Android面试必问的 Handler 知识点
一叶飘舟于 2020-12-03 12:03:10 发布547 收藏 9 版权前言
- 在 Android 中,Handler 是贯穿于整个应用的消息机制,在面试中出现的概率为:100%
- 在这篇文章里,我将带你梳理 Handler 的使用攻略 & 设计原理。追求简单易懂又不失深度,如果能帮上忙,请务必点赞加关注!
延伸文章
- 关于ThreadLocal,请阅读:《Java | ThreadLocal 用法解析》
- 关于EventBus,请阅读: 《Android | 这是一份详细的 EventBus 使用教程》
目录
1. 概述
在 Android 中,很多地方是通过消息机制驱动的,例如线程间通信、四大组件的启动等等。消息机制中主要涉及 的类有:Handler & Looper & MessageQueue & Message,其中 Handler 可以说是消息机制提供给 Java 层的上层接口。
1.1 概念模型
问:Handler 怎么进行线程通信,原理是什么?
消息机制其实并不是 Android 系统独有的设计,在很多系统设计中都可以看到消息机制的身影,例如 IOS 的 runLoop、Web 的 Ajax 和 Spring 的消息队列等。在所有系统设计的消息机制里,都会有生产者与消费者的概念,如以下模型:
消息机制概念模型
其中消息缓冲区的具体实现可以是栈 & 队列,因为队列(特别是优先级队列)是最常见的,所以很多情况都会直接将消息缓冲区称为消息队列。
1.2 架构图
【类图】
- Looper 里组合了 MessageQueue 消息队列,创建 Looper 的同时也创建了 MessageQueue
- MessageQueue 里组合了待处理的 Message 链表
- Message 持有用于处理消息的 Handler(target)
- Handler 被创建时需要聚合 Looper 与 MessageQueue,默认使用的是当前线程的 Looper
1.3 消息的享元模式
消息机制里需要频繁创建消息对象(Message),因此消息对象需要使用享元模式来缓存,以避免重复分配 & 回收内存。具体来说,Message 使用的是有容量限制的、无头节点的单链表的对象池:
Message 的数据结构
2. Handler 核心源码分析
这一节我们来分析 Handler 的核心源码:
2.1 启动消息循环
- 问:Looper 如何在子线程中创建?(字节、小米)
要在哪个线程启动消息循环,就需要在该线程执行Looper.prepare() & Looper.loop()
。只有调用Looper.loop()
之后,消息循环才算真正运转起来了。具体来说,启动消息循环的分为两种情况:主线程消息循环 & 子线程消息循环,前者由 Framework 启动,而后者需要我们自己启动:
- 主线程消息循环
可以看到,在应用启动时,Framework 已经为主线程开启了消息循环,后续我们熟悉的startActivity & startService
都是通过主线程消息循环来驱动的。
- 子线程消息循环
在子线程开启消息循环,我们需要自己调用Looper.prepare() & Looper.loop();
。可以直接创建线程,或者使用 HandlerThread,后者主要考虑的多线程中获取 Looper 的同步问题,见 第 5.1 节。
小结一下:创建 Handler 的代码需要放在Looper.prepare(); & Looper.loop();
中间执行,这是因为创建 Handler 对象时需要聚合 Looper 对象(默认使用的是当前线程的 Looper),而只有执行Looper.prepare();
之后,才会创建该线程私有的 Looper 对象,否则创建 Handler 会抛异常。
2.2 Looper 线程唯一性
问:说一下 Looper、handler、线程间的关系。例如一个线程可以对应几个 Looper、几个Handler?
问:ThreadLocal 的原理,以及在 Looper 是如何应用的?
每个线程只允许调用一次Looper.prepare()
,否则会抛异常。这样设计是因为一个 Looper 对应了一个消息循环,而一个线程进行多个消息循环是没有意义的(一个线程不可能同时进行两个死循环)。那么,Handler 是如何保证 Looper 线程唯一的呢?
答:首先,Handler 主要利用了 ThreadLocal 在每个线程单独存储副本的特性,保证了一个ThreadLocal<Looper>
在不同线程存取的Looper
对象相互独立;其次,ThreadLocal 是 Looper 的一个static final
变量,这样就保证了整个进程中 sThreadLocal
对象不可变;第三,Looper.prepare()
判断在一个线程里重复调用,则会抛出异常。
关于 ThreadLocal 的原理分析,在这篇文章里,我们详细讨论:《Java | ThreadLocal 用法解析》,请关注!
2.3 消息发送
问:Handler#post(Runnable) 是如何执行的?(字节、小米)
问:Handler#sendMessage() 和 Handler#postDelay() 的区别?(字节)
问:多个 Handler 发消息时,消息队列如何保证线程安全?
问:为什么 MessageQueue 不设置消息上限?
