浅析Android中Handler机制

Handler机制是Android中相当经典的异步消息机制，在Android发展的历史长河中扮演着很重要的角色，无论是我们直接面对的应用层还是FrameWork层，使用的场景还是相当的多。分析源码一探究竟。从一个常见的用法说起：

private Button mBtnTest;
private Handler mTestHandler = new Handler(){
    @Override
    public void handleMessage(Message msg) {
        switch (msg.what){
            case 1:
                mBtnTest.setText("收到消息1");
        }
    }
};
@Override
protected void onCreate(final Bundle savedInstanceState) {
    super.onCreate(savedInstanceState);
    setContentView(R.layout.activity_main);
    mBtnTest = (Button) findViewById(R.id.btn_test);
    new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            try {
                Thread.sleep(3000);
                mTestHandler.sendEmptyMessage(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }).start();
}

在对某件实物进一步了解之前，我们要先对该事物的价值意义有一个理解，即他是做什么的，再明白事物产生或发生时做了什么，结束时又会有什么样的结果。我们要讨论研究的是这个过程到底经历了什么，是发生什么因，再经历什么产生这个果。

当调用Handler发送消息相关方法时，会把这个消息发送到哪儿去？从上面的示例代码中可以看到消息最终还是会回到Handler手上，由他自己处理。我们要搞清楚的就是这个消息由发到收的过程。

消息会发送到哪儿去？

mTestHandler.sendEmptyMessage(1);

我们追随sendEmptyMessage()方法下去：

Handler无论以何种方式发送何种消息,都会经过到sendMessageAtTime()方法：

public boolean sendMessageAtTime(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);
}

而此方法会先判断当前Handler的mQueue对象是否为空，再调用enqueueMessage()方法，从字面意思不难理解是将该消息入队保存起来。再看enqueueMessage()方法：

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

public final class Message implements Parcelable {
    //....
    Handler target;
}

该方法会先将Message和当前Handler绑定起来，不难理解当需要处理Message时直接甩给绑定他的Handler就是了。再调用queue.enqueueMessage()方法正式入队，而queue对象到底是一个什么样的对象？由单向链表实现的消息队列。queue.enqueueMessage()方法就是遍历链表将消息插入表尾保存起来，而从queue取消息就是把表头的Message拿出来。

接着来搞清楚queue他是何时怎样创建的？来看Handler的构造函数。

public Handler(Callback callback, boolean async) {
    mLooper = Looper.myLooper();
    if (mLooper == null) {
        throw new RuntimeException(
            "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");
    }
    mQueue = mLooper.mQueue;
    mCallback = callback;
    mAsynchronous = async;
}

Handler的构造方法会先调用Looper.myLooper()方法看能不能获取一个Looper对象，如果获取不到程序就直接蹦了。再从该Looper对象中获取我们需要的消息队列。

Looper到底是一个怎样的对象，有这怎样的身份，在Handler机制中扮演这怎样的角色？来看myLooper()方法：

public static @Nullable Looper myLooper() {
    return sThreadLocal.get();
}

myLooper()方法会直接就从sThreadLocal对象中获取Looper，而sThreadLocal是一个ThreadLocal类对象，而ThreadLocal类说白了就是通过他存储的对象是线程私有的。

static final ThreadLocal sThreadLocal = new ThreadLocal();

调用get()方法直接从ThreadLocal中获取Looper，接下来就得看是何时set()将Loooper对象保存到ThreadLocal中去的。Looper.prepare()方法：

private static void prepare(boolean quitAllowed) {
    if (sThreadLocal.get() != null) {
        throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
    }
    sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));
}

private Looper(boolean quitAllowed) {
    mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
    mThread = Thread.currentThread();
}

