Android开发：Handler异步通信机制全面解析（包含Looper、Message Queue）
2016-09-22 18:37
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前言
最近刚好在做关于异步通信的需求，那么，今天我们来讲解下Android开发中的Handler异步通信传递机制（包括Looper、Message Queue）目录
Handler.png
定义
Android提供的一套消息传递机制作用
用于实现子线程对UI线程的更新，实现异步消息的处理：在新启动的线程中发送消息
在主线程中获取并处理信息
为什么要用Handler
在安卓开发中：为了保证Android的UI操作是线程安全的，Android规定了只允许UI线程修改Activity里的UI组件；
但在实际开发中，必然会用到多个线程并发操作UI组件，这又将导致UI操作的线程不安全
所以问题在于：如何同时满足：
保证线程安全
使多个线程并发操作UI组件
Handler消息传递机制就是这个问题的。
相关概念
主线程（UI线程）定义：当程序第一次启动时，Android会同时启动一条主线程(Main Thread)
作用：主线程主要负责处理与UI相关的事件，所以主线程又叫UI线程
子线程则负责一些比较耗时的操作(联网、取数据、SD卡数据加载等操作)，而主线程和子线程之间的通信,就是要靠Handler了。
Message
定义：消息，理解为线程间通讯的数据单元（Handler接受和处理的消息对象。）
例如后台线程在处理数据完毕后需要更新UI，则可发送一条包含更新信息的Message给UI线程
Message Queue
定义：消息队列
作用：用来存放通过Handler发过来的消息，按照先进先出执行
Handler
定义：Handler是Message的主要处理者
作用：负责将Message添加到消息队列&处理Looper分派过来的Message
Looper
定义：循环器，扮演Message Queue和Handler之间桥梁的角色
作用：主要负责消息循环：循环取出Message Queue的Message；消息派发：将取出的Message交付给相应的Handler
每个线程中只能拥有一个Looper,但是一个Looper可以和多个线程的Handler绑定起来，也就是说很多个线程可以往一个Looper所持有的MessageQueue中发送消息。这就给我们提供了线程之间通信的可能。
Handler在创建的时候可以显示指定Looper，这样在Handler在调用sendMessage()投递消息的时候会将消息添加到指定的Looper里面的MessageQueue。如果不指定Looper，Handler默认绑定的是创建它的线程的Looper。
Handler异步通信机制工作流程图
Handler异步通信传递机制流程图
Handler、Looper、MessageQueue关系类图
Handler、Looper、MessageQueue关系类图.png
Handler
提供sendMessage方法，将消息放置到队列中
提供handleMessage方法，定义个各种消息的处理方式；
Looper
Looper.prepare()：实例化Looper对象；为当前线程生成一个消息队列；
Looper.loop() ：循环从消息队列中获取消息，交给Handler处理；此时线程处于无限循环中，不停的从MessageQueue中获取Message 消息 ；如果没有消息就阻塞
MessageQueue
提供enqueueMessage 方法，将消息根据时间放置到队列中；
提供next方法，从队列中获取消息，没有消息的时候阻塞；
Handler工作流程解释
异步通信传递机制步骤主要包括异步通信的准备、消息发送、消息循环和消息处理
异步通信的准备
包括Looper对象的创建&实例化、MessageQueue队列的创建和Handler的实例化
消息发送
Handler将消息发送到消息队列中
消息循环
Looper执行Looper.loop()进入消息循环，在这个循环过程中，不断从该Message Queue取出消息，并将取出的消息派发给创建该消息的Handler
消息处理
调用该Handler的dispatchMessage(msg)方法，即回调handleMessage(msg)处理消息
好像很复杂？那就先看下这个简图了解下：
page3.png
工作流程详细讲解
由上面可以得知，整个异步消息传递机制主要包括Handler、Looper和MessageQueue，接下来通过相应源码来解析这三部分第一部分：Looper
Looper主要负责：自身的创建&创建Message Queue
消息循环（消息取出、派发）
对应职责我们来看下相应的源码：
自身的创建&创建Message Queue：prepare()方法
public static final void prepare() {
//判断sThreadLocal是否为null，否则抛出异常
//即Looper.prepare()方法不能被调用两次
//也就是说，一个线程中只能对应一个Looper实例
if (sThreadLocal.get() != null) {
throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
}
//sThreadLocal是一个ThreadLocal对象，用于在一个线程中存储变量
//实例化Looper对象并存放在ThreadLocal
//这说明Looper是存放在Thread线程里的
sThreadLocal.set(new Looper(true));
}
//再来看下Looper的构造方法
private Looper(boolean quitAllowed) {
//创建了一个MessageQueue（消息队列）
//这说明，当创建一个Looper实例时，会自动创建一个与之配对的MessageQueue（消息队列）
mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
mRun = true;
mThread = Thread.currentThread();
}2. 消息循环：loop()方法
public static void loop() {
//myLooper()方法作用是返回sThreadLocal存储的Looper实例，如果me为null，loop()则抛出异常
//也就是说loop方法的执行必须在prepare方法之后运行
//也就是说，消息循环必须要先在线程当中创建Looper实例
final Looper me = myLooper();
if (me == null) {
throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
}
//获取looper实例中的mQueue（消息队列）
final MessageQueue queue = me.mQueue;
Binder.clearCallingIdentity();
final long ident = Binder.clearCallingIdentity();
//进入消息循环
for (;;) {
//next()方法用于取出消息队列里的消息
//如果取出的消息为空，则线程阻塞
Message msg = queue.next(); // might block
if (msg == null) {
return;
}
Printer logging = me.mLogging;
if (logging != null) {
logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " +
msg.callback + ": " + msg.what);
