Handler 機制的終極 18 問，都了解了嗎？建議收藏~

我們經常提及 Android 中極為重要的執行緒間通信方式即 Handler 機制，貌似 Handler 類發揮了很大的作用，

事實上當你了解它的原理之后，會發現 Handler 只是該機制的呼叫入口和回呼而已，最重要的東西是 Looper 和 MessagQueue，以及不斷流轉的 Message，

本次針對該機制常被問及的 18 個問題進行整理和回答，供大家解惑和回顧~

1. 簡述下 Handler 的總體原理？

1. Looper#prepare() 初始化執行緒獨有的 Looper 以及 MessageQueue
2. Looper#loop() 開啟死回圈讀取 MessageQueue 中下一個恰當 Message
   • 尚無 Message 的話，呼叫 Native 側的 pollOnce() 進入無限等待
   • Message 執行的 when 條件未滿足的話，呼叫 pollOnce() 時傳入超時引數進入有限等待
3. 向持有 Looper 的 Handler 發送 Message 或 Runnable 后 Message 將被插入到 Looper 持有的 MessageQueue 中合適的位置
   • MessageQueue 發現有合適的 Message 插入，呼叫 Native 側的 wake() 喚醒執行緒，促使 MessageQueue 的讀取進入下一次回圈，因為此刻已有 Message 則出隊和處理
   • Native 側有限等待后指執行緒將喚醒并繼續讀取 MessageQueue，因為時長條件將滿足則將其出隊處理
4. 直接回呼 Message 的 callback 屬性即 Runnable，或依據 target 屬性即 Handler 回呼 handleMessage()

2. Looper 存在哪？如何保證執行緒獨有？

• Looper 實體被快取在靜態屬性 sThreadLocal 中
• ThreadLocal 內部通過 Map 和弱參考的方式快取了每個執行緒獨有的 Looper，所以無論在哪個執行緒呼叫 myLooper() 都可以從 ThreadLocal 中獲取其對應的 Looper 實體

3. Looper 快取在 ThreadLocal 的作用是？

• 并非不是用來切換執行緒的，只是為了讓每個執行緒方便程獲取自己的 Looper 實體，見 Looper#myLooper()
• 后續可供 Handler 初始化時指定其所屬的 Looper 執行緒
• 或用來判斷是否是主執行緒

4. 主執行緒的 Main Looper 和普通 Looper 的異同？

• 區別：

  1. Main Looper 不可 quit

  主執行緒需要不斷讀取系統訊息和用書輸入，是行程的入口，只可被系統直接終止，進而其 Looper 在創建的時候設定了不可 quit 的標志，而其他執行緒的 Looper 則可以也必須手動 quit

  2. Main Looper 實體還被靜態快取

  為了便于每個執行緒獲得主執行緒 Looper 實體，見 Looper#getMainLooper()，Main Looper 實體還作為 sMainLooper 屬性快取到了 Looper 類中，

• 相同點：

1. 都是通過 Looper#prepare() 間接呼叫 Looper 建構式創建的實體

2. 都快取到了靜態實體 ThreadLocal 中方便每個執行緒獲取自己的 Looper 實體

5. Handler 或 Looper 如何切換執行緒？

1. Handler 創建的時候指定了其所屬執行緒的 Looper，同時持有了 Looper 獨有的 MessageQueue

2. Looper的loop() 會持續讀取 MessageQueue 中合適的 Message，沒有 Message 的時候進入等待

3. 當向 Handler 發送 Message 或 post Runnable 后，Handler 會向持有的 MessageQueue 中插入 Message

4. Message 抵達并滿足條件后會喚醒 MessageQueue 所屬的執行緒，并將 Message 回傳給 Looper

5. Looper 接著回呼 Message 所指向的 Handler Callback 或 Runnable，達到執行緒切換的目的

簡言之，向 Handler 發送 Message 其實是向 Handler 所屬的執行緒獨有 MessageQueue 插入 Message，而執行緒獨有的 Looper 又會持續讀取 MessageQueue 和喚醒，

