漂佩。具體來說脖含，啟動消息循環(huán)的分為兩種情況：主線程消息循環(huán) & 子線程消息循環(huán)罪塔，前者由 Framework 啟動，而后者需要我們自己啟動：

主線程消息循環(huán)

可以看到养葵，在應(yīng)用啟動時(shí)征堪，F(xiàn)ramework 已經(jīng)為主線程開啟了消息循環(huán)，后續(xù)我們熟悉的startActivity & startService都是通過主線程消息循環(huán)來驅(qū)動的关拒。

子線程消息循環(huán)

在子線程開啟消息循環(huán)佃蚜，我們需要自己調(diào)用Looper.prepare() & Looper.loop();∽虐恚可以直接創(chuàng)建線程谐算，或者使用 HandlerThread，后者主要考慮的多線程中獲取 Looper 的同步問題归露，見 第 5.1 節(jié)洲脂。

小結(jié)一下：創(chuàng)建 Handler 的代碼需要放在Looper.prepare(); & Looper.loop();中間執(zhí)行，這是因?yàn)閯?chuàng)建 Handler 對象時(shí)需要聚合 Looper 對象（默認(rèn)使用的是當(dāng)前線程的 Looper）剧包，而只有執(zhí)行Looper.prepare();之后恐锦，才會創(chuàng)建該線程私有的 Looper 對象，否則創(chuàng)建 Handler 會拋異常玄捕。

2.2 Looper 線程唯一性

問：說一下 Looper踩蔚、handler、線程間的關(guān)系枚粘。例如一個(gè)線程可以對應(yīng)幾個(gè) Looper、幾個(gè)Handler飘蚯？

問：ThreadLocal 的原理馍迄，以及在 Looper 是如何應(yīng)用的？

每個(gè)線程只允許調(diào)用一次Looper.prepare()局骤，否則會拋異常攀圈。這樣設(shè)計(jì)是因?yàn)橐粋€(gè) Looper 對應(yīng)了一個(gè)消息循環(huán)，而一個(gè)線程進(jìn)行多個(gè)消息循環(huán)是沒有意義的（一個(gè)線程不可能同時(shí)進(jìn)行兩個(gè)死循環(huán)）峦甩。那么赘来，Handler 是如何保證 Looper 線程唯一的呢？

答：首先凯傲，Handler 主要利用了 ThreadLocal 在每個(gè)線程單獨(dú)存儲副本的特性犬辰，保證了一個(gè)ThreadLocal<Looper>在不同線程存取的Looper對象相互獨(dú)立；其次冰单，ThreadLocal 是 Looper 的一個(gè)static final變量幌缝，這樣就保證了整個(gè)進(jìn)程中 sThreadLocal對象不可變；第三诫欠，Looper.prepare()判斷在一個(gè)線程里重復(fù)調(diào)用涵卵，則會拋出異常浴栽。

關(guān)于 ThreadLocal 的原理分析，在這篇文章里轿偎，我們詳細(xì)討論：《Java | ThreadLocal 用法解析》典鸡，請關(guān)注！

2.3 消息發(fā)送

問：Handler#post(Runnable) 是如何執(zhí)行的坏晦？（字節(jié)椿每、小米）

問：Handler#sendMessage() 和 Handler#postDelay() 的區(qū)別？（字節(jié)）

問：多個(gè) Handler 發(fā)消息時(shí)英遭，消息隊(duì)列如何保證線程安全间护？

問：為什么 MessageQueue 不設(shè)置消息上限？

消息發(fā)送的 API 非常多挖诸，最終它們都會調(diào)用到Handler#sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis)汁尺，內(nèi)部會交給MessageQueue#enqueueMessage(Message msg, long when)處理，梳理如下：

消息發(fā)送調(diào)用鏈

消息入隊(duì)關(guān)鍵源碼

小結(jié)一下：

每個(gè)消息的處理時(shí)間（when）不一樣（SystemClock.uptimeMillis() + delayMill）
消息入隊(duì)時(shí)多律，根據(jù)消息的處理時(shí)間（when）做插入排序痴突，隊(duì)頭的消息就是最需要執(zhí)行的消息
當(dāng)消息隊(duì)列為空時(shí)（無消息時(shí)線程會阻塞），消息入隊(duì)需要喚醒線程
當(dāng)消息隊(duì)列不為空時(shí)（一般不需要喚醒）狼荞，只有當(dāng)開啟同步屏障后第一個(gè)異步消息需要喚醒（開啟同步屏障時(shí)會在隊(duì)首插入一個(gè)占位消息辽装，此時(shí)消息隊(duì)列不為空，但是線程可能是阻塞的）相味，關(guān)于同步屏障的內(nèi)容見第 3 節(jié)

2.4 消息獲取

問：消息隊(duì)列無消息會怎么樣拾积？為什么 block 不會 ANR？

問：Looper 死循環(huán)為什么不會 ANR?（B站）

問：Looper 死循環(huán)為什么不阻塞主線程丰涉？

問：Handler內(nèi)存泄漏的原因拓巧？

上一節(jié)我們說到，消息入隊(duì)后 Looper 所在線程就會被喚醒（如果被阻塞）一死，以繼續(xù)消息循環(huán)肛度。在消息循環(huán)中，Looper.loop()會死循環(huán)從 MessageQueue 獲取隊(duì)首的消息投慈，因?yàn)橄⒁呀?jīng)按照處理時(shí)間（when）排序承耿，所以每次獲取的都是when最小的消息：

【圖】 loop next

至于 Looper 死循環(huán)為什么不會 ANR?

