从源码分析Handler面试问题

Handler 老生常谈的问题了，非常建议看一下Handler 的源码。刚入行的时候，大佬们就说 阅读源码 是进步很快的方式。

Handler的基本原理

Handler 的 重要组成部分

• Message 消息
• MessageQueue 消息队列
• Lopper 负责处理MessageQueue中的消息

消息是如何添加到队列的

对照着上面的大的逻辑图，我们深入一下，看一下，一个消息 是如何被发送到 MessageQueue 又是如何被 Lopper 处理的

handler 发送一个message 的方法如下图所示

而这些方法最终都会执行 Handler 中的 enqueueMessage 方法，我们看一下 enqueueMessage 方法做了什么

//Handler
private boolean enqueueMessage(@NonNull MessageQueue queue, @NonNull Message msg,long uptimeMillis) {//...//这里执行MessageQueue的 enqueueMessagereturn queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}

消息队列如何将消息排序

MessageQueue 收到 消息以后，会根据时间进行排列

//MessageQueue
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.");}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;//step1 获取头部的messageMessage p = mMessages;boolean needWake;//step2 头部的message 和 当前的message 对比，如果头部的message 执行时间要 小于 当前message 的时候//那么就先执行当前的messageif (p == null || when == 0 || when < p.when) {msg.next = p;//头部的message 就变成了 当前的messagemMessages = msg;needWake = mBlocked;} else {//step3 将当前消息 插入到 中间排队needWake = mBlocked && p.target == null && msg.isAsynchronous();Message prev;//根据时间进行排序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);}}return true;
}

Handler的消息队列在哪创建的

回到创建Handler的地方，他的构造方法

//Handler
public Handler() {this(null, false);
}

//Handler
public Handler(Callback callback, boolean async) {//...//获取当前的loopermLooper = Looper.myLooper();//...//获取looper 的 MessageQueuemQueue = mLooper.mQueue;//...
}

//Looper
final MessageQueue mQueue;private Looper(boolean quitAllowed) {//在这里创建了一个 MessageQueuemQueue = new MessageQueue(quitAllowed);//...
}

可以看到 Handler其实是拿着Looper 的MessageQueue当做自己的MessageQueue

Loope有什么作用

消息被有序的添加到了消息队列中，而Looper就是负责将消息从消息队列中取出。当执行Looper的loop()方法，Looper会从消息队列中取出消息，然后交给handler的dispatchMessage去处理消息

//Looper
public static void loop() {//...for (;;) {//从消息队列中获取消息Message msg = queue.next(); // might block//...try {//msg.traget 就是Handler //使用 Handler 的  dispatchMessage() 处理消息msg.target.dispatchMessage(msg);//...} catch (Exception exception) {//...}//...}
}

一个线程有几个Looper

要想知道有几个Lopper,肯定要先知道Looper在哪里创建。Looper有一个prepare方法

//Looper
public static void prepare() {prepare(true);
}

在这里会创建一个新的Looper 并且设置到了ThreadLocal

//Looper
private static void prepare(boolean quitAllowed) {//通过 sThreadLocal get 检查是否已经有 looper  if (sThreadLocal.get() != null) {//如果已经有了 就抛出异常throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");}//没有的话 就设置一个新的LoopersThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));
}

在ThreadLocal可以看到是以map的形式去保存，保证了一个线程只有一个map,又将looper和ThreadLocal进行绑定

//ThreadLocal
public void set(T value) {//获取当前线程Thread t = Thread.currentThread();//获取 ThreadLocalMap ThreadLocalMap map = getMap(t);//有的话 就将当前的 ThreadLocal 和 Looper 绑定在一起，if (map != null)//set 以后 在上面  sThreadLocal.get() 就不会在为null了map.set(this, value);else//没有的话 创建一个 ThreadLocalMap 在绑定在一起createMap(t, value);
}

看到Looper中的 sThreadLocal

//Looper
static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();