所以發送完 Message 之后，將切換到其所屬的執行緒并運行，

6. Looper 的 loop() 為什么不卡死？

為了讓主執行緒持續處理用戶的輸入，loop() 是死回圈，并不斷呼叫 MessageQueue#next() 讀取合適的 Message，

但當沒有 Message 的時候，會呼叫 pollOnce() 并通過 Linux 的 epoll 機制進入休眠并釋放資源，同時 eventFd 會監聽 Message 抵達的寫入事件并進行喚醒，

這樣可以達到實時接收輸入，適時釋放資源且不卡死執行緒的目的，

7. Looper 等待的時候執行緒到底是什么狀態？

呼叫 Linux 的 epoll 機制進入等待，事實上 Java 執行緒處于 Runnable 狀態，

8. Looper 等待如何準確喚醒？

讀取合適 Message 的 MessageQueue#next() 會因為 Message 尚無或執行條件尚未滿足進行兩種等的等待：

• 無限等待

  尚無 Message（佇列中沒有 Message 或建立了同步屏障但尚無異步 Message）的時候，呼叫 Natvie 側的 `pollOnce()V 會傳入引數 -1，

  Linux 執行 epoll_wait() 將進入無限等待，其等待合適的 Message 插入后呼叫 Native 側的 wake() 向喚醒 fd 寫入事件觸發喚醒

• 有限等待

  有限等待的場合將下一個 Message 剩余時長作為引數交給 epoll_wait()，epoll 將等待一段時間之后自動回傳，接著回到 MessageQueue 讀取的下一次回圈

9. Message 如何獲取？為什么？

• 通過 Message 的靜態方法 obatin() 獲取，因為該方法不是無腦地 new，而是從單鏈表池子里獲取實體，并在 recycle() 后將其放回池子

• 可以復用 Message 實體，滿足頻繁使用 Message 的場景，更加高效

注意：快取池存在上限 50，沒必要無限制地快取，本身也是一種浪費

10. MessageQueue 如何管理 Message？

• MessageQueue 通過單鏈表管理 Message，不同于行程復用的 Message Pool，其是執行緒獨有的
• 通過 Message 的執行時刻 when 對 Message 進行排隊和出隊

11. 理解 Message 和 MessageQueue 的異同？

• 相同點：

  都是通過單鏈表來管理 Message 實體；

  Message 通過 obtain() 和 recycle() 向單鏈表獲取插入節點，MessageQueue 通過 enqueueMessage() 和 next() 向單鏈表獲取和插入節點

• 區別：

  Message 單鏈表是靜態的，供行程使用的快取池；

  MessageQueue 單鏈表非靜態，只供 Looper 執行緒使用；

12. Handler、Mesage 和 Runnable 的關系如何理解？

• 作為使用 Handler 機制的入口，Handler 是發送 Message 或 Runnable 的起點

• 發送的 Runnable 本質上也是 Message，只不過作為 callback 屬性被持有

• Handler 持有 MesageQueue，最終 Message 實體都被插入到佇列中，等待調度

• Handler 作為 target 屬性被持有在 Mesage 中，在 Message 執行條件滿足的時候供 Looper 回呼

事實上，Handler 只是供 App 使用 Handler 機制的 API，實質來說，Message 是更為重要的載體，

13. IdleHandler 了解過嗎？有什么用？

• 適用于期望空閑時候執行，但不影響主執行緒操作的任務

• 系統應用：

  1. Activity destroy 回呼就放在了 IdleHandler 中
  2. ActivityThread 中 GCHandler 使用了 IdleHandler，在空閑的時候執行 GC 操作

• App 應用：

  1. 發送一個回傳 true 的 IdleHandler，在里面讓某個 View 不停閃爍，這樣當用戶發呆時就可以誘導用戶點擊這個 View
  2. 將某部分初始化放在 IdleHandler 里不影響 Activity 的啟動，，，

