Android消息处理机制：源码剖析Handler、Looper，并实现图片异步加载

引言

我们在做 Android 开发时，常常需要实现异步加载图片/网页/其他。事实上，要实现异步加载，就需要实现线程间通信，而在 Android 中结合使用 Handler、Looper、Message 能够让不同的线程通信，完成异步任务。虽然 Android 官方为我们提供了 AsyncTask 类来完成异步任务，但这个类存在许多问题，并不好用，而且，AsyncTask 也是通过 Handler 和 Thread 来实现异步加载的，所以学习这方面的知识是有必要的

本文讲解思路大致如下：绘制 Android 消息处理机制图 -> 源码剖析消息处理机制中的组件 -> 实现一个图片异步加载 Demo。最终 Demo 效果图如下：

Android 消息处理机制剖析

消息处理模型

我们不妨先想想，一个消息处理机制需要什么？当然是：

消息源

消息队列

消息处理器

消息管理器

其中消息管理器又将划分为三个子模块：消息获取、消息分发、消息循环。我们先不管 Android 内部将如何实现消息处理机制（因为处理机制的抽象结构肯定是一样的，只是具体实现不一样），按照我们列出来的4大模块画出一个简单的消息处理模型：

Android 消息处理组件

现在我们已经知道消息处理模型需要哪些组件了，那就去 Android SDK 里面找相应的类吧～然后我们会发现下面四个类：

Message 类代表消息

MessageQueue 类代表消息队列

Handler 代表消息获取、消息处理

Looper 代表消息循环、消息分发

可能有人会怀疑我在吹nb，在骗大家，这个时候我只能选择看源码了……为了方便大家理解，我将从 Looper 类开始分析，因为 Looper 类在消息处理机制中是个“承上启下”的功能模块。

Looper

在解析 Looper 之前，不妨先来想想为什么需要 Looper 吧。

我们在进行 Android 开发的时候，为了不阻塞主线程（UI 线程），常常需要另开一个线程完成一些操作，而这些操作有一些执行一次就完了，有一些可能需要执行几次，几十次，甚至只要程序进程存活就要不断执行该操作。而普通线程通过 start() 方法只能执行相关动作一次，为了满足多次执行的需求，于是有了 Looper。

那么我们就进入 Looper 的源码，看看 Looper 中有哪些成员吧：

public final class Looper {
    private static final String TAG = "Looper";

    static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();
    private static Looper sMainLooper;  // guarded by Looper.class

    final MessageQueue mQueue;
    final Thread mThread;

    private Printer mLogging;
}

大家可以看到，Looper 的核心成员是一个消息队列，该Looper 对应的线程，ThreadLocal 对象，和一个主线程 Looper 的引用。我们根据 Looper 的使用流程来分析它们的作用：

要使用 Looper，就必须调用 Looper 的 prepare() 方法：

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));
    }

我们可以看到，调用 prepare 方法后会通过 ThreadLocal 的 set 方法创建一个 Looper 对象，而且一个线程只能创建一个 Looper，我们不妨看看 ThreadLocal 通过 set 方法对 Looper 对象干了啥：

public void set(T value) {
        Thread currentThread = Thread.currentThread();
        Values values = values(currentThread);
        if (values == null) {
            values = initializeValues(currentThread);
        }
        values.put(this, value);
    }

实际操作 Looper 对象的是 values() 方法返回对象

Values values(Thread current) {
        return current.localValues;
    }

values() 方法返回的对象是一个线程的内部变量，我们再进去看看会发现：在 Thread 类内部是这样定义 localValues 的 -

ThreadLocal.Values localValues

。也就是说，set 方法实际完成的操作是，将 Looper 对象与线程绑定，并且该 Looper 对象只在该线程内有效，其他线程无法访问该 Looper 对象。

执行完 prepare() 方法之后，我们就要调用 Looper 的 loop() 方法来实现循环了：

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
            Printer logging = me.mLogging;
            if (logging != null) {
                logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " +
                        msg.callback + ": " + msg.what);
            }

            msg.target.dispatchMessage(msg);

            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();
        }
    }

方法有点长，但实际逻辑比较简单：首先判断 prepare() 方法是否被调用，以确保 Looper 和某个线程绑定（需要注意的是：默认情况下，新建的 Looper 对象都与主线程绑定），然后获取对应线程的消息队列，之后就不断循环读取队列中的消息，如果队列中没有消息时 Loop() 方法就会结束（一般不会出现这种情况），否则将消息交给 msg.target 对象分发。

以上就是 Looper 的核心代码了，通过分析我们可以了解到 Looper 与线程的关系，以及在消息分发机制中所起的作用，如图：

Message

既然我们在分析 Looper 源码的最后提到了 Message 类，那么我们就先来看看 Message 类～那么 Message 类作为消息的载体到底存储了什么，做了什么呢？

public final class Message implements Parcelable {
    public int what;

    public int arg1; 

    public int arg2;

    public Object obj;

    public Messenger replyTo;

    public int sendingUid = -1;

