Handler、Looper与MessageQueue源码解析_looper 退出机制-优快云博客

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/cc_lova_wxf/article/details/73250612

1. 前言

我们知道，Android中的主线程是默认开启了Looper的，子线程是没有开启了Looper的。这也就意味着子线程的run()方法执行结束后该线程就结束了。那么Looper到底是什么东西呢？为什么开启Looper线程就不会执行结束呢？

2. 子线程开启Looper的示例代码

要在子线程开启Looper，其实非常得简单，以下是标准的代码

private void startWorkThread(){
    workThread = new Thread(){
        @Override
        public void run() {
            Looper.prepare();
            mLooper = Looper.myLooper();
            if (null == mLooper)
                Log.d(TAG, "mLooper is null pointer");
            else
                Log.d(TAG, "mLooper is valid");
            workHandler = new WorkHandler();
            Looper.loop();
        }
    };
    workThread.start();
}

3. Looper的详解

首先，看看Looper.prepare()方法的具体实现：

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));
}

从上面我们可以得知：一个线程只能拥有一个Looper实例，否则会抛出运行时异常。然后我们来看Looper的构造方法

private Looper(boolean quitAllowed) {
    mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
    mThread = Thread.currentThread();
}

MessageQueue(boolean quitAllowed) {
    mQuitAllowed = quitAllowed;
    mPtr = nativeInit();
}

可以看出，Looper的构造方法中，只是初始化了MessageQueue消息队列，并且将当前线程绑定到Looper的成员变量上。在下面的MessageQueue的构造方法中，我们看出来也只是做了一些变量的赋值。

然后看一下Looper.myLooper()方法

public static Looper myLooper() {
    return sThreadLocal.get();
}

将prepare方法生成的Looper对象返回过来。也就是说myLooper方法必须在prepare方法之后调用，否则就会返回为null。

接下来就是激动人心的loop()方法了，让我们来一览乾坤，抽取出关键代码

public static void loop() {
    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;
        }

        ………………

        msg.target.dispatchMessage(msg);

        ………………

        msg.recycleUnchecked();
    }
}

如果myLooper返回的为null，则抛出异常，这就意味着loop()方法必须放在prepare方法后面调用
开启无限循环，调用MessageQueue的next方法取出队列中的消息，注意这个方法可能会阻塞，返回的msg如果为null，表示结束，调用return退出loop方法，同时也就退出了线程的执行。
如果msg不为空，则调用msg.target分发处理这个消息。msg.target实际上就是调用了sendMessage的那个Handler，最后会在该Handler的handleMessage(Message msg)方法中处理这个消息。
如果msg不为空，则销毁回收这个Message。

我们可以看出，决定了子线程的走向的，完全是在于MessageQueue的next方法的返回值和状态，该方法有以下三种情况。
1. 返回msg，表示需要对这个msg进行处理
2. 阻塞，子线程也就阻塞起来等待唤醒
3. 返回null，子线程执行结束，退出子线程

那么MessageQueue的next()方法如何展示出这三种情况的呢，我们来看看MessageQueue的next()方法的源码：

4. MessageQueue的详解

抽取next()方法的关键部分：

Message next() {
    ………………
    int nextPollTimeoutMillis = 0;
    for (;;) {
        ………………

        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 (false) Log.v("MessageQueue", "Returning message: " + msg);
                    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.
        ………………
    }
}

首先，nativePollOnce方法表示阻塞，参数nextPollTimeoutMillis表示要阻塞的时间。刚调用的时候nextPollTimeoutMillis为0，则表示不阻塞。然后将当前的消息mMessage赋值给局部变量msg，如果msg不为空但是target为空时，则取下一个同步性质的msg。然后如果msg不为空时，则判断当前消息的延时时间是否到达，如果到达或者超过了延时时间，则表示需要马上返回这个Message，则首先将阻塞标志mBlocked置为false，然后将这个msg直接返回，退出next方法的流程。如果没到延时时间的话，则将nextPollTimeoutMillis赋值为剩余的时间。如果msg为空时，则将nextPollTimeoutMillis赋值为-1，据我推测-1表示一直阻塞。然后判断当前MessageQueue是否被quit了，如果quit了则直接返回null表示结束。若没有quit此时按道理来讲应该将线程阻塞起来了。但是android系统做了一个优化，此时判断闲时处理器的数量是否大于0，因为走到这一步要么MessageQueue队列为空；要么第一条Message的延时时间还未到达；此时线程处于闲置状态，android系统为了尽最大可能利用资源，此时会自动计算是否需要开启闲时Handler处理一些事情。若闲时处理器的数量大于等于1，则表示当前有闲时处理器正在处理一些事情，此时当然不能将线程阻塞起来；若闲时处理器小于1，表示当前线程没有任何事情可做，需要将当前线程阻塞起来，则将阻塞标志mBlocked置为true。记住，真正实现阻塞的是在for无限循环的第二次循环里面的nativePollOnce方法，nextPollTimeoutMillis表示要阻塞的时间，-1我推测应该是无限时间。mBlocked表示是否需要唤醒线程，后面会提到这个字段的使用。

