Android异步消息机制-深入理解Handler、Looper和MessageQueue之间的关系
相信做安卓的很多人都遇到过这方面的问题，什么是异步消息机制，什么又是Handler、Looper和MessageQueue，它们之间又有什么关系？它们是如何协作来保证安卓app的正常运行？它们在开发中具体的使用场景是怎样的？今天，就让我们来揭开这几个Android异步消息机制中重要角色的神秘面纱。
一、写在前面
为什么要学习Android异步消息机制？和AMS、WMS、View体系一样，异步消息机制是Android framework层非常重要的知识点，掌握了对于日常开发、问题定位和解决都是非常有帮助的，会使的我们开发事半功倍。而要想成为一个合格的Android开发人员，光是懂得调用Android提供的那些个api是不够的，还要学会分析这些api背后的原理，知道它们是如果工作的，做到知其然亦知其所以然，如果不去学习技术背后的原理，只流于表面，这样永远都不会有进步，永远都只是一个Android菜鸟。
二、源码分析
1、主线程创建Looper
Android中主线程也就是我们所说的UI线程，可以简单理解为所有的界面呈现，能看得到的操作，所有的触摸、点击屏幕、更新界面UI事件的处理，都是在主线程中完成的。一个线程只有一条执行路径，如果主线程同时有多个事件要处理，那么是怎么做到有条不紊地处理的呢？接下来，以上提到的几个角色就要登场了，就是Handler+Looper+MessageQueue这三个角色在起作用。
Looper是线程的消息轮询器，是整个消息机制的核心，来看看主线程的Looper是如何创建的。
主线程开启于 ActivityThread 的 main 方法中，来看一下 main 方法的源码。
public static void main(String[] args) {
、、、
// Make sure TrustedCertificateStore looks in the right place for CA certificates
final File configDir = Environment.getUserConfigDirectory(UserHandle.myUserId());
TrustedCertificateStore.setDefaultUserDirectory(configDir);
Process.setArgV0("<pre-initialized>");
Looper.prepareMainLooper();
ActivityThread thread = new ActivityThread();
thread.attach(false);
if (sMainThreadHandler == null) {
sMainThreadHandler = thread.getHandler();
}
、、、
}
Looper.prepareMainLooper() 这句代码似乎为主线程创建 Looper，进入方法内部一探究竟。
public static void prepareMainLooper() {
prepare(false);
synchronized (Looper.class) {
if (sMainLooper != null) {
throw new IllegalStateException("The main Looper has already been prepared.");
}
sMainLooper = myLooper();
}
}
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));
}
果然在这个方法内部又调用 Looper.prepare(boolean) 方法为主线程创建 Looper 对象，存储在 ThreadLocal 中，我们都知道，ThreadLocal 为每个线程创建一个副本，所以不同线程 set 的值不会被覆盖，再次取出值时对应的是该线程 set 进去的值。接下来通过 Looper.myLooper() 拿到主线程的 Looper 让Looper 的静态变量sMainLooper持有，之后再想取主线程 Looper 通过 Looper.getMainLooper() 拿到
public static Looper getMainLooper() {
synchronized (Looper.class) {
return sMainLooper;
}
}
这样，主线程的Looper就创建成功了，需要注意的是，无论是主线程还是子线程，Looper只能被创建一次，否则会抛异常，以上源码可以很好地解释。
2、子线程创建Looper
与主线程稍稍有点不一样，子线程的Looper需要手动去创建，并且有些地方是需要注意的，下面让我们一起来探究一下。
子线程创建Looper标准写法是这样的
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
//创建子线程的Looper
Looper.prepare();
//开启消息轮询
Looper.loop();
}
}).start();
需要先创建子线程的Looper再开启消息轮询，否则Looper.loop()中会抛RuntimeException
public static void loop() {
final Looper me = myLooper();
if (me == null) {
throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
}
、、、
}
这样，主线程和子线程的Looper创建过程我们都知道了，有了Looper，我们就能开启消息轮询了吗？不能，因为Looper只是消息轮询器，就好比大厨，还需要食材才能烹饪，因此要想开启消息轮询，还需要消息的仓库，消息队列MessageQueue。
3、MessageQueue的创建
我们看看Looper的私有构造方法
private Looper(boolean quitAllowed) {
mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
mThread = Thread.currentThread();
}
可见在每个线程创建Looper的时候也创建了一个MessageQueue，并将MessageQueue对象作为该线程Looper的成员变量，这就是MessageQueue的创建过程。
4、开启消息轮询
有了Looper和MessageQueue之后就能开启消息轮询了，非常简单，通过Looper.loop()
/**
* Run the message queue in this thread. Be sure to call
* {@link #quit()} to end the loop.
