Android消息机制总结篇

Android的消息机制主要是指Handler的运行机制，Handler的运行需要底层的MessageQueue和Looper的支撑。本质上说Handler并不是专门用于更新UI的，它只是常被开发者用来更新UI。

MessageQueue:消息队列，它的内部存储了一组消息，以队列的形式对外提供插入和删除的工作，虽然叫消息队列，但是它的内部存储结构并不是真正的队列，而是采用单链表的数据结构来存储消息列表。

Looper：消息循环。由于MessageQueue只是一个消息的存储单元，不能去处理消息，而Looper就填补了这个功能，Looper会以无限循环的形式去查找是否有新消息，如果有就处理消息，否则一直等待着。Looper还有一个特殊的概念ThreadLocal，它的作用是可以在每个线程中存储数据，Handler内部获取当前线程的Looper，就是使用ThreadLocal，它可以在不同线程中互不干扰地存储并提供数据，通过ThreadLocal可以轻松获取每个线程的Looper。

需要注意，线程默认没有Looper，如果需要使用Handler就必须为线程创建Looper，主线程也叫UI线程，它就是ActivityThread，ActivityThread被创建时就会初始化Looper，这也是主线程默认可以使用Handler的原因。

系统为什么不允许在子线程中访问UI？这是因为Android的UI控件不是线程安全的，如果再多线程中并发访问可能会导致UI控件处于不可预期的状态。

为什么系统不对UI控件的访问加上锁机制呢？缺点有两个：1.加锁会让UI访问的逻辑变得复杂 2.加锁会降低UI访问的效率，锁机制会阻塞某些线程的执行，鉴于这两个缺点，最简单且高效的方法就是采用单线程模型来处理UI操作，开发者只需要通过Handler切换一下UI访问的执行线程即可。

ThreadLocal的工作原理：

ThreadLocal是一个线程内部的数据存储类，通过它可以在指定的线程中存储数据，数据存储以后，只有在指定线程中可以获取到存储的数据，对于其他线程来说则无法获取到数据。

当某些数据是以线程为作用域并且不同线程具有不同的数据副本的时候，就可以考虑采用ThreadLocal。比如对于Handler来说，他需要获取当前线程的Looper，很显然Looper的作用域就是线程并且不同线程具有不同的Looper，这个时候通过ThreadLocal就可以轻松实现Looper在线程中的存取。

ThreadLocal另一个使用场景是复杂逻辑下的对象传递，比如监听器的传递，有些时候一个线程中的任务过于复杂，这可能表现为函数调用栈比较深以及代码入口的多样性，在这种情况下，我们又需要监听器能够贯穿整个线程的执行过程。这个时候怎么做呢？其实这时就可以采用ThreadLocal,采用ThreadLocal可以让监听器作为线程内的全局对象而存在，在线程内部知识通过get方法就可以获取到监听器。

ThreadLocal之所以有这么奇妙的效果，是因为不同线程访问同一个ThreadLocal的get方法，ThreadLocal内部会从各自的线程中取出一个数组，然后再从数组中根据当前ThreadLocal的索引去查找出对应的value值，很显然，不同线程中的数组是不同的，这就是为什么通过ThreadLocal可以在不同的线程中维护一套数据的副本并且彼此互不干扰。

ThreadLocal的内部实现：ThreadLocal是一个泛型类，它的定义为public class ThreadLocal<T> 只要弄清楚ThreadLocal的get和set方法就可以明白它的工作原理。

ThreadLocal的值在table数组中的存储位置总是为ThreadLocal的reference字段所标识的对象的下一个位置，比如ThreadLocal的reference对象在table数组中的索引为index，那么ThreadLocal的值在table数组中的索引就是index+1。最终ThreadLocal的值将会被存储在table数组中：table[index+1] = value.

ThreadLocal的get方法的逻辑比较清晰，它同样取出当当前线程的localValues对象，如果这个对象为null那么就返回初始值，初始值由ThreadLocal的initialValue方法来描述，默认情况下为null。如果localValues对象不为null那就取出它的table数组并找出ThreadLocal的reference对象在table数组中的位置，然后table数组中的下一个位置所存储的数据就是ThreadLocal的值。

从ThreadLocal的set和get方法可以看出，它们所操作的对象都是当前线程的localValues对象的table数组，因此在不同线程中访问同一个ThreadLocal的set和get方法，它们对ThreadLocal所做的读写操作仅限于各自线程的内部，这就是为什么ThreadLocal可以在多个线程中互不干扰地存储和修改数据。

消息队列的工作原理：

消息队列在Android中指的是MessageQueue,主要包含两个操作：插入和读取。读取操作本身会伴随着删除操作，插入和读取对应的方法分别为enqueueMessage和next，其中enqueueMessage的作用是往消息队列中插入一条消息，而next的作用是从消息队列中取出一条消息并将其从消息队列中移除。尽管MessageQueue叫消息队列，但是它的内部实现并不是用的队列，实际上是通过一个单链表的数据结构来维护消息列表，单链表的插入和删除上比较有优势。enqueueMessage主要操作就是单链表的插入操作。next方法是一个无限循环的方法，如果消息队列中没有消息，那么next方法会一直阻塞到这里，当有新消息到来时，next方法会返回这条消息并将其从单链表中移除。

