Android的消息机制

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2015已成为过去，转眼间迎来了2016。自己已经从事Android开发两年了，看的各种书籍和资料也不少，可是自己从来也都没有把自己学到的东西整理出来分享给大家，今天在新的一年，自己把以前学到的一些知识点总结梳理分享出来，以此共勉。

前面都是废话，现在我们进入主题，今天我要给大家分享的是Android的消息机制。相信大家对Android的消息的使用并不陌生，当我们在UI线程（主线程）中另起线程来完成耗时操作或者访问网络的时候，等线程结束如果有UI需要更新，这时就会使用Handler来发送消息到主线程去更新UI。原因大家想必都清楚，因为Android的UI控件不是线程安全的，所以在线程中去访问UI控件是不允许的。

其实上面只是Handler的常用情景，其实Handler还有别的情景，那么下面我们就开始讲解Handler消息机制吧。

一，Android的消息机制概述

Android的消息机制主要是指Handler的工作机制以及所附带的MessageQueue和Looper的工作过程。这三者实际上是一个整体，只是我们平时开发的过程中比较多接触Handler而已。Handler的运行需要底层的MessageQueue和Looper做支撑。MessageQueue的中文翻译的意思是“消息队列”，然而它内部并不是队列结构，而是采用单链表的数据结构来存储消息列表。MessageQueue只是把消息存储起来，Looper的作用是消息循环，Looper会无限循环的方式去查找是否有新消息，有的话就处理，否则就一直等待着。

我们知道Handler创建的时候会采用当前线程的Looper来构造消息循环系统，那么Handler的内部是如何获取到当前线程的Looper的呢？

这就要是用ThreadLocal了，下面首先介绍ThreadLocal。

二，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，只有在指定的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。下面通过一个实际的例子来演示ThreadLocal的真正含义。首先定义一个ThreadLocal对象，如下：

private ThreadLocal<Boolean> mBooleanThreadLocal = new ThreadLocal<Boolean>();

然后分别在主线程、子线程1和子线程2中设置和访问它的值，代码如下：

mBooleanThreadLocal.set(true);
Log.d(TAG, "[Thead#main]mBooleanTheadLocal=" + mBooleanThreadLocal.get());
new Thread("Thread#1") {
@override
public void run() {
mBooleanThreadLocal.set(false);
Log.d(TAG, "[Thead#1]mBooleanTheadLocal=" + mBooleanThreadLocal.get());
};
}.start();
new Thread("Thread#2") {
@override
public void run() {
Log.d(TAG, "[Thead#2]mBooleanTheadLocal=" + mBooleanThreadLocal.get());
};
}.start();

在上面代码中，在主线程中设置mBooleanThreadLocal的值为true，在子线程1中设置为false，在子线程2中不设置。打印输出结果如下：

D/TActivity(8676) : [Thread#main]mBooleanThreadLocal=true
D/TActivity(8676) : [Thread#1]mBooleanThreadLocal=false
D/TActivity(8676) : [Thread#2]mBooleanThreadLocal=null

从上面可以清楚的看到ThreadLocal可以在不同的线程中维护一套数据副本并且彼此互补干扰。大家可以去查看ThreadLocal的源码可以发现，在不同的线程中访问同一个ThreadLocal的set和get方法所做的读写操作仅限于各自的线程内部，这就是为什么ThreadLocal可以在多个线程中互不干扰的存储和修改数据。理解ThreadLocal的实现方式有助于理解Looper的工作原理。

相信大家对存储Looper的ThreadLocal有一个大概的了解了，下面我们一次介绍MessageQueue，Handler，Looper的工作机制原理。

三，MessageQueue的工作原理

相信大家对存储Looper的ThreadLocal有一个大概的了解了，下面我们一次介绍MessageQueue，Handler，Looper的工作机制原理。

MessageQueue就是Android中的消息队列，它主要包含了两个操作，插入和读取。读取操作本身会伴随这删除操作，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从中移除，下面主要看一下这两个方法的实现。

enqueueMessage的源码如下所示：

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("MessageQueue", 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;
}