那么我们可以总结一下，next()方法的状态分别是在哪些状态下进行的。

如果当前消息队列不为空，并且第一个消息的延时时间已经到达了，则立刻将这个Message返回给Looper。
如果当前消息队列不为空，但是第一个消息的延时时间还未到达，此时判断闲时处理器的数量是否大于0，如果小于1的话，表示当前线程没有任何事情可做，则会在for的下一次循环时阻塞当前线程，阻塞时间为消息的延时时间与当前时间的差值。
如果当前消息队列为空，此时判断闲时处理器的数量是否大于0，如果小于1的话，表示当前线程没有任何事情可做，则会在for的下一次循环时阻塞当前线程，阻塞时间为无限时长。
如果当前消息队列被quit了，这也是唯一的途径会返回null，而Looper的loop()方法接受到MessageQueue的next()方法返回null时，也会直接return；因此这个case表示直接退出当前子线程。

5. 总结

总结了上面四条next()方法的情况后，我梳理了以下两个问题：
1. 当消息队列为空时，此时会被无限时长阻塞，那么什么时候唤醒当前线程呢？
2. 消息队列什么时候会被quit呢？也就是说子线程开启了loop()之后，什么时候才会停止呢？

首先来看第一个问题，我们在MessageQueue发现了这样一个方法：

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("MessageQueue", e.getMessage(), e);
            msg.recycle();
            return false;
        }

        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;
}

我们只关心重点，代码中有两处用mBlocked对needWake进行赋值，表示是否需要唤醒线程，然后在nativeWake(mPtr)这个native方法中进行唤醒。所以说是enqueueMessage这个方法唤醒了阻塞中的线程。那么enqueueMessage方法又是在哪儿被调用的呢？答案是Handler。我们来看Handler的sendMessage六兄弟：

public final boolean sendMessage(Message msg)
{
    return sendMessageDelayed(msg, 0);
}

public final boolean sendEmptyMessage(int what)
{
    return sendEmptyMessageDelayed(what, 0);
}

public final boolean sendEmptyMessageDelayed(int what, long delayMillis) {
    Message msg = Message.obtain();
    msg.what = what;
    return sendMessageDelayed(msg, delayMillis);
}

public final boolean sendEmptyMessageAtTime(int what, long uptimeMillis) {
    Message msg = Message.obtain();
    msg.what = what;
    return sendMessageAtTime(msg, uptimeMillis);
}

public final boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis)
{
    if (delayMillis < 0) {
        delayMillis = 0;
    }
    return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis);
}


public boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis) {
    MessageQueue queue = mQueue;
    if (queue == null) {
        RuntimeException e = new RuntimeException(
                this + " sendMessageAtTime() called with no mQueue");
        Log.w("Looper", e.getMessage(), e);
        return false;
    }
    return enqueueMessage(queue, msg, uptimeMillis);
}

发现最后都是调用的sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis)方法，这个方法最后返回的是enqueueMessage方法，看到这个名字是否感觉有点曙光了，我们接着看：

private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
    msg.target = this;
    if (mAsynchronous) {
        msg.setAsynchronous(true);
    }
    return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}

真相大白，直接调用的是MessageQueue的enqueueMessage方法，验证了我们刚才的说法。也就是说Handler的sendMessage系列的方法会唤醒阻塞中的线程，具体作用的方法是MessageQueue的enqueueMessage方法。

现在我们来解决第二个问题，MessageQueue什么时候会被quit呢？我们根据名字找一个方法：

void quit(boolean safe) {
    if (!mQuitAllowed) {
        throw new IllegalStateException("Main thread not allowed to quit.");
    }

    synchronized (this) {
        if (mQuitting) {
            return;
        }
        mQuitting = true;

        if (safe) {
            removeAllFutureMessagesLocked();
        } else {
            removeAllMessagesLocked();
        }

        // We can assume mPtr != 0 because mQuitting was previously false.
        nativeWake(mPtr);
    }
}

如果mQuitting为true，表示已经被quit了，此时就直接return了。否则将mQuitting置为true。然后调用nativeWake(mPtr)方法唤醒阻塞中的线程。在刚才的MessageQueue的next()方法我们的确看到mQuitting是作为是否被quit的标志位。

那么，MessageQueue的quit()方法在哪儿被调用的呢？答案当然是Looper了。下面的Looper的quit方法，简直明了粗暴。

public void quit() {
    mQueue.quit(false);
}

那么Looper是在哪儿调用的呢？很遗憾，我在我当前的项目中并未看见任何地方调用quit()，此时我想起了android的实现机制

若主线程退出后，子线程不会独立存留在系统中

也就是说，主线程退出，子线程也会跟着退出，我估计系统会自动调用子线程的quit()方法。若主线程不退出，手动调用子线程的quit()方法也会退出子线程。若不调用子线程的quit()的方法，子线程会像主线程一样，一直存在于内存中。

6. 提问

问：那么是不是会造成系统的内存管理不善呢？

答案是否认的。根据前面所讲，子线程在调用了Looper后，如果不调用quit()退出，则一直在内存中，要么处于阻塞装状态；要么开启了空闲处理器进行一些优化操作。因此这在内存上是很合理的。

问：为什么系统不实现一种自动退出机制，让子线程自动退出避免占用内存呢？

答案也是否认的。Looper作为框架层，它并不能知晓具体的使用业务。我们举例一种自动退出机制：超时机制。系统不能去定义这个超时阈值。比如说，目前需求是每一天sendMessage一次心跳消息，但是Looper并不知道如何定义这个超时时间，若自己定义一个时间quit退出了，在下一次的message到来时则会发生异常。我认为，开启loop后常驻内存是合理的。既然选择了在子线程开启loop，就要承担子线程常驻内存的后果，更何况还有quit()方法可以选择调用。