Handler消息延迟原理

Quibbler 2021-1-6 650

Handler消息延迟原理


        开发过程中经常会使用Handler设置一些延时任务,Handler是如何实现消息延迟的呢?在Handler、Looper、MessageQueue消息机制原理一文应该也有所了解其原理,这里单独剖析一遍。



1、post系列方法

        提到消息延迟,第一时间想到的就是HandlerpostDelayed()方法。查看API 30的Handler源码,一共有如下七个post任务的方法:

        post(Runnable r):最常用的方法,通常在子线程将任务切回到主线程执行

    public final boolean post(@NonNull Runnable r) {
       return  sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);
    }

        postAtTime(Runnable r, long uptimeMillis)

    public final boolean postAtTime(@NonNull Runnable r, long uptimeMillis) {
        return sendMessageAtTime(getPostMessage(r), uptimeMillis);
    }

        postAtTime(Runnable r, Object token, long uptimeMillis)

    public final boolean postAtTime(Runnable r, @Nullable Object token, long uptimeMillis) {
        return sendMessageAtTime(getPostMessage(r, token), uptimeMillis);
    }

        postDelayed(Runnable r, long delayMillis)

    public final boolean postDelayed(@NonNull Runnable r, long delayMillis) {
        return sendMessageDelayed(getPostMessage(r), delayMillis);
    }

        postDelayed(Runnable r, int what, long delayMillis)

    public final boolean postDelayed(Runnable r, int what, long delayMillis) {
        return sendMessageDelayed(getPostMessage(r).setWhat(what), delayMillis);
    }

        postDelayed(Runnable r, Object token, long delayMillis)

    public final boolean postDelayed(Runnable r, @Nullable Object token, long delayMillis) {
        return sendMessageDelayed(getPostMessage(r, token), delayMillis);
    }

        postAtFrontOfQueue(Runnable r)

    public final boolean postAtFrontOfQueue(@NonNull Runnable r) {
        return sendMessageAtFrontOfQueue(getPostMessage(r));
    }

        看到post系列的方法是做了一些封装,内部还是通过Handler的核心方法sendMessage发送消息。通过getPostMessage(Runnable r)方法将Runnable封装成Message消息。

    private static Message getPostMessage(Runnable r) {
        Message m = Message.obtain();
        m.callback = r;
        return m;
    }



2、send系列方法

        send消息是很常见的,Handler提供7个相似的方法:

        sendMessage(Message msg):Android开发者用的最多的消息发送方法

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

        sendEmptyMessage(int what)

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

        sendEmptyMessageDelayed(int what, long delayMillis)

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

        sendEmptyMessageAtTime(int what, long uptimeMillis)

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

        sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis)

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

        sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis):最终都会调用这个方法

    public boolean sendMessageAtTime(@NonNull 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);
    }

        sendMessageAtFrontOfQueue(Message msg)

    public final boolean sendMessageAtFrontOfQueue(@NonNull Message msg) {
        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, 0);
    }



3、消息延迟源码分析

        捋完Handler中的post和send消息方法,从源码调用流程分析一下其中的延迟原理。


3.1、sendMessageAtTime()

        除了第二节中的第个方法,无论通过其它哪那个方法最终都会调用sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis)方法发送消息,将Message进入队列。

    public boolean sendMessageAtTime(@NonNull 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);
    }

        不管通过哪个方法调用,是否需要延迟,最终都会转换并传入一个uptimeMillis参数。它的含义是:消息应该被传递的绝对时间,使用SystemClock.uptimeMillis()时间为基准(自启动以来的毫秒数,不计算深度睡眠所花费的时间)


3.2、enqueueMessage()

        调用Handler中的enqueueMessage()方法,将Message放入Handler持有的MessageQueue消息队列mQueue中。

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

        Handler的任务到这里就结束,进入MessageQueue中。


3.3、MessageQueue#enqueueMessage()

        接下来是关键,让我们看看消息队列MessageQueue的核心方法之一enqueueMessage(Message msg, long when)

    boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
        if (msg.target == null) {
            throw new IllegalArgumentException("Message must have a target.");
        }
        synchronized (this) {
            if (msg.isInUse()) {
                throw new IllegalStateException(msg + " This message is already in use.");
            }
            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;
            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;
    }

        根据Message的时间when插入MessageQueue队列中合适的位置

    for (;;) {
        prev = p;
        p = p.next;
        if (p == null || when < p.when) {
            break;
        }
        if (needWake && p.isAsynchronous()) {
            needWake = false;
        }
    }

        因为Message是以链表的形式组织起来的,每个Message中都有一个next“指针”指向下一条消息

    public final class Message implements Parcelable {
        public int what;
        ...
        
        Handler target;
        
        Runnable callback;
        
        public long when;
        
        // sometimes we store linked lists of these things
        Message next;
        ...
    }

        这段代码经典的链表插入,将Message按照时间先后插入到Message链中合适的位置

    Message p = mMessages;
        {
        
            Message prev;
            ...
            msg.next = p; // invariant: p == prev.next
            prev.next = msg;
        }

        这样的链表插入时间复杂度妥妥的O(n),消息过多会导致应用卡顿也有可能的。


3.4、消息取出 next()

        消息如何取出呢,在Handler、Looper消息机制的源码中我们知道通过Looper的的loop()方法开启循环,通过MessageQueuenext()方法不断的从消息队列中取出Message处理。

    Message next() {
        // Return here if the message loop has already quit and been disposed.
        // This can happen if the application tries to restart a looper after quit
        // which is not supported.
        final long ptr = mPtr;
        if (ptr == 0) {
            return null;
        }
        int pendingIdleHandlerCount = -1; // -1 only during first iteration
        int nextPollTimeoutMillis = 0;
        for (;;) {
            if (nextPollTimeoutMillis != 0) {
                Binder.flushPendingCommands();
            }
            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 (DEBUG) Log.v(TAG, "Returning message: " + msg);
                        msg.markInUse();
                        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.
            for (int i = 0; i < pendingIdleHandlerCount; i++) {
                final IdleHandler idler = mPendingIdleHandlers[i];
                mPendingIdleHandlers[i] = null; // release the reference to the handler
                boolean keep = false;
                try {
                    keep = idler.queueIdle();
                } catch (Throwable t) {
                    Log.wtf(TAG, "IdleHandler threw exception", t);
                }
                if (!keep) {
                    synchronized (this) {
                        mIdleHandlers.remove(idler);
                    }
                }
            }
            // Reset the idle handler count to 0 so we do not run them again.
            pendingIdleHandlerCount = 0;
            // While calling an idle handler, a new message could have been delivered
            // so go back and look again for a pending message without waiting.
            nextPollTimeoutMillis = 0;
        }
    }

        这段方法非常长,只需要关注其中的核心一段:for循环遍历队列取出Message,关键点是nextPollTimeoutMillis时间变量,当没有Message可以取出就休眠,每次插入Message同样会唤醒并且重新计算时间。

         举个例子:只发送了一个Message,但是这个Message延迟了10s,这时就没有Message可以取出,10s后才有Message可以取出,这10s内就阻塞不会有消息被取出。

        for (;;) {
            if (nextPollTimeoutMillis != 0) {
                Binder.flushPendingCommands();
            }
            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());
                }

        这里有两个Native操作flushPendingCommands()nativePollOnce(long ptr, int timeoutMillis),底层涉及到Linux的epoll,是Linux的一种I/O多路复用机制(略)


不忘初心的阿甘
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