他是一个静态的 final 保证了 一个Looper只有一个 sThreadLocal

最终保证了，一个线程只有一个Looper

主线程什么时候执行preapre

想要使用Looper，肯定需要先prepare 去创建一个Looper,那么主线程如何创建Looper的呢？我们知道 java 程序的入口是 main 方法， 对于Android来说，其实也有一个main 方法，他的位置在 ActivityThread

//ActivityThread
public static void main(String[] args) {//...//可以看到在这里 程序启动以后，Android 系统帮我们将主线程的Looper prepareLooper.prepareMainLooper();//...//然后帮助我们启动了 loopLooper.loop();//...
}

Handler内存泄露

Handler为什么会有可能导致内存泄露？ 我们知道 内部类会持有外部类的引用,当我们做一个延时任务，延时10S,然后在10S内退出Activity,在我们sendMessage的时候,handler对象被传递给msg 如👇所示，然后被存放在MessageQueue中。在这10S内，即使Activity销毁了，但是引用关系依然被保存在MessageQueue中,那么即使Activity销毁了,他的对象依然不会被GC销毁，因为他依然被引用。就导致内存未被回收。

//Handler
private boolean enqueueMessage(@NonNull MessageQueue queue, @NonNull Message msg,long uptimeMillis) {//这里 将 handler 本身的对象 传给 msg 的targetmsg.target = this;//...
}

那么如何处理Handler内存泄露呢

1.将Handler改成静态类。原因是因为静态类不会持有外部类的引用 2.继承Handler,将Activity作为弱引用使用 3.在界面退出的时候,调用Handler的removeMessages方法

消息队列没有消息时Handler如何挂起

Looper从MessageQueue中获取message，当获取不到message的时候，会将 nextPollTimeoutMillis置成-1，然后进入下次循环，当执行nativePollOnce方法时候，如果nextPollTimeoutMillis==-1那么就会执行Linux的epoll机制，让线程处于挂起状态，阻塞线程。

//MessageQueue
Message next() {for (;;) {//step3: nextPollTimeoutMillis == -1 执行native 函数，//执行 linux epoll 机制，线程处于等待状态，线程挂起nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);synchronized (this) {//...if (msg != null) {} else {// step1:如果没有消息  nextPollTimeoutMillis 变成-1nextPollTimeoutMillis = -1;}if (pendingIdleHandlerCount <= 0) {// step2:跳出循环 进入下一次循环mBlocked = true;continue;}}}
}

//Looper
public static void loop() {for (;;) {//step4:这里也就挂起了Message msg = queue.next(); // might block}
}

Handler如何退出

使用looper去执行quit方法退出

handler.looper.quit()

//Looper
public void quit() {mQueue.quit(false);
}
public void quitSafely() {mQueue.quit(true);
}

//MessageQueue
void quit(boolean safe) {if (!mQuitAllowed) {throw new IllegalStateException("Main thread not allowed to quit.");}synchronized (this) {if (mQuitting) {return;}//step1:将mQuitting 变量变成truemQuitting = true;//step2:删除所有的消息if (safe) {removeAllFutureMessagesLocked();} else {removeAllMessagesLocked();}//step3:唤醒线程nativeWake(mPtr);}
}

//MessageQueue
Message next() {for (;;) {//step4:线程被唤醒。继续执行nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);//step5:检查到状态是 true 返回null 出去if (mQuitting) {dispose();return null;}}
}

//Looper
public static void loop() {for (;;) {//step6:这里也被唤醒获取到message == nullMessage msg = queue.next(); // might block//step7:最终在这里🔚循环if (msg == null) {return;}}
}

总结

Looper会先将消息队列中的消息全部清空，然后使用nativeWake的native方法唤醒线程，在上面我们介绍了，当消息队列中没有消息的时候，线程会挂起，处于等待状态，当我们唤醒以后，Looper的loop方法会继续执行下去，然后从MessageQueue中获取到一个null的Message,最终将Looper的loop()方法退出