Looper的工作原理：

Looper在Android的消息机制中扮演着消息循环的角色，具体来说就是它会不停地从MessageQueue中查看是否有新消息，如果有新消息就会立即处理，否则就一直处于阻塞在哪里。首先看一下它的构造方法，在构造方法中它会创建一个MessageQueue即消息队列，然后将当前线程的对象保存起来。Handler的工作需要Looper没有Looper的线程就会报错，那么如何为一个线程创建Looper？其实很简单，通过Looper.prepare()即可为当前线程创建一个Looper，接着通过Looper.loop()来开启消息循环。

Looper出了prepare方法外，还提供了prepareMainLooper方法，这个方法主要是给主线程也就是ActivityThread创建Looper使用的，其本质也是通过prepare方法来实现的，由于主线的饿Looper比较特殊，所以Looper提供了一个getMainLooper方法，通过它可以在任何地方获取到主线程的Looper。Looper也是可以退出的，Looper提供了quit和quitSafely来退出一个Looper，二者的区别是：quit会直接退出Looper，而quitSafely只是设定一个退出标价，然后把消息队列中的已有消息处理完毕后才安全地退出。Looper退出后，通过Handler发送的消息会失败，这个时候Handler的send方法会返回false。在子线程中，如果手动为其创建了Looper，那么在所有的事情完成以后应该调用quit方法来终止消息循环，否则这个子线程一直处于等待状态，而如果退出Looper以后，这个线程就会立刻终止，因此建议不需要的时候终止Looper。

Looper最重要的一个方法是loop方法，只有调用了loop后，消息循环系统才会真正地起作用。

Looper的loop方法的工作过程也比较好理解，loop方法是一个死循环，唯一跳出循环的方式是MessageQueue的next方法返回了null。当Looper的quit方法被调用时，Looper就会调用MessageQueue的quit或者quitSafly方法来通知消息队列退出，当消息队列被标记为退出状态时，它的next方法会返回null、也就是说Looper必须退出，否则looper方法就会无限循环下去。loop方法会调用MessageQueue的next方法来获取新消息，而next是一个阻塞操作，当没有消息时，next方法会一直阻塞在那里，这也导致loop方法一直阻塞在那里。如果MessageQueue的next方法返回了新消息，Looper就会处理新消息：msg.target.dispatchMessage(msg)这里的msg.target是发送这条消息的Handler对象，这样Handler发送的消息最终又交给它的dispatchMessage方法来处理了。但是这里不同的是，Handler的dispatchMessage方法是在创建Handler时所使用的Looper中执行的。这样就成功地将代码逻辑切换到指定的线程中去执行了。

Handler的工作原理：

Handler的工作主要包含消息的发送和接收过程。消息的发送可以通过post的一系列方法以及send的一系列方法来实现，post的一系列方法最终是通过send的一系列方法实现的。

Handler发送消息的过程仅仅是向消息队列中插入了一条消息，MessageQueue的next方法就会返回这条消息给Looper，Looper收到消息后就开始处理了，最终消息由Looper交由Handler处理，即Handler的dispatchMessage方法会被调用，这时Handler就进入了处理消息的阶段。

Handler处理消息的过程如下：

首先，检查Message的callback是否为null，不为null就通过handleCallback来处理消息。Message的callback是一个Runnable对象，实际上就是Handler的post方法所传递的Runnable参数。其次，检查mCallback是否为null，不为null就调用mCallback的handleMessage方法来处理消息。通过Callback，可以采用如下方式创建Handler对象：Handler handler = new Handler(callback)。那么Callback的意义是什么呢？源码里面的注释已经说明了：可以用来创建一个Handler的实例但并不需要派生Handler的子类。在日常开发中，创建Handler最常见的方式就是派生一个Handler的子类并重写其handlerMessage方法来处理具体的消息，而Callback给我们提供了另外一种使用Handler的方式，当我们不想派生子类时，就可以通过Callback来实现。

最后，调用Handler的handleMessage方法来处理消息。Handler处理消息的过程可以归纳为一个流程图，

主线程的消息循环：

Android的主线程就是ActivityThread，主线程的入口方法为main，在main方法中系统会通过Looper.prepareMainLooper()来创建主线程的Looper以及MessageQueue，并通过Looper.loop（）来开启主线程的消息循环。

主线程的消息循环开始了以后，ActivityThread还需要一个Handler来和消息队列进行交互，这个Handler就是ActivityThread.H,它内部定义了一组消息类型，主要包含了四大组件的启动和停止等过程。

ActivityThread通过ApplicationThread和AMS进行进程间通信，AMS以进程间通信的方式完成ActivityThread的请求后会回调ApplicationThread中的Binder方法，然后ApplicationThread会向H发送消息，H收到消息后会将ApplicationThread中的逻辑切换到ActivityThread中去执行，即切换到主线程中去执行，这个过程就是主线程的消息循环模型。