Android消息机制

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消息机制的概述

Handler：Android消息机制的上层接口，日常开发中被开发者用来更新UI，可以轻松将任务切换到Handler所在线程去执行。
Android的消息机制：主要是指Handler的运行机制，需要底层的MessageQueue和Looper支撑。MessageQueue是消息队列，结构是单向链表，而Looper是以死循环的形式查询消息并处理新消息。
ThreadLocal：Looper中的一个成员变量，在不同线程中互不干扰存储并提供数据，通过ThreadLocal可以轻松获取每个线程中的Looper。线程默认没有Looper，如果要用Handler，就必须为线程创建Looper。
UI线程：本质是ActivityThread，它被创建的时候就会初始化Looper，所以在主线程中默认可以使用Handler。
只能在主线程中访问UI，是通过ViewRootImpl的checkThread方法检查的，之所以有这个限制，是因为Android的UI控件是非线程安全的，如果多个线程同事访问可能导致UI控件处于不可预期状态。

Android消息机制分析

ThreadLocal工作原理

ThreadLocal是一个线程内部数据存储内，在指定线程存储数据，数据存储之后，只能在指定线程中获取到数据，其他线程无法获取数据。
使用场景：①数据以线程为作用域，且不同线程有不同数据副本，就可以考虑使用ThreadLocal ②复杂逻辑下的对象传递
get/set方法理解：首先获取当前线程t，然后获取t.threadLocals:ThreadLocalMap对象，set方法会把ThreadLocal作为key，泛型T作为value存储。如果threadLocals对象为空，那么先创建这个对象，然后存储key/value。get也是同样的逻辑。

MessageQueue工作原理

主要包含两个操作，插入和读取，读取伴随删除。插入和读取分别对应enqueueMessage和next，enqueueMessage作用是往队列中插入一条消息，next是从队列中读取一条消息并将其从消息队列中移除。next是一个无限循环方法，队列中没有消息，一直阻塞在这里，有新消息时，next方法返回消息并从单链表中移除该消息。

Looper工作原理

在线程中通过prepare方法初始化Looper对象，prepareMainLooper是专门用来给主线程ActivityThread创建Looper对象的，本质也是调用prepare方法。在任何线程中都可以通过getMainLooper获取主线程的Looper。
Looper的构造方法中会初始化一个MessageQueue对象，并且保存当前线程。
调用loop方法开启消息循环，loop方法是一个死循环，会一直从MessageQueue中通过next方法获取消息，并且处理消息。当没有消息时，next方法阻塞，导致loop方法也一直阻塞。唯一跳出循环的方式是MessageQueue的next方法中返回null。
可以通过Looper的quit和quitSafety退出一个Looper。quit直接退出Looper，而quitSafety是设置一个退出标记，把消息队列中的消息处理完毕之后安全退出。Looper退出后，Handler发送消息会失败，send方法返回false。Looper的quit或quitSafety也会调用MessageQueue中的对应方法，把队列标记为退出状态，这时候next方法就会返回null。子线程中的Looper使用完后都需要调用quit或quitSafety方法，不然子线程一直处于等待状态，无法结束。

Handler的工作原理

Handler包含消息的发送和接收过程，消息发送通过一些列post方法和send方法实现，post方法的本质也是调用send方法。而发送消息的过程很简单，就是往Looper.MessageQueue中插入一条消息。
Handler发送消息后，MessageQueue通过next把消息交给Looper处理，Looper调用Handler的dispatchMessage方法。
dispatchMessage中有三层逻辑：第一：如果消息Message设置了callback(Runnable对象)，那么直接执行这个Runnable。第二：如果Handler设置了Handler.Callback，则执行callback的handlerMessage方法。第三：如果第一第二不满足，则执行Handler自身的handleMessage方法
从上面的分析可以看出，Handler的实现有两种方式:

//派生Handler子类创建Handler对象
private Handler mHandler = new Handler() {
    @Override
    public void handleMessage(Message msg) {
        // TODO: 2018/7/9 处理消息
    }
};

或

//通过传参Handler.Callback创建Handler对象
    Handler mHandler = new Handler(new Handler.Callback() {
        @Override
        public boolean handleMessage(Message msg) {
            // TODO: 2018/7/9 处理消息，false=需要进一步处理，true=不需要进一步处理
            return false;
        }
    });

主线程的消息循环

主线程ActivityThread的入口方法为main，在main方法中调用Looper.prepareMainLooper创建主线程的Looper和MessageQueue（Looper构造方法中初始化）。然后调用looper.loop开始主线程消息循环。
开启消息循环之后，主线程还需要一个Handler和消息队列交互，这个Handler就是ActivityThraed.H，它内部定义了一组消息，包括四大组件的生命周期消息，如下了所示：

private class H extends Handler {
       public static final int LAUNCH_ACTIVITY         = 100;
       public static final int PAUSE_ACTIVITY          = 101;
       public static final int PAUSE_ACTIVITY_FINISHING= 102;
       public static final int STOP_ACTIVITY_SHOW      = 103;
       public static final int STOP_ACTIVITY_HIDE      = 104;
       public static final int SHOW_WINDOW             = 105;
       public static final int HIDE_WINDOW             = 106;
       public static final int RESUME_ACTIVITY         = 107;
       public static final int SEND_RESULT             = 108;
       public static final int DESTROY_ACTIVITY        = 109;
       public static final int BIND_APPLICATION        = 110;
       public static final int EXIT_APPLICATION        = 111;
       public static final int NEW_INTENT              = 112;
       public static final int RECEIVER                = 113;
       public static final int CREATE_SERVICE          = 114;
       public static final int SERVICE_ARGS            = 115;
       public static final int STOP_SERVICE            = 116;
       ...
   }

一个问题

关于Handler消息机制，经常会有这样一个问题：Looper.loop死循环为什么不会卡死?
要解答这个问题，首先，我们来说一下线程和进程，每个应用运行时都会创建一个进程，多数情况下App运行在一个进程中，除非指定android:process或者通过native代码fork进程。在CPU看来，线程是一段可执行代码，代码执行完毕，线程生命周期结束，退出线程。
而对于主线程，肯定不希望运行一段时间就自动退出，那么如何保证一直存活，简单的做法是通过死循环让代码一直执行下去。
那么死循环是否会浪费CPU资源呢？其实不会，主线程的MessageQueue没有消息是，变阻塞在loop的next中，此时线程释放CPU资源进入休眠状态，直到下个消息发生，唤醒主线程工作。所以主线程多数情况处于休眠状态，并不会消耗大量CPU资源。
Activity/Service生命周期如何在死循环外执行的？ActivityThread的内部类H继承自Handler，通过Handler发送各种类型的消息（包括Activity/Service生命周期消息），死循环处理消息，就可以回调Activity/Service的生命周期方法。

这里再用简单的描述来总结这个问题：
Android是基于事件驱动，应用启动后会进入一个死循环监听事件，而Android中几乎所有的系统调用都是通过主线程的Handler发送消息，然后回调handleMessage，如果退出死循环，就不能响应事件了，应用程序就会退出了。当没有Message的时候，主线程释放CPU资源，处于休眠状态（Linux pipe/epoll机制）

Android消息机制总结

用一张图来总结Handler消息机制：