主线程能够Quit么？

我们知道了 主线程是在ActivityThread的main方法中执行了Looper.prepareMainLooper()创建的Looper

//Looper
@Deprecated
public static void prepareMainLooper() {//step1: 注意看这里是一个falseprepare(false);
}

//Looper
private static void prepare(boolean quitAllowed) {//step2:new的Looper传入的是falsesThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));
}

//Looper
private Looper(boolean quitAllowed) {//step3:创建的MessageQueue 传入的也是falsemQueue = new MessageQueue(quitAllowed);mThread = Thread.currentThread();
}

//MessageQueue
MessageQueue(boolean quitAllowed) {//step4:将mQuitAllowed 变量变成了falsemQuitAllowed = quitAllowed;
}

//MessageQueue
void quit(boolean safe) {//step5:如果是false 就是主线程 会直接抛出错误if (!mQuitAllowed) {throw new IllegalStateException("Main thread not allowed to quit.");}
}

回头在看一下 Looper的prepare方法，只有主线程可以创建一个不可以quit的MessageQueue,其他线程创建的都是可以quit的

//Looper
//公开方法 prepare 传入的是true
public static void prepare() {prepare(true);
}
//私有方法
private static void prepare(boolean quitAllowed) //主线程 传入的是false
public static void prepareMainLooper() {prepare(false);
}

为什么设计主线程不能被quit

在ActivityThread中，定义了一个H的类，继承了Handler,这个H的handler执行了Android所有的主要事件，比如广播，service，Activity生命周期等都是在这里进行处理，所以不能把主线程quit

//ActivityThread
class H extends Handler {}

消息如何知道是由哪个Handler发送的？

一个线程可以有多个Handler,想new几个都可以，在我们往MessageQueue中添加消息的时候，会加入一个target标记是哪个handler发送的

//Handler
private boolean enqueueMessage(@NonNull MessageQueue queue, @NonNull Message msg,long uptimeMillis) {//step1:在这里 就标记了是哪一个handler 发送的 msg.target = this;//...
}

//Looper
public static void loop() {//...for (;;) {//...try {//step2:这里就对应起来是哪一个handler 发送的message msg.target.dispatchMessage(msg);//...} catch (Exception exception) {//...}//...
}

Handler如何确保线程安全的

//MessageQueue
boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {//step1:通过加锁的方式，保证了添加消息到消息队列的安全synchronized (this) {}
}

//MessageQueue
Message next() {for (;;) {//step2:通过枷锁的方式保证了读取消息的安全synchronized (this) {}}
}

Message如何复用的

看一下我们quit的时候，是怎么从消息队列中清空消息的

//MessageQueue
void quit(boolean safe) {synchronized (this) {//step1: 清除所有的消息if (safe) {removeAllFutureMessagesLocked();} else {removeAllMessagesLocked();}}
}

//MessageQueue
private void removeAllMessagesLocked() {Message p = mMessages;while (p != null) {Message n = p.next;//step2:执行message的方法p.recycleUnchecked();p = n;}mMessages = null;
}

//Message
void recycleUnchecked() {//step3:将所有的变量全部清空flags = FLAG_IN_USE;what = 0;arg1 = 0;arg2 = 0;obj = null;replyTo = null;sendingUid = UID_NONE;workSourceUid = UID_NONE;when = 0;target = null;callback = null;data = null;synchronized (sPoolSync) {//默认50个Messageif (sPoolSize < MAX_POOL_SIZE) {//step4:将已经清空状态的Message 放到一个新的链表中next = sPool;sPool = this;sPoolSize++;}}
}

使用obtain方法会从之前清空状态的链表中取出一个Message去使用，减少创建Message带来的内存消耗。

//Message
public static Message obtain() {synchronized (sPoolSync) {if (sPool != null) {//step5:从已经清空状态的链表中取出一个Message使用Message m = sPool;sPool = m.next;m.next = null;m.flags = 0; // clear in-use flagsPoolSize--;return m;}}return new Message();
}