消息隊(duì)列中無消息怎么處理 block
nativePollOnce值為-1表示無限等待，讓出cpu時(shí)間片給其線程伪煤，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(nèi)沒有響應(yīng)輸入事件加袋，比如按鍵、屏幕觸摸
10秒內(nèi)沒有處理廣播
本質(zhì)：消息隊(duì)列中其他消息耗時(shí)带族，按鍵或廣播消息沒有及時(shí)處理

根本原因不是線程在睡眠锁荔，而是消息隊(duì)列被其他耗時(shí)消息阻塞，導(dǎo)致按鍵或廣播消息沒有及時(shí)處理

Handler內(nèi)存泄漏的原因
MessageQueue持有Message，Message持有activity
delay多久阳堕，message就會持有activity多久
方法：靜態(tài)內(nèi)部類跋理、弱引用

取到一個(gè)消息時(shí)，如果when還不到恬总，則有限等待（nextPollTimeoutMills）nativePoll()
如果消息隊(duì)列沒有消息前普，則無限等待nativePoll(-1,)，而消息入隊(duì)時(shí)壹堰，會執(zhí)行nativeWake()

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

2.5 消息分發(fā)

問：Message.callback 與 Handler.callback 哪個(gè)優(yōu)先？

問：Handler.callback 和 handlemessage() 都存在贱纠，但 callback 返回 true峻厚，handleMessage() 還會執(zhí)行么？（字節(jié)谆焊、小米）

獲取需要執(zhí)行的消息之后惠桃，將調(diào)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(shè)置了Message.Callback（Runnable）
        handleCallback(msg);
    } else {
        if (mCallback != null) {
            // 2. 設(shè)置了 Handler.Callback（Callback ）
            if (mCallback.handleMessage(msg)) {
                return;
            }
        }
        // 3. 未設(shè)置 Handler.Callback 或 返回 false
        handleMessage(msg);
    }
}
public interface Callback {
    public boolean handleMessage(Message msg);
}

可以看到辖试，除了在Handler#handleMessage(...)中處理消息外辜王，Handler 機(jī)制還提供了兩個(gè) Callback 來增加消息處理的靈活性。具體來說罐孝，若設(shè)置了Message.Callback則優(yōu)先執(zhí)行呐馆，否則判斷Handler.Callback的返回結(jié)果，如果返回false莲兢，則最后分發(fā)到Handler.handleMessage(...)

2.6 終止消息循環(huán)

quit：
mQuitting = true
removeAllMessage()
nativeWake() 喚醒汹来，程序從nativePollOnce(-1)開始執(zhí)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(qū)動的機(jī)制，所有的事件都需要Handler處理怒见，例如LAUNCH_ACTIVITY等

3. Handler 同步屏障機(jī)制

同步屏障（SyncBarrier）是 Handler 用來篩選高低優(yōu)先級消息的機(jī)制俗慈，即：當(dāng)開啟同步屏障時(shí)，高優(yōu)先級的異步消息優(yōu)先處理遣耍。

3.1 開啟同步屏障

3.2 關(guān)閉同步屏障

3.3 同步屏障下的消息循環(huán)

4. IdleHandler 機(jī)制

問：IdleHandler 是什么？怎么使用炮车，能解決什么問題舵变？

5. Handler 應(yīng)用場景

4.1 HandlerThread

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

既然涉及多個(gè)線程的通信，會有同步的問題扛或，Android為了簡化Handler的創(chuàng)建過程绵咱，提供了HandlerThread類

wait - notifyAll - 避免prepare之前調(diào)用getLooper()

【重點(diǎn) 鎖的機(jī)制】

4.2 IntentService

處理完 service 自動停止內(nèi)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(xù)兩次with()重復(fù)創(chuàng)建Fragment，因?yàn)閏ommit會發(fā)到Handle消息隊(duì)列的）

Handler是貫穿于Android的消息管理機(jī)制

所有的代碼都是在Handler上運(yùn)行的（loop()死循環(huán)）

參考資料

《Android開發(fā)藝術(shù)探索》（第10章） —— 任玉剛著
《Android進(jìn)階解密》（第3章） —— 劉望舒著
《Android消息機(jī)制-Handler》 —— Gityuan 著
《揭秘 Android 消息機(jī)制之同步屏障：target==null 熙兔？》 —— hust_twj 著

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