消息发送的 API 非常多,最终它们都会调用到Handler#sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis)
,内部会交给MessageQueue#enqueueMessage(Message msg, long when)
处理,梳理如下:
消息发送调用链
消息入队关键源码
小结一下:
- 每个消息的处理时间
(when)
不一样(SystemClock.uptimeMillis() + delayMill) - 消息入队时,根据消息的处理时间
(when)
做插入排序,队头的消息就是最需要执行的消息 - 当消息队列为空时(无消息时线程会阻塞),消息入队需要唤醒线程
- 当消息队列不为空时(一般不需要唤醒),只有当开启同步屏障后第一个异步消息需要唤醒(开启同步屏障时会在队首插入一个占位消息,此时消息队列不为空,但是线程可能是阻塞的),关于同步屏障的内容见第 3 节
2.4 消息获取
问:消息队列无消息会怎么样?为什么 block 不会 ANR?
问:Looper 死循环为什么不会 ANR?(B站)
问:Looper 死循环为什么不阻塞主线程?
问:Handler内存泄漏的原因?
上一节我们说到,消息入队后 Looper 所在线程就会被唤醒(如果被阻塞),以继续消息循环。在消息循环中,Looper.loop()
会死循环从 MessageQueue 获取队首的消息,因为消息已经按照处理时间(when)
排序,所以每次获取的都是when
最小的消息:
【图】 loop next
至于 Looper 死循环为什么不会 ANR?
- 消息队列中无消息怎么处理 block
- nativePollOnce值为-1表示无限等待,让出cpu时间片给其线程,本线程等待
- 0表示无须等待直接返回
- nativePollOnce -> epoll(linux) ->linux层的messagequeue
- msg -> 5s -> ANRmsg
- ANR:
- 5秒内没有响应输入事件,比如按键、屏幕触摸
- 10秒内没有处理广播
- 本质:消息队列中其他消息耗时,按键或广播消息没有及时处理
- 根本原因不是线程在睡眠,而是消息队列被其他耗时消息阻塞,导致按键或广播消息没有及时处理
- Handler内存泄漏的原因
- MessageQueue持有Message,Message持有activity
- delay多久,message就会持有activity多久
- 方法:静态内部类、弱引用
取到一个消息时,如果when还不到,则有限等待(nextPollTimeoutMills)nativePoll()
如果消息队列没有消息,则无限等待nativePoll(-1,),而消息入队时,会执行nativeWake()
quit也会nativeWake,唤醒Looper所在线程 => messagequeue返回null => Looper退出
2.5 消息分发
问:Message.callback 与 Handler.callback 哪个优先?
问:Handler.callback 和 handlemessage() 都存在,但 callback 返回 true,handleMessage() 还会执行么?(字节、小米)
获取需要执行的消息之后,将调用msg.target.dispatchMessage(msg);
处理消息,具体如下:
【图】
- public void dispatchMessage(Message msg) {
- if (msg.callback != null) {
- // 1. 设置了Message.Callback(Runnable)
- handleCallback(msg);
- } else {
- if (mCallback != null) {
- // 2. 设置了 Handler.Callback(Callback )
- if (mCallback.handleMessage(msg)) {
- return;
- }
- }
- // 3. 未设置 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(...)
中处理消息外,Handler 机制还提供了两个 Callback 来增加消息处理的灵活性。具体来说,若设置了Message.Callback
则优先执行,否则判断Handler.Callback
的返回结果,如果返回false
,则最后分发到Handler.handleMessage(...)
2.6 终止消息循环
- quit:
- mQuitting = true
- removeAllMessage()
- nativeWake() 唤醒,程序从nativePollOnce(-1)开始执行
- 主线程Looper不允许退出 quit() 抛异常 mQuitAllowed = false
- ActivityThead#main looper.loop() 之后抛异常
- 原因:是handler驱动的机制,所有的事件都需要Handler处理,例如LAUNCH_ACTIVITY等
3. Handler 同步屏障机制
同步屏障(SyncBarrier)是 Handler 用来筛选高低优先级消息的机制,即:当开启同步屏障时,高优先级的异步消息优先处理。
3.1 开启同步屏障
3.2 关闭同步屏障
3.3 同步屏障下的消息循环
了解更多同步屏障: https://blog.csdn.net/jdsjlzx/article/details/110563162
4. IdleHandler 机制
- 问:IdleHandler 是什么?怎么使用,能解决什么问题?
详见:https://blog.csdn.net/jdsjlzx/article/details/110532500
5. Handler 应用场景
4.1 HandlerThread
Handler 都是在 Looper 所在线程创建的,但是有时候我们需要在其他线程中创建 Looper 所在线程的 Handler,就需要考虑同步问题,使用 HandlerThread 可以简化这种同步处理:
既然涉及多个线程的通信,会有同步的问题,Android为了简化Handler的创建过程,提供了HandlerThread类
wait - notifyAll - 避免prepare之前调用getLooper()
【重点 锁的机制】
4.2 IntentService
处理完 service 自动停止 内存释放
4.3 Fragment 生命周期管理
attach -> commit
Glide生命周期管理 RequestManagerFragment 双重检查(避免连续两次with()重复创建Fragment,因为commit会发到Handle消息队列的)
Handler是贯穿于Android的消息管理机制
所有的代码都是在Handler上运行的(loop()死循环)
标签:知识点,队列,Handler,线程,Looper,Android,Message,消息 From: https://www.cnblogs.com/ioriwellings/p/16333326.html