Android面試必問的 Handler 知識點
前言
- 在 Android 中，Handler 是貫穿於整個應用的消息機制，在面試中出現的概率爲：100%
- 在這篇文章裏，我將帶你梳理 Handler 的使用攻略 & 設計原理。追求簡單易懂又不失深度，如果能幫上忙，請務必點贊加關注！
延伸文章
- 關於ThreadLocal，請閱讀：《Java | ThreadLocal 用法解析》
- 關於EventBus，請閱讀： 《Android | 這是一份詳細的 EventBus 使用教程》
目錄
1. 概述
在 Android 中，很多地方是通過消息機制驅動的，例如線程間通信、四大組件的啓動等等。消息機制中主要涉及 的類有：Handler & Looper & MessageQueue & Message，其中 Handler 可以說是消息機制提供給 Java 層的上層接口。
1.1 概念模型
問：Handler 怎麼進行線程通信，原理是什麼？
消息機制其實並不是 Android 系統獨有的設計，在很多系統設計中都可以看到消息機制的身影，例如 IOS 的 runLoop、Web 的 Ajax 和 Spring 的消息隊列等。在所有系統設計的消息機制裏，都會有生產者與消費者的概念，如以下模型：
消息機制概念模型
其中消息緩衝區的具體實現可以是棧 & 隊列，因爲隊列（特別是優先級隊列）是最常見的，所以很多情況都會直接將消息緩衝區稱爲消息隊列。
1.2 架構圖
【類圖】
- Looper 裏組合了 MessageQueue 消息隊列，創建 Looper 的同時也創建了 MessageQueue
- MessageQueue 裏組合了待處理的 Message 鏈表
- Message 持有用於處理消息的 Handler(target)
- Handler 被創建時需要聚合 Looper 與 MessageQueue，默認使用的是當前線程的 Looper
1.3 消息的享元模式
消息機制裏需要頻繁創建消息對象（Message），因此消息對象需要使用享元模式來緩存，以避免重複分配 & 回收內存。具體來說，Message 使用的是有容量限制的、無頭節點的單鏈表的對象池：
Message 的數據結構
2. Handler 核心源碼分析
這一節我們來分析 Handler 的核心源碼：
2.1 啓動消息循環
- 問：Looper 如何在子線程中創建？（字節、小米）
要在哪個線程啓動消息循環，就需要在該線程執行Looper.prepare() & Looper.loop()。只有調用Looper.loop()之後，消息循環纔算真正運轉起來了。具體來說，啓動消息循環的分爲兩種情況：主線程消息循環 & 子線程消息循環，前者由 Framework 啓動，而後者需要我們自己啓動：
- 主線程消息循環
可以看到，在應用啓動時，Framework 已經爲主線程開啓了消息循環，後續我們熟悉的startActivity & startService都是通過主線程消息循環來驅動的。
- 子線程消息循環
在子線程開啓消息循環，我們需要自己調用Looper.prepare() & Looper.loop();。可以直接創建線程，或者使用 HandlerThread，後者主要考慮的多線程中獲取 Looper 的同步問題，見 第 5.1 節。
小結一下：創建 Handler 的代碼需要放在Looper.prepare(); & Looper.loop();中間執行，這是因爲創建 Handler 對象時需要聚合 Looper 對象（默認使用的是當前線程的 Looper），而只有執行Looper.prepare();之後，纔會創建該線程私有的 Looper 對象，否則創建 Handler 會拋異常。
2.2 Looper 線程唯一性
問：說一下 Looper、handler、線程間的關係。例如一個線程可以對應幾個 Looper、幾個Handler？
問：ThreadLocal 的原理，以及在 Looper 是如何應用的？
每個線程只允許調用一次Looper.prepare()，否則會拋異常。這樣設計是因爲一個 Looper 對應了一個消息循環，而一個線程進行多個消息循環是沒有意義的（一個線程不可能同時進行兩個死循環）。那麼，Handler 是如何保證 Looper 線程唯一的呢？
答：首先，Handler 主要利用了 ThreadLocal 在每個線程單獨存儲副本的特性，保證了一個ThreadLocal<Looper>在不同線程存取的Looper對象相互獨立；其次，ThreadLocal 是 Looper 的一個static final變量，這樣就保證了整個進程中 sThreadLocal對象不可變；第三，Looper.prepare()判斷在一個線程裏重複調用，則會拋出異常。
關於 ThreadLocal 的原理分析，在這篇文章裏，我們詳細討論：《Java | ThreadLocal 用法解析》，請關注！
2.3 消息發送
問：Handler#post(Runnable) 是如何執行的？（字節、小米）
問：Handler#sendMessage() 和 Handler#postDelay() 的區別？（字節）
問：多個 Handler 發消息時，消息隊列如何保證線程安全？
問：爲什麼 MessageQueue 不設置消息上限？
消息發送的 API 非常多，最終它們都會調用到Handler#sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis)，內部會交給MessageQueue#enqueueMessage(Message msg, long when)處理，梳理如下：
消息發送調用鏈
消息入隊關鍵源碼
小結一下：
- 每個消息的處理時間
（when）不一樣（SystemClock.uptimeMillis() + delayMill） - 消息入隊時，根據消息的處理時間
（when）做插入排序，隊頭的消息就是最需要執行的消息 - 當消息隊列爲空時（無消息時線程會阻塞），消息入隊需要喚醒線程
- 當消息隊列不爲空時（一般不需要喚醒），只有當開啓同步屏障後第一個異步消息需要喚醒（開啓同步屏障時會在隊首插入一個佔位消息，此時消息隊列不爲空，但是線程可能是阻塞的），關於同步屏障的內容見第 3 節
2.4 消息獲取
問：消息隊列無消息會怎麼樣？爲什麼 block 不會 ANR？
問：Looper 死循環爲什麼不會 ANR?（B站）
問：Looper 死循環爲什麼不阻塞主線程？
問：Handler內存泄漏的原因？
上一節我們說到，消息入隊後 Looper 所在線程就會被喚醒（如果被阻塞），以繼續消息循環。在消息循環中，Looper.loop()會死循環從 MessageQueue 獲取隊首的消息，因爲消息已經按照處理時間（when）排序，所以每次獲取的都是when最小的消息：
【圖】 loop next
至於 Looper 死循環爲什麼不會 ANR?
