android的消息处理机制

周sir | 2015年12月23日 | Android UI界面 | 0 条评论 | 1601

android的消息处理有三个核心类：Looper,Handler和Message。其实还有一个Message Queue（消息队列），但是MQ被封装到Looper里面了，我们不会直接与MQ打交道，因此我没将其作为核心类。下面一一介绍：

android的消息处理有三个核心类：Looper,Handler和Message。其实还有一个Message Queue（消息队列），但是MQ被封装到Looper里面了，我们不会直接与MQ打交道，因此我没将其作为核心类。下面一一介绍：

线程的魔法师 Looper

Looper的字面意思是“循环者”，它被设计用来使一个普通线程变成Looper线程。所谓Looper线程就是循环工作的线程。在程序开发中（尤其是GUI开发中），我们经常会需要一个线程不断循环，一旦有新任务则执行，执行完继续等待下一个任务，这就是Looper线程。使用Looper类创建Looper线程很简单：

public class LooperThread extends Thread {

@Override
public void run() {
        // 将当前线程初始化为Looper线程
        Looper.prepare();
        // ...其他处理，如实例化handler
        // 开始循环处理消息队列
        Looper.loop();
    }
}

通过上面两行核心代码，你的线程就升级为Looper线程了！！！是不是很神奇？让我们放慢镜头，看看这两行代码各自做了什么。

1)Looper.prepare()

通过上图可以看到，现在你的线程中有一个Looper对象，它的内部维护了一个消息队列MQ。注意，一个Thread只能有一个Looper对象，为什么呢？咱们来看源码。

public class Looper {
    // 每个线程中的Looper对象其实是一个ThreadLocal，即线程本地存储(TLS)对象
    private static final ThreadLocal sThreadLocal = new ThreadLocal();

    // Looper内的消息队列
    final MessageQueue mQueue;

    // 当前线程
    Thread mThread;

    // 。。。其他属性

    // 每个Looper对象中有它的消息队列，和它所属的线程
    private Looper() {
        mQueue = new MessageQueue();
        mRun = true;
        mThread = Thread.currentThread();
    }

    // 我们调用该方法会在调用线程的TLS中创建Looper对象
    public static final void prepare() {
        if (sThreadLocal.get() != null) {
            // 试图在有Looper的线程中再次创建Looper将抛出异常
            throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
        }
        sThreadLocal.set(new Looper());
    }
    // 其他方法
}

通过源码，prepare()背后的工作方式一目了然，其核心就是将looper对象定义为ThreadLocal。如果你还不清楚什么是ThreadLocal，请参考《理解ThreadLocal》。

2）Looper.loop()

调用loop方法后，Looper线程就开始真正工作了，它不断从自己的MQ中取出队头的消息(也叫任务)执行。其源码分析如下：

public static final void loop() {
        Looper me = myLooper();  //得到当前线程Looper
        MessageQueue queue = me.mQueue;  //得到当前looper的MQ
        // 这两行没看懂= = 不过不影响理解
        Binder.clearCallingIdentity();

        final long ident = Binder.clearCallingIdentity();

        // 开始循环
        while (true) {
            Message msg = queue.next(); // 取出message
            if (msg != null) {
                if (msg.target == null) {
                    // message没有target为结束信号，退出循环
                    return;
                }
                // 日志。。。
                if (me.mLogging!= null) me.mLogging.println(
                        ">>>>> Dispatching to " + msg.target + " "
                        + msg.callback + ": " + msg.what
                        );
                // 非常重要！将真正的处理工作交给message的target，即后面要讲的handler
                msg.target.dispatchMessage(msg);
                // 还是日志。。。
                if (me.mLogging!= null) me.mLogging.println(
                        "<<<<< Finished to    " + msg.target + " "
                        + msg.callback);
                                // 下面没看懂，同样不影响理解
                final long newIdent = Binder.clearCallingIdentity();
                if (ident != newIdent) {
                    Log.wtf("Looper", "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);
                }
                // 回收message资源
                msg.recycle();
            }
        }
    }

除了prepare()和loop()方法，Looper类还提供了一些有用的方法，比如 Looper.myLooper()得到当前线程looper对象：

public static final Looper myLooper() {
        // 在任意线程调用Looper.myLooper()返回的都是那个线程的looper
        return (Looper)sThreadLocal.get();
}

getThread()得到looper对象所属线程：

public Thread getThread() {
        return mThread;
}

quit()方法结束looper循环：

除了prepare()和loop()方法，Looper类还提供了一些有用的方法，比如 Looper.myLooper()得到当前线程looper对象：

public static final Looper myLooper() {
        // 在任意线程调用Looper.myLooper()返回的都是那个线程的looper
        return (Looper)sThreadLocal.get();
}

getThread()得到looper对象所属线程：

public Thread getThread() {
        return mThread;
}

quit()方法结束looper循环：

public void quit() {
        // 创建一个空的message，它的target为NULL，表示结束循环消息
        Message msg = Message.obtain();
        // 发出消息
        mQueue.enqueueMessage(msg, 0);
}