从这段源码可以看出，Looper不仅是线程私有的还是唯一不可替换。Looper对象创建时会初始化MessageQueue()对象，正是我们需要的队列。
之所以最上面的示例代码中我们并没有调用prepare()方法初始化Looper，程序也没有崩溃，那是因为在ActivityThread的Main方法中就已经初始化了Looper对象。

public final class ActivityThread {
    //......
    public static void main(String[] args) {
        Looper.prepareMainLooper();
    }
    //......
}

到此我们算是明白消息会发送到哪儿去了，现在就要知道的是怎么取出消息交给Handler处理的。

首先MessageQueue封装有完整的添加(入队)和获取/删除(出队)方法，MessageQueeue.next()方法将链表当中表头第一个消息取出。

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

        nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);

        synchronized (this) {
            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) {
                    nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE);
                } else {
                    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 {
                nextPollTimeoutMillis = -1;
            }

            if (mQuitting) {
                dispose();
                return null;
            }
            //............
        }
        //..............
    }
}

代码虽然比较多，我们从第三行和第39行开始说起。next()方法实际是一个死循环，会一直从当前队列中去取Message，即使当前队列没有消息可取，也不会跳出循环，会一直执行，直到能够从队列中取到消息next()方法才会执行结束。其次当Looper调用quit()方法，mQuitting变量为ture时会跳出死循环，next()方法返回null方法也会执行结束。上面提到在ActivityThread中的main()方法中会初始化Looper,其实在不久之后便会开始从队列中取消息。

public static void main(String[] args) {

    //......
    Looper.prepareMainLooper();

    ActivityThread thread = new ActivityThread();
    thread.attach(false);

    if (sMainThreadHandler == null) {
        sMainThreadHandler = thread.getHandler();
    }

    if (false) {
        Looper.myLooper().setMessageLogging(new
                LogPrinter(Log.DEBUG, "ActivityThread"));
    }

    Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
    Looper.loop();

    throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
}

调用Looper.loop()方法就会开始遍历取消息。

public static void loop() {
for (;;) {
    Message msg = queue.next(); // might block
    if (msg == null) {
        return;
    }

    final Printer logging = me.mLogging;
    if (logging != null) {
        logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " +
                msg.callback + ": " + msg.what);
    }

    final long slowDispatchThresholdMs = me.mSlowDispatchThresholdMs;

    final long traceTag = me.mTraceTag;
    if (traceTag != 0 && Trace.isTagEnabled(traceTag)) {
        Trace.traceBegin(traceTag, msg.target.getTraceName(msg));
    }
    final long start = (slowDispatchThresholdMs == 0) ? 0 : SystemClock.uptimeMillis();
    final long end;
    try {
        msg.target.dispatchMessage(msg);
        end = (slowDispatchThresholdMs == 0) ? 0 : SystemClock.uptimeMillis();
    } finally {
        if (traceTag != 0) {
            Trace.traceEnd(traceTag);
        }
    }
}

loop()方法中也是一个死循环，调用queue.nex()方法开始阻塞式取消息，只有手动让Looper停止，next()方法才会返回null。

取到消息后，调用dispatchMessage()方法把消息交由Handler处理。

msg.target.dispatchMessage(msg);

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

不仅可以给Handler设置回调接口，Message也行。默认情况下会回调handleMessage()方法。

本以为说得差不多了，其实还有一个关键的问题。我们是在主线程中执行的loop()方法，死循环为什么没有造成Activity阻塞卡死？查阅资料Android中为什么主线程不会因为Looper.loop()里的死循环卡死后得知next()方法中会执行一个重要方法。

nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);

大佬分析得很好，我就不多说了。提一点，我们发送的延时消息，会通过Message字段/变量when，将时长保存下来，延时也是通过这个方法做到的。

Message next() {

    final long now = SystemClock.uptimeMillis();

    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 {
            //......
        }
    }
}

总结一下，Handler发送消息会将消息保存到Looper维护的消息队列MessageQueue中去，而Looper会死循环一直从队列中取消息，取到消息后会交由Message绑定的Handler回调处理。