从它的实现来看，它的主要操作就是单链表的插入操作。这里就不多说了，下面来看next方法的实现：

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 (false) Log.v("MessageQueue", "Returning message: " + msg);
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("MessageQueue", "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;
}
}

可以发现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方法会一直阻塞在这里。有新消息来时，next方法会返回这条消息并将其从单链表中移除。

四，Looper的工作原理

Looper在Android的消息机制中扮演中消息循环的角色，具体地就是它会不停的从MessageQueue中查看是否有新消息，如果有机会立刻处理，否则就一直阻塞在那里。首先我们来看一下Looper源码的构造方法如下：

private Looper(boolean quitAllowed) {
mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
mThread = Thread.currentThread();
}

它会创建一个MessageQueue，然后将当前线程的对象保存起来。

我们知道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呢？如下：

new Thread("Thread#2") {
public void run() {
Looper.prepare();
Handler handler = new Handler();
Looper.loop();
};
}.start();

Looper除了prepare方法，还提供了prepareMainLooper方法，这个方法主要是给主线程ActivityThread创建Looper使用的，其本质也是通过prepare来实现的。同时Looper提供了一个getMainLooper方法通过他可以在任何地方获取到主线程的Looper。

Looper最重要的方法就是loop方法了。只有调用loop方法后，消息系统才会真正起作用。loop的源码如下：

/**
* 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
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();
}
}

从上面源码可以看出loop方法是个死循环，唯一跳出循环的的方式是MessageQueue的next方法返回了null值。Looper在获取到新的消息后的处理代码从上面可以看出是：msg.target.dispatchMessage(msg)，这里的msg.target是发送消息的Handler对象，这样Handler发送的消息最终还是交给它自己的dispatchMessage()方法来处理了。而且这个方法是在Looper中执行的，这样就成功的把逻辑切换到指定的线程中去了。

注意：Looper也是可以退出的，提供了quit和quitSafely两个给方法，二者的区别是，quit直接退出Looper，而quitSafely只是设定了一个退出标记，当消息队列的消息处理完毕后才会安全的退出，有兴趣的朋友可以去查看源码。这里我就不贴源码了。因为Looper是个死循环，建议在不需要的时候要终止Looper。

五，Handler的工作原理

我们上面已经讲过了，Handler的主要工作是消息的发送和接受，当然消息的处理实际上也是Handler来完成。消息的发送是通过post的一些列方法和send的一系列方法来实现，post的一些列方法最终是通过send来实现的，这里大家可以去查看源码，我就不贴出源码了。下面我们来看一下sendMessage方法的源码如下：

public final boolean sendMessage(Message msg)
{
return sendMessageDelayed(msg, 0);
}

public final boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis)
{
if (delayMillis < 0) {
delayMillis = 0;
}
return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis);
}

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);
}

从上面的源码可以看出，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交给了Handler处理，即Handler的dispatMessage方法会被调用，这时Handler就进入了处理消息的阶段。despatchMessage方法实现如下：

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

从源码我们可以分析出：首先，会检查Message的callback是否为null，不为null就通过handleCallback来处理消息了，这个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，这个mCallback是个什么东西呢？实际上，大家在创建Handler的时候有时候是这样创建的：Handler handler = new Handler(callback);这里的“callback”就是我们上面提到的mCallback了。这样就不用派生出一个Handler的子类并重写其handleMessage方法来处理消息了。

如果mCallback为null或者mCallback处理消息后返回false，那么消息会进一步让Handler子类的handleMessage方法来处理。

总结上面的消息处理流程，我画了个流程图方便大家理解，如下：



写了一个下午，总算完成Android消息机制的解析。由于自己是第一次自己动手写博客，如果有什么纰漏，不对的地方，也请各位大神指出，谢谢。