android的消息处理机制（Looper,Handler,Message）

一前言

在正式剖析Handle机制的原理前，我们先来了解一下相关的术语：

通信的同步（Synchronous）：只客户端在向服务器发送请求时，必须要等到服务器返回结果，客户端才会继续发送其他的请求。
通信的异步(Asynchronous) : 指客户端在发送请求后，不必等待服务端的回应就可以发送下一个请求。

所谓同步调用，就是在一个函数或方法调用时，没有得到结果之前，该调用就不返回，直到返回结果。异步调用和同步是相对的，在一个异步调用发起后，被调用者立即返回给调用者，但是调用者不能立刻得到结果，被调用都在实际处理这个调用的请求完成后，通过状态、通知或回调等方式来通知调用者请求处理的结果。

android的消息处理有三个核心类：Looper,Handler和Message。其实还有一Message Queue（消息队列），但是MQ被封装到Looper里面了，我们不会直接与MQ打交道，所以它不算是个核心类。

二核心类

1. 消息类：Message类

android.os.Message的主要功能是进行消息的封装，同时可以指定消息的操作形式，Message类定义的变量和常用方法如下：

（1）public int what：变量，用于定义此Message属于何种操作

（2）public Object obj：变量，用于定义此Message传递的信息数据，通过它传递信息

（3）public int arg1：变量，传递一些整型数据时使用

（4）public int arg2：变量，传递一些整型数据时使用

（5）public Handler getTarget()：普通方法，取得操作此消息的Handler对象。

在整个消息处理机制中，message又叫task，封装了任务携带的信息和处理该任务的handler。message的用法比较简单，但是有这么几点需要注意：

（1）尽管Message有public的默认构造方法，但是你应该通过Message.obtain()来从消息池中获得空消息对象，以节省资源。

（2）如果你的message只需要携带简单的int信息，请优先使用Message.arg1和Message.arg2来传递信息，这比用Bundle更省内存

（3）擅用message.what来标识信息，以便用不同方式处理message。

（4）使用setData()存放Bundle对象.

2.消息通道：Looper

在使用Handler处理Message时，需要Looper（通道）来完成。在一个Activity中，系统会自动帮用户启动Looper对象，而在一个用户自定义的类中，则需要用户手工调用Looper类中的方法，然后才可以正常启动Looper对象。Looper的字面意思是“循环者”，它被设计用来使一个普通线程变成Looper线程。所谓Looper线程就是循环工作的线程。在程序开发中（尤其是GUI开发中），我们经常会需要一个线程不断循环，一旦有新任务则执行，执行完继续等待下一个任务，这就是Looper线程。使用Looper类创建Looper线程很简单：

public class LooperThread extends Thread {
    
    
    @Override
    public void run() {
    
    
        // 将当前线程初始化为Looper线程
        Looper.prepare();
         
        // ...其他处理，如实例化handler
         
        // 开始循环处理消息队列
        Looper.loop();
    }
}

通过上面两行核心代码，你的线程就升级为Looper线程了！那么这两行代码都做了些什么呢？我们先来看看Looper这个类：

Looper.prepare();

public class Looper {
    
    
    // 每个线程中的Looper对象其实是一个ThreadLocal，即线程本地存储(TLS)对象
    private static final ThreadLocal sThreadLocal = new ThreadLocal();
    // Looper内的消息队列
    final MessageQueue mQueue;
    // 当前线程
    Thread mThread;
    //其他属性
    // 每个Looper对象中有它的消息队列，和它所属的线程
    private Looper() {
    
    
        mQueue = new MessageQueue();
        mRun = true;
        mThread = Thread.currentThread();
    }
    // 我们调用该方法会在调用线程的TLS中创建Looper对象
    public static final void prepare() {
    
    
        if (sThreadLocal.get() != null) {
    
    
            // 试图在有Looper的线程中再次创建Looper将抛出异常
            throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
        }
        sThreadLocal.set(new Looper());
    }
    // 其他方法
}