• 關于 IdleHandler 的其他問題：

  1. add/remove IdleHandler 的方法，是否需要成對使用？

  不需要，回呼回傳 false 也可以移除

  2. 當 mIdleHanders 一直不為空時，為什么不會進入死回圈？

  執行過 IdleHandler 之后會將計數重置為 0，確保下一次回圈不重復執行

  3. 是否可以將一些不重要的啟動服務，搬移到 IdleHandler 中去處理？

  最好不要，回呼時機不太可控，需要搭配 remove 謹慎使用

  4. IdleHandle 的 queueIdle() 運行在那個執行緒？

  取決于 IdleHandler add 到的 MessageQueue 所處的執行緒

14. 異步 Message 或同步屏障了解過嗎？怎么用？什么原理？

• 異步 Message 是設定了 isAsync 屬性的 Message 實體，可以用異步 Handler 發送，也可以呼叫 Message#setAsynchronous() 直接設定為異步 Message

• 同步屏障指的是在 MessageQueue 的某個位置放一個沒有 target 屬性的 Message，確保此后的非異步 Message 無法執行，只能執行異步 Message

• 原理：

  當 MessageQueue 輪循 Message 時候發現建立了同步屏障的時候，會去跳過其他 Message，讀取下個 async 的 Message 并執行，屏障移除之前同步 Message 都會被阻塞

• 應用：

  比如螢屏重繪 Choreographer 就使用到了同步屏障，確保螢屏重繪事件不會因為佇列負荷影響螢屏及時重繪，

• 注意：

  同步屏障的添加或移除 API 并未對外公開，App 需要使用的話需要依賴反射機制

15. Looper、MessageQueue、Message 及 Handler 的關系？

• Looper 負責輪循 MessageQueue，保持執行緒不結束
• MessagQueue 負責管理待處理 Message 的入隊和出隊
• Message 是承載任務的載體，由 MessageQueue 進行調度
• Handler 則是對外公開的 API，負責發送 Message 和處理任務的回呼

16. Native 側的 NativeMessageQueue 和 Looper 的作用是？

• NativeMessageQueue 負責連接 Java 側的 MessageQueue，進行后續的 wait 和 wake，后續將創建 wake 的FD，并通過 epoll 機制等待或喚醒，但并不參與管理 Java 的 Message

• Native 側也需要使用 Looper 機制，等待和喚醒的需求是同樣的，所以將這部分實作都封裝到了 Looper.cpp 中，供 Java 和 Native 一起使用

17. Native 側如何使用 Looper？

• Looper Native 部分承擔了 Java 側 Looper 的等待和喚醒，除此之外其還提供了 Message、MessageHandler 或 WeakMessageHandler、LooperCallback 或 SimpleLooperCallback 等 API

• 這些部分可供 Looper 被 Native 側直接呼叫，比如 InputFlinger 廣泛使用

• 主要方法是呼叫 Looper 建構式或 prepare 創建 Looper，然后通過 poll 開始輪詢，接著 sendMessage 或 addEventFd，等待 Looper 的喚醒，使用程序和 Java 的呼叫思路類似

18. 正確理解 Handler 導致的記憶體泄露？

• 持有 Activity 實體的內名內部類或內部類的生命周期應當和 Activity 保持一致
• 如果 Activity 本該銷毀了，但異步任務仍然活躍或通過 Handler 發送的 Message 尚未處理完畢，將使得內部類實體的生命周期被錯誤地延長
• 造成本該回收的 Activity 實體被別的 Thread 或 Main Looper 占據而無法及時回收（活躍的 Thread 或 靜態屬性 sMainLooper 是 GC Root 物件）
• 記得持有 Activity 盡量采用靜態內部類 + 弱參考的寫法，另外在 Activity 銷毀的時候及時地終止 Thread 或清空 Message（Message 清空后會執行 recycle()，內部將重置 target 等屬性，handler 就不再可達了）