到此为止，你应该对Looper有了基本的了解，总结几点：

1.每个线程有且最多只能有一个Looper对象，它是一个ThreadLocal

2.Looper内部有一个消息队列，loop()方法调用后线程开始不断从队列中取出消息执行

3.Looper使一个线程变成Looper线程。

那么，我们如何往MQ上添加消息呢？下面有请Handler！

异步处理大师 Handler

什么是handler？handler扮演了往MQ上添加消息和处理消息的角色（只处理由自己发出的消息），即通知MQ它要执行一个任务(sendMessage)，并在loop到自己的时候执行该任务(handleMessage)，整个过程是异步的。handler创建时会关联一个looper，默认的构造方法将关联当前线程的looper，不过这也是可以set的。默认的构造方法：

public class handler {
    final MessageQueue mQueue;  // 关联的MQ

    final Looper mLooper;  // 关联的looper

    final Callback mCallback;

    // 其他属性

    public Handler() {
        // 没看懂，直接略过，，，
        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());
            }
        }
        // 默认将关联当前线程的looper
        mLooper = Looper.myLooper();
        // looper不能为空，即该默认的构造方法只能在looper线程中使用
        if (mLooper == null) {
            throw new RuntimeException(
                "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");
        }
        // 重要！！！直接把关联looper的MQ作为自己的MQ，因此它的消息将发送到关联looper的MQ上
        mQueue = mLooper.mQueue;
        mCallback = null;
    }
    // 其他方法
}

下面我们就可以为之前的LooperThread类加入Handler：

public class LooperThread extends Thread {
    private Handler handler1;

    private Handler handler2;

    @Override
    public void run() {
        // 将当前线程初始化为Looper线程
        Looper.prepare();
        // 实例化两个handler
        handler1 = new Handler();
        handler2 = new Handler();
        // 开始循环处理消息队列
        Looper.loop();
    }
}

加入handler后的效果如下图：

可以看到，一个线程可以有多个Handler，但是只能有一个Looper！

Handler发送消息

有了handler之后，我们就可以使用 post(Runnable), postAtTime(Runnable, long), postDelayed(Runnable, long), sendEmptyMessage(int), sendMessage(Message), sendMessageAtTime(Message, long)和sendMessageDelayed(Message, long)这些方法向MQ上发送消息了。光看这些API你可能会觉得handler能发两种消息，一种是Runnable对象，一种是message对象，这是直观的理解，但其实post发出的Runnable对象最后都被封装成message对象了，见源码：

public final boolean post(Runnable r)
{
    // 注意getPostMessage(r)将runnable封装成message
    return  sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);
}

private final Message getPostMessage(Runnable r) {

     Message m = Message.obtain();  //得到空的message
     m.callback = r;  //将runnable设为message的callback
     return m;
}

public boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis)
{
     boolean sent = false;
     MessageQueue queue = mQueue;
     if (queue != null) {
         msg.target = this;  // message的target必须设为该handler！
         sent = queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
     }
     else {
         RuntimeException e = new RuntimeException(
             this + " sendMessageAtTime() called with no mQueue");
         Log.w("Looper", e.getMessage(), e);
      }
      return sent;
}

其他方法就不罗列了，总之通过handler发出的message有如下特点：

1.message.target为该handler对象，这确保了looper执行到该message时能找到处理它的handler，即loop()方法中的关键代码

msg.target.dispatchMessage(msg);

2.post发出的message，其callback为Runnable对象

Handler处理消息

说完了消息的发送，再来看下handler如何处理消息。消息的处理是通过核心方法dispatchMessage(Message msg)与钩子方法handleMessage(Message msg)完成的，见源码

// 处理消息，该方法由looper调用
public void dispatchMessage(Message msg) {
    if (msg.callback != null) {
        // 如果message设置了callback，即runnable消息，处理callback！
        handleCallback(msg);
    } else {
        // 如果handler本身设置了callback，则执行callback
        if (mCallback != null) {
             /* 这种方法允许让activity等来实现Handler.Callback接口，避免了自己编写handler重写handleMessage方法。见http://alex-yang-xiansoftware-com.iteye.com/blog/850865 */
            if (mCallback.handleMessage(msg)) {
                return;
            }
        }
        // 如果message没有callback，则调用handler的钩子方法handleMessage
        handleMessage(msg);
    }
}

    // 处理runnable消息
private final void handleCallback(Message message) {
    message.callback.run();  //直接调用run方法！
}