    /*package*/ static final int FLAG_IN_USE = 1 << 0;

    /** If set message is asynchronous */
    /*package*/ static final int FLAG_ASYNCHRONOUS = 1 << 1;

    /** Flags to clear in the copyFrom method */
    /*package*/ static final int FLAGS_TO_CLEAR_ON_COPY_FROM = FLAG_IN_USE;

    /*package*/ int flags;

    /*package*/ long when;

    /*package*/ Bundle data;

    /*package*/ Handler target;

    /*package*/ Runnable callback;

    // sometimes we store linked lists of these things
    /*package*/ Message next;

现在我们可以知道，原来刚刚处理消息的 target 就是 Handler 类的对象啦。在 Message 类里，what 用于辨识 Message 的用途，arg1 和 arg2 用于传递一些简单的数据，obj 用于传递对象，data 用于传递复杂数据。

Message 类的方法我觉得是没啥好说的，基本上都是 get/set 方法，当然还有回收方法，例如在 Looper 的 loop() 方法中，每一次循环结束都会执行 Message 的 recycleUnchecked() 方法，将被分发 Message 对象回收。

可能有人会奇怪，消息如果没有被处理就被回收了不会发生消息丢失的情况吗？莫慌，等会我会在分析 Handler 处理消息的时候给大家解释。

Handler

我们在前面的分析中看到，真正处理消息的是 Handler 的 dispatchMessage() 方法，那么我们就从这个方法入手分析 Handler 吧：

public void dispatchMessage(Message msg) {
        if (msg.callback != null) {
            handleCallback(msg);
        } else {
            if (mCallback != null) {
                if (mCallback.handleMessage(msg)) {
                    return;
                }
            }
            handleMessage(msg);
        }
    }

在 dispatchMessage() 方法中，如果 msg 的 callback 不为 null 会调用 Handler 的 handleMessage() 方法处理消息。也就是说，只要消息的 callback 不为 null，就会调用 handleCallback() 方法，那么未处理的消息会不会回到消息队列呢？

private static void handleCallback(Message message) {
        message.callback.run();
    }

看到这里有没有恍然大悟的感觉呢？刚刚我们在分析 Message 源码的时候已经知道，callback 就是 Runnable 接口的实例，也就是说，如果消息没有被处理，就会回到消息队列中啦。那么 Handler 又是怎样处理消息的呢？

public void handleMessage(Message msg) {
    }

竟然是个空方法……不过也很正常，因为 Handler 类只需要提供抽象，具体的处理逻辑应该由开发者决定嘛。那我们分析就到此为止了吗？才没有！我们还没有剖析 Handler 能够实现异步事件处理的原因呢，回到 Handler 的源码，我们会看到下面这个代码段：

final MessageQueue mQueue;
    final Looper mLooper;
    final Callback mCallback;
    final boolean mAsynchronous;
    IMessenger mMessenger;

我靠……Handler 里面居然拥有消息队列、Looper、异步标志位，我们回想一下刚刚分析得到过什么结论：一个 Looper 只能属于一个线程，Looper 有对应线程的消息队列。我们再来看看 Handler 的构造方法，随便挑一个吧：

public 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;
    }

我们可以看到，Handler 内的消息队列就是 Looper 里的消息队列，也就是说 Handler 能够与任何一个线程的消息队列进行通信，并处理其中的消息，或者发送信息到其他线程的消息队列中！

异步处理 Demo

完成上面的分析以后，我们就知道在 Android 中的消息处理机制了，那么现在就来实现一个异步处理 Demo吧。Demo 非常简单，就是异步下载一张图片，并把它显示到一个 ImageView 中，代码比较多，就只给出核心代码，下面有下载地址：

public class DownloadTask implements Runnable{
…………    
    private void updateMsg(Message msg){
        Bundle data = new Bundle();
        Bitmap img = downImage(url);

        data.putString("url", url);
        data.putParcelable("img", img);
        msg.setData(data);
    }

    public Bitmap downImage(String url) {
        Bitmap img = null;

        try {
            URL mUrl = new URL(url);
            HttpURLConnection conn = (HttpURLConnection) mUrl.openConnection();
            conn.setDoInput(true);
            conn.connect();

            InputStream is = conn.getInputStream();
            img = BitmapFactory.decodeStream(is);
        } catch (IOException e) {
            Log.d(TAG, "downloadImg-Exception");
        }

        return img;
    }
}

DownloadTask 类负责处理下载任务，下载开始下载任务，下载任务完成后将图片地址和图片存到 msg 里边，发送给 DownloadHandler ：

public class DownloadHandler extends Handler{
……

    @Override
    public void handleMessage(Message msg) {
        String url = msg.getData().getString("url");
        Bitmap img = msg.getData().getParcelable("img");

        Log.d(TAG, url);

        loader.iLoader.update(img);
    }
}

最后通过 ILoader 接口更新外部 UI：

public interface ILoader {
        public void update(Bitmap img);
    }
}

下载地址