这种设计模式称为享元设计模式

为什么主线程loop不会导致ANR

首先要知道ANR是怎么出现的，ANR出现的条件有两个

• 5秒内没有响应输入的事件，触摸反馈等
• 广播10秒内没有执行完毕

在上面我们分析知道，所有的事件都是由Handler进行分发，在主线程上，发送一个事件，这个事件耗时，将主线程的loop()给卡主，让他只能执行当前任务，不能去处理其他事件就出现了ANR

ANR的本质是由于不能及时处理消息导致的，和他的loop是没有任何关系的

Handler同步屏障

同步屏障概念

啥叫同步屏障，字面意思，就是阻挡同步消息，那么Handler同步屏障是干啥的，没错，你没听错，就是阻挡同步消息，让异步消息过去。阻挡同步消息 这就是同步屏障

在发送消息的时候，mAsynchronous 控制着是否发送的消息是否为异步消息

//Handler
private boolean enqueueMessage(@NonNull MessageQueue queue, @NonNull Message msg,long uptimeMillis) {msg.target = this;msg.workSourceUid = ThreadLocalWorkSource.getUid();//如果是true 则将消息标记为异步消息if (mAsynchronous) {msg.setAsynchronous(true);}return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}

在Handler构造方法中，控制则是否是异步消息。但是这个方法是hide，正常我们是不能调用的

//Handler
@hide
public Handler(@Nullable Callback callback, boolean async) {//这里控制着变量mAsynchronous = async;
}

开启同步屏障

那么如何开启同步屏障呢,MessageQueue 中提供了一个 postSyncBarrier 方法 开启同步屏障，

//MessageQueue
public int postSyncBarrier() {return postSyncBarrier(SystemClock.uptimeMillis());
}

//MessageQueue
private int postSyncBarrier(long when) {// Enqueue a new sync barrier token.// We don't need to wake the queue because the purpose of a barrier is to stall it.synchronized (this) {final int token = mNextBarrierToken++;final Message msg = Message.obtain();msg.markInUse();//👇 注意这里 开启以后没有设置target, 所以Messaged的target 是 nullmsg.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.nextmsg.next = p;prev.next = msg;} else {msg.next = p;mMessages = msg;}//返回一个 token 用来取消同步屏障时候使用return token;}
}

同步屏障工作原理

开启以后，同步屏障如何将异步消息传递出去，将同步消息阻挡下来呢

//MessageQueue
Message next() {//...//step1:👇 看到这里 一旦收到target == null 表示同步屏障打开了if (msg != null && msg.target == null) {do {prevMsg = msg;msg = msg.next;//step2:👇 这里就做一个循环， 寻找异步消息} while (msg != null && !msg.isAsynchronous());}//step3:当找到异步消息以后if (msg != null) {//step4:判断是否到了要执行异步消息的时间if (now < msg.when) {//如果还没到，就等nextPollTimeoutMillisnextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE);} else {//如果到了执行时间 从链表中移除他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;}}
}

取消同步屏障

取消同步屏障以后，会唤醒线程，去处理之前未被处理的同步消息。

//MessageQueue
public void removeSyncBarrier(int token) {synchronized (this) {Message prev = null;Message p = mMessages;//step1:通过token 寻找设置的同步屏障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;//step2:从链表中移除if (prev != null) {prev.next = p.next;needWake = false;} else {mMessages = p.next;needWake = mMessages == null || mMessages.target != null;}//step3:将Message清空p.recycleUnchecked();if (needWake && !mQuitting) {//step4:唤醒线程nativeWake(mPtr);}}
}

