Android开发中Handler同步屏障机制(sync barrier)详解-51CTO.COM

Handler同步屏障机制是Android开发中一个较为高级且复杂的特性，主要用于控制消息队列MessageQueue中消息的处理顺序。当设置同步屏障时，会阻止所有普通消息（同步消息）的处理，同时允许立即消息（例如带回调的消息或Runnable对象）继续执行。

「消息分类」：

「普通消息（同步消息）」：常见的通过Handler发送的消息，按照时间戳顺序在MessageQueue中排队。我们平时发的消息基本都是同步消息，在这里不做讨论。
「屏障消息（同步屏障）」：一个特殊的Message对象，没有target属性，用于在MessageQueue中插入屏障。
「异步消息」：可以通过特定方式标记的消息，优先级高于同步消息，即使存在同步屏障也能被处理。

屏障消息（同步屏障）

同步屏障是通过MessageQueue的postSyncBarrier方法开启。

private int postSyncBarrier(long when) {
    // Enqueue a new sync barrier token.
    // We don't need to wake the queue because the purpose of a barrier is to stall it.
    synchronized (this) {
        final int token = mNextBarrierToken++;
        final Message msg = Message.obtain();
        msg.markInUse();
        msg.when = when;
        msg.arg1 = token;

        Message prev = null;
        Message p = mMessages;
        if (when != 0) {
            while (p != null && p.when <= when) {
                prev = p;
                p = p.next;
            }
        }
        if (prev != null) { // invariant: p == prev.next
            msg.next = p;
            prev.next = msg;
        } else {
            msg.next = p;
            mMessages = msg;
        }
        return token;
    }
}1.
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第一步，获取屏障的的唯一标示，标示从0开始，自加1。
第二步，从Message消息对象池中获取一个msg，设置msg为正在使用状态，并且重置msg的when和arg1，arg1的值设置为token值。但是这里并没有给tareget赋值。所以msag的target是否为空是判断这个msg是否是屏障消息的标志。
第三步，创建变量pre和p，为下一步做准备。其中p被赋值为mMessages，mMessages指向消息队列中的第一个元素，所以此时p指向消息队列中的第一个元素。
第四步，通过对队列中的第一个Message的when和屏障的when进行比较，决定屏障消息在整个消息队列中的位置，因为消息队列中的消息都是按时间排序的。
第五步，prev != null，代表不是消息的头部，把msg插入到消息队列中。
第六步，prev == null，代表是消息队列的头部，把msg插入消息的头部。

通常通过Handler发送消息handler.sendMessage(),最终都会调用Handler.java中的enqueueMessage()方法。

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);
}1.
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可以看到，enqueueMessage()方法里为msg设置了target字段。而postSyncBarrier()方法也是从Message消息对象池中获取一个msg插入到消息队列中，唯一的不同是没有设置target字段，从代码层面上讲，屏障消息就是一个target为空的Message。

「工作原理」：Handler的消息处理是在Looper.loop()方法从消息队列中获取消息并交给Handler处理，其中是通过MessageQueue是通过next方法来获取消息的。

Message next() {
    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) {
                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;
            }
            if (mQuitting) {
                dispose();
                return null;
            }
            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);
        }
        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);
                }
            }
        }
        pendingIdleHandlerCount = 0;
        nextPollTimeoutMillis = 0;
    }
}1.
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msg.target == null时说明此时的msg是屏障消息，此时会进入到循环，遍历移动msg的位置，直到移动到的msg是异步message退出循环，也就是说循环的代码会过滤掉所有的同步消息，直到取出异步消息为止。

当设置了同步屏障之后，next函数将会忽略所有的同步消息，返回异步消息。设置了同步屏障之后，Handler只会处理异步消息。同步屏障为Handler消息机制增加了一种简单的优先级机制，异步消息的优先级要高于同步消息。

「移除屏障」：屏障不会自动移除，需要手动调用MessageQueue.removeSyncBarrier(int token)方法移除。token是postSyncBarrier()方法返回的唯一标识符。

public void removeSyncBarrier(int token) {
    // Remove a sync barrier token from the queue.
    // If the queue is no longer stalled by a barrier then wake it.
    synchronized (this) {
        Message prev = null;
        Message p = mMessages;
        // 循环遍历，直到遇到屏障消息时推退出循环
        while (p != null && (p.target != null || p.arg1 != token)) {
            prev = p;
            p = p.next;
        }
        if (p == null) {
            throw new IllegalStateException("The specified message queue synchronization " + " barrier token has not been posted or has already been removed.");
        }
        final boolean needWake;
        if (prev != null) {
            // 删除屏障消息p
            prev.next = p.next;
            needWake = false;
        } else {
            mMessages = p.next;
            needWake = mMessages == null || mMessages.target != null;
        }
        p.recycleUnchecked();

        // If the loop is quitting then it is already awake.
        // We can assume mPtr != 0 when mQuitting is false.
        if (needWake && !mQuitting) {
            nativeWake(mPtr);
        }
    }
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删除屏障消息的方法很简单，就是不断遍历消息队列，直到找到屏障消息，退出循环的条件有两个p.target == null(说明是屏障消息)和p.arg1 == token(说明p是屏障消息，在屏障消息入队的时候，设置过msg.arg1 = token)。找到屏障消息后，把它从消息队列中删除并回收。

异步消息

通常我们使用Handler想消息队列中添加的Message都是同步的，如果我们想要添加一个异步的Message，有以下两种方式：

Handler的构造方法有个async参数，默认的构造方法此参数是false，只要在构造handler对象的时候，把该参数设置为true。

public Handler(@Nullable Callback callback, boolean async) {
    if (FIND_POTENTIAL_LEAKS) {
        final Class<? extends Handler> klass = getClass();
        if ((klass.isAnonymousClass() || klass.isMemberClass() || klass.isLocalClass()) && (klass.getModifiers() & Modifier.STATIC) == 0) {
            Log.w(TAG, "The following Handler class should be static or leaks might occur: " + klass.getCanonicalName());
        }
    }

    mLooper = Looper.myLooper();
    if (mLooper == null) {
        throw new RuntimeException(
            "Can't create handler inside thread " + Thread.currentThread() + " that has not called Looper.prepare()");
    }
    mQueue = mLooper.mQueue;
    mCallback = callback;
    mAsynchronous = async;
    mIsShared = false;
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async设置为true后，对全局的mAsynchronous设置为true。然后在enqueueMessage()调用msg.setAsynchronous(true)将message设置为异步的。

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);
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在创建Message对象时调用Message的setAsynchronous()方法。在一般情况下，异步消息和同步消息没有什么区别，但开启了同步屏障以后就有区别了。

当Looper从MessageQueue中取出消息进行处理时，如果遇到屏障消息，会跳过所有后续的普通消息，直到找到异步消息或屏障被移除。
异步消息不受同步屏障的影响，可以直接被处理。

应用场景

「确保立即任务优先处理」：在需要优先执行某些紧急任务时，可以使用同步屏障暂时阻止其他消息的处理。
「避免死锁和资源竞争」：在复杂的消息交互场景中，使用同步屏障可以防止因消息处理顺序不当引发的死锁或资源竞争。
「UI绘制优化」：在Android应用框架中，为了更快地响应UI刷新事件，ViewRootImpl在绘制流程中使用了同步屏障机制，确保异步绘制任务可以优先执行。

注意事项

「谨慎使用」：不恰当的使用同步屏障可能会导致消息处理的延迟或阻塞，影响应用性能和响应能力。
「手动移除」：使用完同步屏障后，必须手动移除，否则会造成同步消息无法处理。