prepare()背后的工作方式一目了然，其核心就是将looper对象定义为ThreadLocal。大家不了解ThreadLocal的作用的，可以参考一下这篇文章：ThreadLocal原理分析与使用场景
其实简单来说，ThreadLocal顾名思义，就是线程的专属，也就是说只可以这个线程访问，即线程间是隔离的，在方法和类中是共享的。其实现原理就是ThreadLocal里的内部类ThreadLocalMap，里面的数据结构是Map集合，Looper能实现线程的专属，其实就是ThreadLocalMap里的set方法，通过以本地线程为Key，Looper为value来存储在Map集合中，如果想要获取这个Looper，只能通过本地线程来获取。

Looper.loop():循环获取MQ中的消息，并发送给相应Handler对象。

调用loop方法后，Looper线程就开始真正工作了，它不断从自己的MQ中取出队头的消息(也叫任务)执行。其源码分析如下

  public static final void loop() {
    
    
        Looper me = myLooper();  //得到当前线程Looper
        MessageQueue queue = me.mQueue;  //得到当前looper的MQ
         
        Binder.clearCallingIdentity();
        final long ident = Binder.clearCallingIdentity();
        // 开始循环,死循环，这里也说明了Handle机制是一个不断通过Looper从队列里获取消息的一个过程
        while (true) {
    
    
            Message msg = queue.next(); // 取出message
            if (msg != null) {
    
    
                if (msg.target == null) {
    
    
                    // message没有target为结束信号，退出循环  
                    return;
                }
                // 日志
                if (me.mLogging!= null) me.mLogging.println(
                        ">>>>> Dispatching to " + msg.target + " "
                        + msg.callback + ": " + msg.what
                        );
                // 非常重要！将真正的处理工作交给message的target，即后面要讲的handler
                msg.target.dispatchMessage(msg);
                // 日志
                if (me.mLogging!= null) me.mLogging.println(
                        "<<<<< Finished to    " + msg.target + " "
                        + msg.callback);
                 
                final long newIdent = Binder.clearCallingIdentity();
                if (ident != newIdent) {
    
    
                    Log.wtf("Looper", "Thread identity changed from 0x"
                            + Long.toHexString(ident) + " to 0x"
                            + Long.toHexString(newIdent) + " while dispatching to "
                            + msg.target.getClass().getName() + " "
                            + msg.callback + " what=" + msg.what);
                }
                // 回收message资源
                msg.recycle();
            }
        }
    }

除了prepare()和loop()方法，Looper类还提供了一些有用的方法，比如Looper.myLooper()得到当前线程looper对象：

myLooper() ：得到当前线程looper对象：

  public static final Looper myLooper() {
    
    
        // 在任意线程调用Looper.myLooper()返回的都是那个线程的looper
        return (Looper)sThreadLocal.get();
    }

getThread() ：得到looper对象所属线程：

public Thread getThread() {
    
    
    return mThread;
}

quit()方法结束looper循环

public void quit() {
    
    
    // 创建一个空的message，它的target为NULL，表示结束循环消息
    Message msg = Message.obtain();
    // 发出消息
    mQueue.enqueueMessage(msg, 0);
}

3. 消息操作类：Handler类

Message对象封装了所有的消息，而这些消息的操作需要android.os.Handler类完成。什么是handler？handler起到了处理MQ上的消息的作用（只处理由自己发出的消息），即通知MQ它要执行一个任务(sendMessage)，并在loop到自己的时候执行该任务(handleMessage)，整个过程是异步的。handler创建时会关联一个looper，默认的构造方法将关联当前线程的looper，不过这也是可以set的。默认的构造方法：

  public class handler {
    
    
    final MessageQueue mQueue;  // 关联的MQ
    final Looper mLooper;  // 关联的looper
    final Callback mCallback; 
    // 其他属性
    public Handler() {
    