GIF演示

下面以一个简单的示例更佳直观的表现,示例分成3中情况

• 没有启动同步屏障，发送同步消息 发送异步消息
• 开启同步屏障，发送同步消息 发送异步消息
• 开启同步屏障，发送同步消息 发送异步消息 在取消同步屏障

没有启动同步屏障，发送同步消息 发送异步消息

可以看到，如果不开启同步屏障，对于Handler 来说 消息都是会被发送出去

开启同步屏障，发送同步消息 发送异步消息

通过对比能够发现，当开启同步屏障以后，发送的同步消息并没有打印，只有异步消息打印了，说明同步屏障确实只能够允许异步消息通过

开启同步屏障，发送同步消息 发送异步消息 在取消同步屏障

当我们移除同步屏障以后，之前没有收到的同步消息，会立马同步过来

演示代码

class HandlerAct : AppCompatActivity() {companion object {const val TAG = "handler-tag"const val MESSAGE_TYPE_SYNC = 0x01const val MESSAGE_TYPE_ASYN = 0x02}private var index = 0private lateinit var handler :Handlerprivate var token: Int? = null@RequiresApi(Build.VERSION_CODES.M)override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {super.onCreate(savedInstanceState)setContentView(R.layout.activity_handler)initHandler()linear.addView(MaterialButton(this).apply {text = "插入同步屏障"setOnClickListener {sendSyncBarrier()}})linear.addView(MaterialButton(this).apply {text = "移除屏障"setOnClickListener {removeSyncBarrier()}})linear.addView(MaterialButton(this).apply {text = "发送同步消息"setOnClickListener {sendSyncMessage()}})linear.addView(MaterialButton(this).apply {text = "发送异步消息"setOnClickListener {sendAsynMessage()}})}private fun initHandler() {Thread {Looper.prepare()handler = Handler(){when(it.what){MESSAGE_TYPE_SYNC -> {Log.i(TAG, "收到同步消息<========== index:${it.arg1}")}MESSAGE_TYPE_ASYN -> {Log.i(TAG, "收到异步消息<========== index:${it.arg1}")}}true}Looper.loop()}.start()}private fun sendSyncMessage() {index++Log.i(TAG, "插入同步消息==========> index:$index")val message = Message.obtain()message.what = MESSAGE_TYPE_SYNCmessage.arg1 = indexhandler.sendMessageDelayed(message, 1000)}//往消息队列插入异步消息@RequiresApi(api = Build.VERSION_CODES.LOLLIPOP_MR1)private fun sendAsynMessage() {index++Log.i(TAG, "插入异步消息==========> index:$index")val message = Message.obtain()message.what = MESSAGE_TYPE_ASYNmessage.arg1 = indexmessage.isAsynchronous = truehandler.sendMessageDelayed(message, 1000)}@RequiresApi(Build.VERSION_CODES.M)@SuppressLint("DiscouragedPrivateApi")fun sendSyncBarrier() {try {Log.d(TAG, "插入同步屏障")val queue: MessageQueue = handler.looper.queueval method: Method = MessageQueue::class.java.getDeclaredMethod("postSyncBarrier")method.isAccessible = truetoken = method.invoke(queue) as IntLog.d(TAG, "token:$token")} catch (e: Exception) {e.printStackTrace()}}//移除屏障@SuppressLint("DiscouragedPrivateApi")@RequiresApi(api = Build.VERSION_CODES.M)fun removeSyncBarrier() {Log.i(TAG, "移除屏障")try {val queue: MessageQueue = handler.looper.queueval method: Method = MessageQueue::class.java.getDeclaredMethod("removeSyncBarrier",Int::class.javaPrimitiveType)method.isAccessible = truemethod.invoke(queue, token)} catch (e: Exception) {e.printStackTrace()}}}

总结

在面试工作中还要许多的小细节需要我们去注意，上面这些面试题目是我在之前网上收集整理的一小部分，由于文档的篇幅长度限制。就在下面用图片展现给大家看了，如果有需要这些面试题参考（内含参考答案）：https://qr18.cn/CgxrRy