*/
public static void loop() {
final Looper me = myLooper();
if (me == null) {
throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
}
final MessageQueue queue = me.mQueue;
// Make sure the identity of this thread is that of the local process,
// and keep track of what that identity token actually is.
Binder.clearCallingIdentity();
final long ident = Binder.clearCallingIdentity();
for (;;) {
Message msg = queue.next(); // might block
if (msg == null) {
// No message indicates that the message queue is quitting.
return;
}
// This must be in a local variable, in case a UI event sets the logger
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);
}
}
if (slowDispatchThresholdMs > 0) {
final long time = end - start;
if (time > slowDispatchThresholdMs) {
Slog.w(TAG, "Dispatch took " + time + "ms on "
+ Thread.currentThread().getName() + ", h=" +
msg.target + " cb=" + msg.callback + " msg=" + msg.what);
}
}
if (logging != null) {
logging.println("<<<<< Finished to " + msg.target + " " + msg.callback);
}
// Make sure that during the course of dispatching the
// identity of the thread wasn't corrupted.
final long newIdent = Binder.clearCallingIdentity();
if (ident != newIdent) {
Log.wtf(TAG, "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);
}
msg.recycleUnchecked();
}
}
在方法中可以看到有一个for(;;)死循环，该循环中又调用了MessageQueue的next()方法 ，进入方法一探究竟。
Message next() {
// Return here if the message loop has already quit and been disposed.
// This can happen if the application tries to restart a looper after quit
// which is not supported.
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) {
// Stalled by a barrier. Find the next asynchronous message in the queue.
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;
}
// Process the quit message now that all pending messages have been handled.
if (mQuitting) {
dispose();
return null;
}
// If first time idle, then get the number of idlers to run.
// Idle handles only run if the queue is empty or if the first message
// in the queue (possibly a barrier) is due to be handled in the future.
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);
}
// Run the idle handlers.
// We only ever reach this code block during the first iteration.
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);
}
}
}
// Reset the idle handler count to 0 so we do not run them again.
pendingIdleHandlerCount = 0;
// While calling an idle handler, a new message could have been delivered
// so go back and look again for a pending message without waiting.
nextPollTimeoutMillis = 0;
}
}
该方法里面同样有一个for(;;)死循环，当没有可以处理该消息的Handler时，就会一直阻塞
if (pendingIdleHandlerCount <= 0) {
// No idle handlers to run. Loop and wait some more.
mBlocked = true;
continue;
}
如果从MessageQueue中拿到消息，返回Looper.loop()中，loop()有以下片段
try {
msg.target.dispatchMessage(msg);
end = (slowDispatchThresholdMs == 0) ? 0 : SystemClock.uptimeMillis();
} finally {
if (traceTag != 0) {
Trace.traceEnd(traceTag);
}
可以很清楚看到Message是用它所绑定的Handler来处理的，调用dispatchMessage(Message)，这个Handler其实就是发送Message到MessageQueue时所用的Handler，在发送时绑定了。
Handler拿到消息之后会怎么处理呢，我们暂且搁一边，先来看看Handler是怎么创建并发送消息的
5、创建Handler
可以继承于Handler并重写handleMessage()，实现自己处理消息的逻辑
private static class MyHandler extends Handler {
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
super.handleMessage(msg);
}
}
简单地，可以在程序中这样创建
MyHandler handler = new MyHandler();
需要注意的是，线程创建Handler实例之前必须先创建Looper实例，否则会抛RuntimeException
ublic Handler(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 that has not called Looper.prepare()");
}
mQueue = mLooper.mQueue;
mCallback = callback;
mAsynchronous = async;
}
Handler的消息处理逻辑同样可以通过实现Handler的内部接口Callback来完成
public interface Callback {
public boolean handleMessage(Message msg);
}
Handler handler = new Handler(new Callback() {
@Override
public boolean handleMessage(Message msg) {
//处理消息
return true;
}
});
关于这两种处理消息的方式哪个优先级更高，接下来会讲到
6、Handler发送消息
首先可以通过类似以下的代码来创建Message
Message message = Message.obtain();