    
        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());
            }
        }
        // 默认将关联当前线程的looper
        mLooper = Looper.myLooper();
        // looper不能为空，即该默认的构造方法只能在looper线程中使用
        if (mLooper == null) {
    
    
            throw new RuntimeException(
                "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");
        }
        // 重要！！！直接把关联looper的MQ作为自己的MQ，因此它的消息将发送到关联looper的MQ上
        mQueue = mLooper.mQueue;
        mCallback = null;
    }
     
    // 其他方法
}

下面我们就可以为之前的LooperThread类加入Handler：

public class LooperThread extends Thread {
    
    
    private Handler handler1;
    private Handler handler2;
 
    @Override
    public void run() {
    
    
        // 将当前线程初始化为Looper线程
        Looper.prepare();
         
        // 实例化两个handler
        handler1 = new Handler();
        handler2 = new Handler();
         
        // 开始循环处理消息队列
        Looper.loop();
    }
}

加入handler后的效果如下图：
在这里插入图片描述
可以看到，一个线程可以有多个Handler，但是只能有一个Looper！

Handler发送消息:

有了handler之后，我们就可以使用

post(Runnable)
postAtTime(Runnable, long)
postDelayed(Runnable, long)
sendEmptyMessage(int)
sendMessage(Message)
sendMessageAtTime(Message, long)
sendMessageDelayed(Message, long)

这些方法向MQ上发送消息了。光看这些API你可能会觉得handler能发两种消息，一种是Runnable对象，一种是message对象，这是直观的理解，但其实post发出的Runnable对象最后都被封装成message对象了，见源码：
// 此方法用于向关联的MQ上发送Runnable对象，它的run方法将在handler关联的looper线程中执行

public final boolean post(Runnable r)
{
    
    
   // 注意getPostMessage(r)将runnable封装成message
   return  sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);
}
 
private final Message getPostMessage(Runnable r) {
    
    
    Message m = Message.obtain();  //得到空的message
    m.callback = r;  //将runnable设为message的callback，
    return m;
}
 
public boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis)
{
    
    
    boolean sent = false;
    MessageQueue queue = mQueue;
    if (queue != null) {
    
    
        msg.target = this;  // message的target必须设为该handler！
        sent = queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
    }
    else {
    
    
        RuntimeException e = new RuntimeException(
            this + " sendMessageAtTime() called with no mQueue");
        Log.w("Looper", e.getMessage(), e);
    }
    return sent;
}

通过handler发出的message有如下特点：

.message.target为该handler对象，这确保了looper执行到该message时能找到处理它的handler，即loop()方法中的关键代码
msg.target.dispatchMessage(msg);
2.post发出的message，其callback为Runnable对象

Handler处理消息：
说完了消息的发送，再来看下handler如何处理消息。消息的处理是通过核心方法dispatchMessage(Message msg)与钩子方法handleMessage(Message msg)

完成的，见源码

public void dispatchMessage(Message msg) {
    
      
        if (msg.callback != null) {
    
      
            handleCallback(msg);  
        } else {
    
      
            if (mCallback != null) {
    
      
                if (mCallback.handleMessage(msg)) {
    
      
                    return;  
                }  
            }  
            handleMessage(msg);  
        }  
    } 

  private static void handleCallback(Message message) {
    
    
        message.callback.run();
    }

可以看到，除了handleMessage(Message msg)和Runnable对象的run方法由开发者实现外（实现具体逻辑），handler的内部工作机制对开发者是透明的。Handler拥有下面两个重要的特点：

handler可以在任意线程发送消息，这些消息会被添加到关联的MQ上

在这里插入图片描述

消息的处理是通过核心方法dispatchMessage(Message msg)与钩子方法handleMessage(Message
msg)完成的，handler是在它关联的looper线程中处理消息的。

这就解决了android最经典的不能在其他非主线程中更新UI的问题。android的主线程也是一个looper线程(looper在android中运用很广)，我们在其中创建的handler默认将关联主线程MQ。因此，利用handler的一个solution就是在activity中创建handler并将其引用传递给worker thread，worker thread执行完任务后使用handler发送消息通知activity更新UI。(过程如图)