// 由子类实现的钩子方法
public void handleMessage(Message msg) {
}

可以看到，除了handleMessage(Message msg)和Runnable对象的run方法由开发者实现外（实现具体逻辑），handler的内部工作机制对开发者是透明的。这正是handler API设计的精妙之处！

Handler的用处

我在小标题中将handler描述为“异步处理大师”，这归功于Handler拥有下面两个重要的特点：

1.handler可以在任意线程发送消息，这些消息会被添加到关联的MQ上。

2.handler是在它关联的looper线程中处理消息的。

这就解决了android最经典的不能在其他非主线程中更新UI的问题。android的主线程也是一个looper线程(looper在android中运用很广)，我们在其中创建的handler默认将关联主线程MQ。因此，利用handler的一个solution就是在activity中创建handler并将其引用传递给worker thread，worker thread执行完任务后使用handler发送消息通知activity更新UI。(过程如图)

当然，handler能做的远远不仅如此，由于它能post Runnable对象，它还能与Looper配合实现经典的Pipeline Thread(流水线线程)模式。请参考此文《Android Guts: Intro to Loopers and Handlers》

封装任务 Message

在整个消息处理机制中，message又叫task，封装了任务携带的信息和处理该任务的handler。message的用法比较简单，这里不做总结了。但是有这么几点需要注意（待补充）：

1.尽管Message有public的默认构造方法，但是你应该通过Message.obtain()来从消息池中获得空消息对象，以节省资源。

2.如果你的message只需要携带简单的int信息，请优先使用Message.arg1和Message.arg2来传递信息，这比用Bundle更省内存

3.擅用message.what来标识信息，以便用不同方式处理message。

其它理解

Message Queue 在单线程模型下，为了解决类似的问题，Android设计了一个Message Queue(消息队列)，线程间可以通过该Message Queue并结合Handler和Looper组件进行信息交换。下面将对它们进行分别介绍：

1. Message

Message消息，理解为线程间交流的信息，处理数据后台线程需要更新UI，则发送Message内含一些数据给UI线程。

2. Handler

Handler处理者，是Message的主要处理者，负责Message的发送，Message内容的执行处理。后台线程就是通过传进来的Handler对象引用来sendMessage(Message)。而使用Handler，需要implement 该类的 handleMessage(Message)方法，它是处理这些Message的操作内容，例如Update UI。通常需要子类化Handler来实现handleMessage方法。

3. Message Queue

Message Queue消息队列，用来存放通过Handler发布的消息，按照先进先出执行。每个message queue都会有一个对应的Handler。Handler会向message queue通过两种方法发送消息：sendMessage或post。这两种消息都会插在message queue队尾并按先进先出执行。但通过这两种方法发送的消息执行的方式略有不同：通过sendMessage发送的是一个message对象,会被Handler的handleMessage()函数处理；而通过post方法发送的是一个runnable对象，则会自己执行。

4. Looper

Looper是每条线程里的Message Queue的管家。Android没有Global的Message Queue，而Android会自动替主线程(UI线程)建立Message Queue，但在子线程里并没有建立Message Queue。所以调用Looper.getMainLooper()得到的主线程的Looper不为NULL，但调用Looper.myLooper()得到当前线程的Looper就有可能为NULL。对于子线程使用Looper，API Doc提供了正确的使用方法： class LooperThread extends Thread { public Handler mHandler;

public void run() { Looper.prepare(); //创建本线程的Looper并创建一个MessageQueue

mHandler = new Handler() { public void handleMessage(Message msg) { // process incoming messages here } };

Looper.loop(); //开始运行Looper,监听Message Queue } }

这个Message机制的大概流程：

1. 在Looper.loop()方法运行开始后，循环地按照接收顺序取出Message Queue里面的非NULL的Message。

2. 一开始Message Queue里面的Message都是NULL的。当Handler.sendMessage(Message)到Message Queue，该函数里面设置了那个Message对象的target属性是当前的Handler对象。随后Looper取出了那个Message，则调用该Message的target指向的Hander的dispatchMessage函数对Message进行处理。

在dispatchMessage方法里，如何处理Message则由用户指定，三个判断，优先级从高到低： 1) Message里面的Callback，一个实现了Runnable接口的对象，其中run函数做处理工作； 2) Handler里面的mCallback指向的一个实现了Callback接口的对象，由其handleMessage进行处理； 3) 处理消息Handler对象对应的类继承并实现了其中handleMessage函数，通过这个实现的handleMessage函数处理消息。由此可见，我们实现的handleMessage方法是优先级最低的！

3. Handler处理完该Message (update UI) 后，Looper则设置该Message为NULL，以便回收！

原文出处:android的消息处理机制（图+源码分析）——Looper,Handler,Message