message.arg1 = 1;
message.arg2 = 2;
message.obj = new Object();
Handler发送消息的方式多种多样，常见有这几种
sendEmptyMessage(); //发送空消息
sendEmptyMessageAtTime(); //发送按照指定时间处理的空消息
sendEmptyMessageDelayed(); //发送延迟指定时间处理的空消息
sendMessage(); //发送一条消息
sendMessageAtTime(); //发送按照指定时间处理的消息
sendMessageDelayed(); //发送延迟指定时间处理的消息
sendMessageAtFrontOfQueue(); //将消息发送到消息队头
也可以在设置Handler之后，通过message自身发送消息，不过最终都是调用Handler发送消息的方法
message.setTarget(handler);
message.sendToTarget();
public void sendToTarget() {
target.sendMessage(this);
}
除此之外，还有一种另类的发送方式
post();
postDelayed();
postAtTime();
postAtFrontOfQueue();
以post(Runnable r)为例，此种方式是通过post一个Runnable回调，构造成一个Message并发送
public final boolean post(Runnable r) {
return sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);
}
private static Message getPostMessage(Runnable r) {
Message m = Message.obtain();
m.callback = r;
return m;
}
Runnable回调存储在Message的成员变量callback中，callback的作用，接下来会讲到
以上是消息的发送方式，那么消息是如何发送到MessageQueue的呢，再来看
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);
}
private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
msg.target = this;
if (mAsynchronous) {
msg.setAsynchronous(true);
}
return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}
所有的消息发送方式最终都是调用 Handler 的 sendMessageAtTime()，并且会检查消息队列是否为空，若空则抛 RuntimeException，之后调用 Handler 的 enqueueMessage() ，最后调用MessageQueue 的 enqueueMessage() 将消息入队。
boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
if (msg.target == null) {
throw new IllegalArgumentException("Message must have a target.");
}
if (msg.isInUse()) {
throw new IllegalStateException(msg + " This message is already in use.");
}
synchronized (this) {
if (mQuitting) {
IllegalStateException e = new IllegalStateException(
msg.target + " sending message to a Handler on a dead thread");
Log.w(TAG, e.getMessage(), e);
msg.recycle();
return false;
}
msg.markInUse();
msg.when = when;
Message p = mMessages;
boolean needWake;
if (p == null || when == 0 || when < p.when) {
// New head, wake up the event queue if blocked.
msg.next = p;
mMessages = msg;
needWake = mBlocked;
} else {
// Inserted within the middle of the queue. Usually we don't have to wake
// up the event queue unless there is a barrier at the head of the queue
// and the message is the earliest asynchronous message in the queue.
needWake = mBlocked && p.target == null && msg.isAsynchronous();
Message prev;
for (;;) {
prev = p;
p = p.next;
if (p == null || when < p.when) {
break;
}
if (needWake && p.isAsynchronous()) {
needWake = false;
}
}
msg.next = p; // invariant: p == prev.next
prev.next = msg;
}
// We can assume mPtr != 0 because mQuitting is false.
if (needWake) {
nativeWake(mPtr);
}
}
return true;
}
该方法根据消息的处理时间来对消息进行排序，最终确定哪个消息先被处理
至此，我们已经很清楚消息的创建和发送以及消息轮询过程了，最后来看看消息是怎么被处理的
7、消息的处理
回到Looper.loop()中的这一句代码
msg.target.dispatchMessage(msg);
消息被它所绑定的Handler的dispatchMessage()处理了
public void dispatchMessage(Message msg) {
if (msg.callback != null) {
handleCallback(msg);
} else {
if (mCallback != null) {
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
}
}
handleMessage(msg);
}
}
由此可见，消息处理到底采用哪种方式，是有优先级区分的
首先是post方法发送的消息，会调用Message中的callback，也就是Runnable的run()来处理
private static void handleCallback(Message message) {
message.callback.run();
}
其次则是看Handler在创建时有没有实现Callback回调接口，若有，则调用
mCallback.handleMessage(msg)
如果该方法没能力处理，则返回false，让给接下来处理
最后才是调用Handler的handleMessage()
三、总结
- 熟悉消息机制几个角色的创建过程，先有
Looper，再有MessageQueue，最后才是Handler。 - 熟悉线程中使用消息机制的正确写法，以及消息的创建和发送。
- 一个线程可以有多个
Handler，这些Handler无论在哪里发送消息，最终都会在创建其的线程中处理消息，
这也是能够异步通信的原因。 - Android 提供的
AsyncTask、HandlerThread等等都用到了异步消息机制。
最后借用一张图说明Android异步消息机制
四、写在最后
至此，Android 异步消息机制就讲解完毕了，有木有一种醍醐灌顶的感觉，哈哈~~~~，这篇文章涉及到的源码不难，非常好理解，关键还是要自己去阅读源码，理解其原理，做到知其然亦知其所以然，这个道理对于大部分领域的学习都适用吧，要知道，Android发展到现在，技术越来越成熟，早已不是那个写几个界面就能拿高薪的时代了，市场对于Android 工程师的要求越来越高，这也提醒着我们要跟上技术发展的步伐，时刻学习，避免被淘汰。
由于水平有限，文章可能会有不少纰漏，还请读者能够指正，Android SDK 源码的广度和深度也不是小小篇幅能够概括的，未能尽述之处，还请多多包涵。
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