Android Handler的原理机制与问题避免

吕超峰

（张家界航空工业职业技术学院 湖南张家界 427000）

摘要：Android程序分为主(UI)线程和子线程。为了避免一系列耗时操作影响UI线程导致页面卡顿，Android提供Handler工具类来解决此类问题。然而在使用过程中，Android学习者与开发者在使用handler时并不了解其机制，导致出现内存泄漏、消息同步等问题。本文旨在通过分析Handler的原理机制，为学习者和开发者在使用Handler出现问题时提出解决方案。

关键字：Android,Handler,内存泄漏，消息同步

0 引言

Android操作系统是目前最为流行的手机操作系统之一。在Android的应用程序中，为了保证对用户操作界面的及时响应性。Android主线程（UI线程）主要负责UI绘制，耗时操作不能放在主线程执行，否则容易造成卡顿，严重时会ANR(应用无法响应)。比如与网络服务器进行数据交互、文件下载等服务器交互操作或者是本地的文件读取操作，都会将其置于子线程当中。而如何使得子线程和UI线程进行通信则显得尤为重要。因此，Android提供了Handler来作为异步线程进行通信的工具。这种方式也是Android官方推荐的方式，比较节省性能。在Android中最常使用Handler的场景就是主线程调用子线程去进行网络访问，子线程在获取到网络访问的返回结果并处理数据之后，通知主线程去更新UI。例如下拉刷新、上拉加载以及硬盘数据读取(IO操作)。Handler在这里充当的是消息的发送者和接收者的角色。所谓消息，也就是某种特定条件发生之后的状态。例如获取完网络数据之后，获取数据成功或者失败，就是不同的状态，需要发送不同的消息。

1 Handler的机制

Message(消息):需要被传递的消息。分为硬件产生的消息（比如按钮、用户触摸）以及软件生成的消息。

MessageQueue(消息队列)：负责消息的存储与管理，通过将Handler发送过来的Message存放于消息队列中，然后依次将其取出来。读取以后则会自动删除消息，通过单链表进行维护，以方便其进行插入和删除。通过next()方法进行无限循环，从而能够判断出是否有消息，如果有则将消息传递出去并且进行删除。

Handler(消息处理器):负责Message的发送以及处理。主要通过Handler.sendMessage()向消息池发送各种消息事件。以及Handler.handleMessge()来进行消息处理。处理的过程将会按照FIFO(先进先出)原则进行消息的执行，其内部同样使用的是单链表的结构。

2. Handler的使用问题

2.1 内存泄漏

内存泄漏问题是Handler使用过程中的第一大问题^[1]。因为内部类会有一个指向外部类的引用（这个Handler又持有Activity的引用，就导致该Activity无法被回收）。垃圾回收机制中约定，当内存中的一个对象的引用计数为0时，将会被回收。而Handler作为Android上的异步消息处理机制，它的工作是需要Looper和MessageQueue配合的。简单的说，要维护一个循环体（Looper）处理消息队列（MessageQueue）。每循环一次就从MessageQueue中取出一个Message，然后回调相应的消息处理函数。如果，循环体中有消息未处理（Message排队中），那么Handler会一直存在，那么Handler的外部类（通常是Activity）的引用计数一直不会是0，所以那个外部类就不能被垃圾回收。因此大多数的Android初学者和开发者经常会遇到activity的onDestroy方法一直不执行导致内存泄漏。

基于以上原因，我们可以采用软引用和弱引用来解决Handler导致的内存泄漏问题。软引用（SoftReference）：如果一个对象只具有软引用，则内存空间充足时，垃圾回收器就不会回收它；如果内存空间不足了，就会回收这些对象的内存。只要垃圾回收器没有回收它，该对象就可以一直被程序使用。弱引用（WeakReference）：如果一个对象只具有弱引用，那么在垃圾回收器线程扫描的过程中，一旦发现了只具有弱引用的对象，不管当前内存空间足够与否，都会回收它的内存。两者之间根本区别在于：只具有弱引用的对象拥有更短暂的生命周期，可能随时被回收。而只具有软引用的对象只有当内存不够的时候才被回收，在内存足够的时候，通常不被回收。

通过以上分析我们可以使用使用静态内部类来创建Handler，但是与此同时Handler就不能调用Activity里的非静态方法了，所以加上「弱引用持有外部Activity。即可解决内存泄漏问题。

2.2 消息同步问题

其次是Handler的同步屏障机制

^[2]。如果有一个紧急的Message需要优先处理，该怎么处理呢？这其实涉及到架构方面的设计了，通用场景和特殊场景的设计。我们可能会想到sendMessageAtFrontOfQueue()这个方法，实际也远远不只是如此，Handler中加入了同步屏障这种机制，来实现异步消息优先执行的功能。postSyncBarrier()发送同步屏障，removeSyncBarrier()移除同步屏障。同步屏障的作用可以理解成拦截同步消息的执行，主线程的Looper会一直循环调用 MessageQueue的next()来取出队头的Message执行，当Message执行完后再去取下一个。当next()方法在取Message时发现队头是一个同步屏障的消息时，就会去遍历整个队列，只寻找设置了异步标志的消息，如果有找到异步消息，那么就取出这个异步消息来执行，否则就让next()方法陷入阻塞状态。如果next()方法陷入阻塞状态，那么主线程此时就是处于空闲状态的，也就是没在干任何事。所以，如果队头是一个同步屏障的消息的话，那么在它后面的所有同步消息就都被拦截住了，直到这个同步屏障消息被移除出队列，否则主线程就一直不会去处理同步屏幕后面的同步消息。而所有消息默认都是同步消息，只有手动设置了异步标志，这个消息才会是异步消息。因为主线程中如果有太多消息要执行，而这些消息又是根据时间戳进行排序，如果不加一个同步屏障的话，那么遍历绘制View树的工作就可能被迫延迟执行，因为它也需要排队，那么就有可能出现当一帧都快结束的时候才开始计算屏幕数据，那即使这次的计算少于16.6ms，也同样会造成丢帧现象。

3. 总结

Handler是构成整个Android系统的基础，本文通过对Handler的原理进行剖析，分析出在使用Handler的过程中会出现的问题，以及提出解决问题所应采取的措施。以期解决Android学习和开发过程中对Handler使用所产生的问题。

参考文献

[1]基于Android系统的《国际功能、残疾和健康分类·康复组合》移动APP的开发[J]. 章马兰,燕铁斌. 中国康复医学杂志. 2019(02)

基于动态插桩的C/C++内存泄漏检测工具的设计与实现[J]. 曾佳平,杨秋辉,汪华龙,徐保平,黄蔚. 计算机应用研究. 2015(06)

作者简介：吕超峰 1991.07.20 男 汉 湖南省邵阳县 本科 助教 软件专业