}
//消息派发：把消息派发给msg的target属性，然后用dispatchMessage方法去处理
//Msg的target其实就是handler对象，下面会继续分析
msg.target.dispatchMessage(msg);
if (logging != null) {
logging.println("<<<<< Finished to " + msg.target + " " + msg.callback);
}
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);
}
//释放消息占据的资源
msg.recycle();
}
}总结Looper的作用：
实例化本身、与当前线程绑定、创建与之相应的MessageQueue：prepare()方法
一个线程只会有一个Looper实例，同时一个Looper实例也只有一个MessageQueue
消息循环（消息取出、消息派发）：loop()方法
不断从MessageQueue中去取消息，派发给消息的target属性的Handler，然后调用相应Handler的dispatchMessage()方法进行消息处理。
第二部分：Handler
主要负责：在子线程发送消息给MessageQueue
处理Looper派发过来的消息
使用Handler之前，会初始化一个Handler实例
Handler是需要和线程绑定在一起的，在初始化Handler的时候一般通过指定Looper对象从而绑定相应线程，即给Handler指定Looper对象=绑定到了Looper对象所在的线程中，Handler的消息处理回调会在那个线程中执行。一般有两种方法创建：
通过Loop.myLooper()得到当前线程的Looper对象/通过Loop.getMainLooper()可以获得当前进程的主线程的Looper对象。
不指定Looper对象，那么这个Handler绑定到了创建这个线程的线程上，消息处理回调也就在创建线程中执行.
首先看Handler的构造方法
public Handler() {
this(null, false);
}
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());
}
}
//通过Looper.myLooper()获取了当前线程保存的Looper实例，如果线程没有Looper实例那么会抛出异常
//这说明在一个没有创建Looper的线程中是无法创建一个Handler对象的
//所以说我们在子线程中创建一个Handler时首先需要创建Looper，并且开启消息循环才能够使用这个Handler。
mLooper = Looper.myLooper();
if (mLooper == null) {
throw new RuntimeException(
"Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");
}
//获取了这个Looper实例中保存的MessageQueue（消息队列）
//这样就保证了handler的实例与我们Looper实例中MessageQueue关联上了
mQueue = mLooper.mQueue;
mCallback = callback;
mAsynchronous = async;
}上述说明：当Handler初始化时，可通过构造方法自动关联Looper和相应的MessageQueue
1. Handler向MessageQueue发送消息：对于Handler的发送方式可以分为post和send两种方式。
send的发送方法：sendMessage()public final boolean sendMessage(Message msg)
{
return sendMessageDelayed(msg, 0);
}
//我们往下扒
public final boolean sendEmptyMessageDelayed(int what, long delayMillis) {
Message msg = Message.obtain();
msg.what = what;
return se
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ndMessageDelayed(msg, delayMillis);
}
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) {
//直接获取MessageQueue
MessageQueue queue = mQueue;
if (queue == null) {
RuntimeException e = new RuntimeException(
this + " sendMessageAtTime() called with no mQueue");
Log.w("Looper", e.getMessage(), e);
return false;
}
//调用了enqueueMessage方法
return enqueueMessage(queue, msg, uptimeMillis);
}
//调用sendMessage方法其实最后是调用了enqueueMessage方法
private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
//为msg.target赋值为this，也就是把当前的handler作为msg的target属性
//如果大家还记得Looper的loop()方法会取出每个msg然后执行msg.target.dispatchMessage(msg)去处理消息，其实就是派发给相应的Handler
msg.target = this;
if (mAsynchronous) {
msg.setAsynchronous(true);
}
//最终调用queue的enqueueMessage的方法，也就是说handler发出的消息，最终会保存到消息队列中去。
return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}Post的发送方法：sendMessage()
showhandler.post(new Runnable() {
@Override
public void run() {
String line = "\n";
StringBuffer text = new StringBuffer(show.getText());
text.append(line).append("angelababy:Yes,I do");
show.setText(text);
}相比send方法，post方法最大的不同在于，更新UI操作可直接在重写的run方法定义。
其实Runnable并没有创建什么线程，而是发送了一条消息，下面看源码：
public final boolean post(Runnable r)
{
return sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);
}
private static Message getPostMessage(Runnable r) {
//创建了一个Message对象
//创建Message对象可以new，也可以使用Message.obtain()方法；
//但是更建议使用obtain方法，因为Message内部维护了一个Message池用于Message的复用，避免使用new 重新分配内存。
Message m = Message.obtain();
//将我们创建的Runable对象作为callback属性，赋值给了此message.
