一、关于Handler
Handler对于我们Android开发者来说应该是再熟悉不过了，这也是在Android中最重要的消息机制，特别是在面试笔试时，Handler机制也是最常问到的话题。今天我们就来动手撸一个自己写的Handler，用java层代码方式来实现，进一步来了解Handler在线程通信过程中的作用。
二、问题
Handler机制也可以理解为线程间的消息机制，如果我们自己来设计Handler实现线程间通信，需要怎么做呢？我们知道，在Handler机制中，最重要的几个类：Handler、Looper、MessageQueue、Message、ThreadLocal。那它们在具体实现中又有什么作用呢？
三、思考
首先，从使用者角度来看，他的操作只有两步：
- 在主线程创建Handler实例，并重写
handleMessage方法处理消息。
- 在子线程获取Handler的引用调用
sendMessage方法发送消息，在handleMessage中即可处理该消息。
那从设计者角度来看，我们要分清Handler、Looper、MessageQueue、Message、ThreadLocal这几个类都担当了什么职责：
- Handler 负责发送和处理消息
- Looper 消息泵，也就是负责取出消息交给
Handler来处理。- MessageQueue 消息队列，负责存取消息。
- Message 具体发送的消息。
- ThreadLocal 它主要用于做线程间的数据隔离用的，这里它在每个线程中存放各自对应的
Looper。
好了，简单分析完各个类的作用，那我们开始挽起袖子撸代码吧。
四、实现
1、 Handler的实现
由于Handler主要负责发送和处理消息，那我们主要实现它的sendMessage、sendMessage、dispatchMessage三个方法，来处理消息的发送和接收：
public class Handler {
//消息队列
MessageQueue mQueue;
//Looper
Looper mLooper;
public Handler() {
mLooper = Looper.myLooper();
if (mLooper == null) {
throw new RuntimeException(
"Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");
}
mQueue = mLooper.mQueue;
}
public final void sendMessage(Message msg){
MessageQueue queue = mQueue;
if (queue != null) {
msg.target = this;
queue.enqueueMessage(msg);
}else {
RuntimeException e = new RuntimeException(
this + " sendMessage() called with no mQueue");
throw e;
}
}
/**
* Subclasses must implement this to receive messages.
*/
public void handleMessage(Message msg) {
}
/**
* Handle system messages here.
*/
public void dispatchMessage(Message msg) {
handleMessage(msg);
}
}
我们在Handler的构造函数中获取当前线程对应的looper，并取出Looper中对应的消息队列保存在成员变量中。sendMessage方法中我们给Message的target变量赋值为this，也就是表明了Message是由当前的Handler来负责处理的，之后调用enqueueMessage方法将消息存入消息队列中。而dispatchMessage方法我们实现比较简单，负责调用handleMessage来处理消息。
2、 Looper的实现
Looper主要负责取出消息交由Handler处理，我们主要来实现prepare、loop方法：
public class Looper {
// sThreadLocal.get() will return null unless you've called prepare().
static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();
MessageQueue mQueue;
private Looper() {
mQueue = new MessageQueue();
}
public static Looper myLooper() {
return sThreadLocal.get();
}
public static void prepare() {
if (sThreadLocal.get() != null) {
throw new RuntimeException(
"Only one Looper may be created per thread");
}
sThreadLocal.set(new Looper());
}
public static void loop() {
Looper me = myLooper();
if (me == null) {
throw new RuntimeException(
"No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
}
MessageQueue queue = me.mQueue;
for (;;) {
Message msg = queue.next();
if (msg == null || msg.target == null)
continue;
//转发给handler
msg.target.dispatchMessage(msg);
}
}
}
在Looper的构造函数中我们创建了对应的消息队列来存取消息，并且在prepare方法中存入ThreadLocal当前线程的Looper，loop方法从当前线程的Looper的消息队列中取出消息，最终调用msg.target.dispatchMessage(msg)交友之前发送消息的Handler来处理消息。
3、Message的实现
Message的实现比较简单：
public final class Message {
//处理该消息的Handler
Handler target;
public int what;
public Object obj;
@Override
public String toString() {
return obj.toString();
}
}
4、MessageQueue消息队列的实现
在消息队列的实现中我们主要考虑几个问题：
- 用什么数据结构存放消息，存放数据大小有限制。
- 当
next()方法取出消息时，消息队列没有消息，该方法应阻塞。 - 当
enqueueMessage方法存放消息时，消息大于存放消息限制大小，应阻塞。
//消息队列
public class MessageQueue {
//互斥锁
Lock lock;
//条件变量
Condition mEmptyQueue;
Condition mFullQueue;
//消息
Message[] mMessages;
//装入 和取出消息的下标
int putIndex;