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消息隊列中無消息怎麼處理 block
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nativePollOnce值爲-1表示無限等待，讓出cpu時間片給其線程，本線程等待
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0表示無須等待直接返回
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nativePollOnce -> epoll(linux) ->linux層的messagequeue
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msg -> 5s -> ANRmsg
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ANR：
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5秒內沒有響應輸入事件，比如按鍵、屏幕觸摸
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10秒內沒有處理廣播
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本質：消息隊列中其他消息耗時，按鍵或廣播消息沒有及時處理
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根本原因不是線程在睡眠，而是消息隊列被其他耗時消息阻塞，導致按鍵或廣播消息沒有及時處理
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Handler內存泄漏的原因
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MessageQueue持有Message，Message持有activity
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delay多久，message就會持有activity多久
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方法：靜態內部類、弱引用
取到一個消息時，如果when還不到，則有限等待（nextPollTimeoutMills）nativePoll()
如果消息隊列沒有消息，則無限等待nativePoll(-1,)，而消息入隊時，會執行nativeWake()
quit也會nativeWake，喚醒Looper所在線程 => messagequeue返回null => Looper退出
2.5 消息分發
問：Message.callback 與 Handler.callback 哪個優先？
問：Handler.callback 和 handlemessage() 都存在，但 callback 返回 true，handleMessage() 還會執行麼？（字節、小米）
獲取需要執行的消息之後，將調用msg.target.dispatchMessage(msg);處理消息，具體如下：
【圖】
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public void dispatchMessage(Message msg) {
-
if (msg.callback != null) {
-
// 1. 設置了Message.Callback（Runnable）
-
handleCallback(msg);
-
} else {
-
if (mCallback != null) {
-
// 2. 設置了 Handler.Callback（Callback ）
-
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
-
return;
-
}
-
}
-
// 3. 未設置 Handler.Callback 或 返回 false
-
handleMessage(msg);
-
}
-
}
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public interface Callback {
-
public boolean handleMessage(Message msg);
-
}
可以看到，除了在Handler#handleMessage(...)中處理消息外，Handler 機制還提供了兩個 Callback 來增加消息處理的靈活性。具體來說，若設置了Message.Callback則優先執行，否則判斷Handler.Callback的返回結果，如果返回false，則最後分發到Handler.handleMessage(...)
2.6 終止消息循環
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quit：
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mQuitting = true
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removeAllMessage()
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nativeWake() 喚醒，程序從nativePollOnce(-1)開始執行
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主線程Looper不允許退出 quit() 拋異常 mQuitAllowed = false
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ActivityThead
-
原因：是handler驅動的機制，所有的事件都需要Handler處理，例如LAUNCH_ACTIVITY等
3. Handler 同步屏障機制
同步屏障（SyncBarrier）是 Handler 用來篩選高低優先級消息的機制，即：當開啓同步屏障時，高優先級的異步消息優先處理。
3.1 開啓同步屏障
3.2 關閉同步屏障
3.3 同步屏障下的消息循環
瞭解更多同步屏障： https://blog.csdn.net/jdsjlzx/article/details/110563162
4. IdleHandler 機制
- 問：IdleHandler 是什麼？怎麼使用，能解決什麼問題？
詳見：https://blog.csdn.net/jdsjlzx/article/details/110532500
5. Handler 應用場景
4.1 HandlerThread
Handler 都是在 Looper 所在線程創建的，但是有時候我們需要在其他線程中創建 Looper 所在線程的 Handler，就需要考慮同步問題，使用 HandlerThread 可以簡化這種同步處理：
既然涉及多個線程的通信，會有同步的問題，Android爲了簡化Handler的創建過程，提供了HandlerThread類
wait - notifyAll - 避免prepare之前調用getLooper()
【重點 鎖的機制】
4.2 IntentService
處理完 service 自動停止 內存釋放
4.3 Fragment 生命週期管理
attach -> commit
Glide生命週期管理 RequestManagerFragment 雙重檢查（避免連續兩次with()重複創建Fragment，因爲commit會發到Handle消息隊列的）
Handler是貫穿於Android的消息管理機制
所有的代碼都是在Handler上運行的（loop()死循環）