int takeIndex;
//记录数 用于判断是否继续生产和消费
int count;
public MessageQueue(){
//初始化50个消息
mMessages = new Message[50];
lock = new ReentrantLock();
//标示
mEmptyQueue = lock.newCondition();
mFullQueue = lock.newCondition();
}
//生产者 子线程
final void enqueueMessage(Message msg){
//添加至消息队列
try{
lock.lock();
while(count == mMessages.length){
try {
mFullQueue.await();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
mMessages[putIndex] = msg;
putIndex = (++putIndex == mMessages.length ? 0 : putIndex);
count++;
//通知主线程继续执行
mEmptyQueue.signalAll();
}finally{
lock.unlock();
}
}
//消费者 主线程
final Message next(){
//取出消息
Message message = null;
try{
lock.lock();
//取到最后一个
while (count == 0) {
try {
mEmptyQueue.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
message = mMessages[takeIndex];
mMessages[takeIndex] = null;
takeIndex = (++takeIndex == mMessages.length ? 0 : takeIndex);
count--;
//通知子线程
mFullQueue.signalAll();
}finally{
lock.unlock();
}
return message;
}
}
这里的next和enqueueMessage是典型的生产者、消费者的关系，为防止出现错乱我们给两个方法都加上Lock锁，当enqueueMessage方法存放消息时如果当前队列消息满了，则调用mFullQueue.await();进行等待消息处理，当向消息队列中存放消息后，也就是说消息队列不为空了，调用mEmptyQueue.signalAll();通知next()方法来处理消息。
至此，我们的Handler消息处理过程已经基本完成了，下面我们测试下看看：
5、测试
public class Test {
public static void main(String[] args) {
//初始化Looper
Looper.prepare();
final Handler hander = new Handler(){
public void handleMessage(Message msg) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--receiver--" + msg.toString());
};
};
for (int i = 0; i < 10; i++) {
new Thread(new Runnable() {
public void run() {
while (true) {
Message msg = new Message();
msg.what = 0;
synchronized (UUID.class) {
msg.obj = Thread.currentThread().getName()+"--send---"+UUID.randomUUID().toString();
}
System.out.println(msg);
hander.sendMessage(msg);
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}).start();
}
//开始消息循环
Looper.loop();
}
}
看下测试结果:
Thread-0--send---e4ed9a81-3477-4f5d-a663-1d30626d93b5
Thread-8--send---4c403131-ec14-406c-b57b-a4943dfa93ac
Thread-7--send---9752a85d-9517-4607-a54f-92c2342b7a28
Thread-6--send---7d4ee443-3ab5-4c4e-aac5-eeafc26b78d9
Thread-9--send---70ba7292-1ff4-404d-974e-dfedb1a3fa71
Thread-4--send---614e07e6-bc39-45be-93b0-6996de7f159e
Thread-2--send---7bfaa831-a31b-457a-82cd-145a9d98d351
Thread-5--send---8ffd7327-6ddb-4088-93e6-1304fc926814
Thread-1--send---f6d5e373-88b0-44e9-ab51-f95808acb068
main--receiver--Thread-0--send---e4ed9a81-3477-4f5d-a663-1d30626d93b5
main--receiver--Thread-8--send---4c403131-ec14-406c-b57b-a4943dfa93ac
main--receiver--Thread-7--send---9752a85d-9517-4607-a54f-92c2342b7a28
main--receiver--Thread-6--send---7d4ee443-3ab5-4c4e-aac5-eeafc26b78d9
main--receiver--Thread-9--send---70ba7292-1ff4-404d-974e-dfedb1a3fa71
main--receiver--Thread-4--send---614e07e6-bc39-45be-93b0-6996de7f159e
main--receiver--Thread-2--send---7bfaa831-a31b-457a-82cd-145a9d98d351
main--receiver--Thread-5--send---8ffd7327-6ddb-4088-93e6-1304fc926814
Thread-3--send---56f8b613-99fa-4ef2-a4b9-c762c4d0cd27
main--receiver--Thread-1--send---f6d5e373-88b0-44e9-ab51-f95808acb068
main--receiver--Thread-3--send---56f8b613-99fa-4ef2-a4b9-c762c4d0cd27
测试成功！！我们自己的Handler也可以正常处理消息啦~
五、总结
Handler源码的实现过程要比我们自己的复杂很多，特别是消息处理的细节，调用了底层C++的代码。但实现的整体思路和我们是一样的，通过动手实践一次，加深对Handler的理解，对我们认识和处理消息机制的问题大有裨益。