m.callback = r;
//创建了一个Message对象
return m;
}
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);
}从上面的源码发现了吧？和send中的handler.sendMessage是一样的。
调用了sendMessageAtTime，然后调用了enqueueMessage方法，给msg.target赋值为handler，最终Handler将消息加入MessagQueue.
但是细心的你会发现，在使用Post方法时会将我们创建的Runable对象作为callback属性赋值给了此message
那么msg的callback和target都有值，那么会执行哪个呢？
我们已知回调发送消息的方法是：dispatchMessage()
public void dispatchMessage(Message msg) {
//一开始就会进行判断
//如果msg.callback属性不为null，则执行callback回调，也就是我们的Runnable对象
if (msg.callback != null) {
handleCallback(msg);
} else {
if (mCallback != null) {
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
}
}
handleMessage(msg);
}
}2. 处理Looper派发过来的消息：dispathMessage()方法
public void dispatchMessage(Message msg) {
if (msg.callback != null) {
handleCallback(msg);
} else {
if (mCallback != null) {
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
}
}
handleMessage(msg);
}
}
public void handleMessage(Message msg) {
}可以看到dispathMessage()方法里调用了 handleMessage()方法，但handleMessage()是一个空方法
因为Handler发送消息过来是希望进行一定的处理，至于怎么处理消息是该Handler最终控制的，所以我们在创建handler时需要通过复写handleMessage()方法从而实现我们需要的消息处理方式，然后根据msg.what标识进行消息处理。
这就是为什么我们在主线程中实例化Handler的时候需要重写handleMessage()
特别注意
在一个Android应用启动的时候，会创建一个主线程，即ActivityThread（也叫UI线程），在ActivityThread中有一个静态的main方法：应用程序的入口点//一个进程会默认生成一个主线程
public static void main(String[] args) {
......
//主线程生成时自动通过prepareMainLooper方法为主线程创建一个Looper
//prepare()方法是用于在子线程中创建一个Looper对象，在子线程中是可以退出消息循环的：调用消息队列的quit方法
//Looper生成时会自动生成与之配套的消息队列
Looper.prepareMainLooper();
ActivityThread thread = new ActivityThread();
thread.attach(false);
......
//loop()方法开启消息循环
//主线程的消息循环是不允许被退出的
Looper.loop();
throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
}第三部分：MessageQueue
即消息队列，用于存放Handler发送过来的消息为了提高插入删除的效率，采用单链表的方式实现。
对于MessageQueue，我们来看下入队和出队操作
MessageQueue入队
boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
......
synchronized (this) {
......
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;
}消息的入队（插入）过程
首先判断消息队列里有没有消息，没有的话则将当前插入的消息作为队头，并且这时消息队列如果处于等待状态的话则将其唤醒。
若是在中间插入，则根据Message创建的时间进行插入。
MessageQueue出队
Message next() {
......
int nextPollTimeoutMillis = 0;
for (;;) {
if (nextPollTimeoutMillis != 0) {
Binder.flushPendingCommands();
}
// nativePollOnce方法在native层，若是nextPollTimeoutMillis为-1，这时候消息队列处于等待状态。
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());
}
//按照我们设置的时间取出消息
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 (DEBUG) Log.v(TAG, "Returning message: " + msg);
msg.markInUse();
return msg;
}
} else {
// 如果消息队列中没有消息，将nextPollTimeoutMillis设为-1，下次循环消息队列则处于等待状态
nextPollTimeoutMillis = -1;
}
//退出消息队列，返回null，这时候Looper中的消息循环也会终止。
if (mQuitting) {
dispose();
return null;
}
......
}
.....
}
}Thread、Looper、Handler之间的对应关系：
一个Thread（线程）只能有一个Looper，可以有多个Handler一个Looper可以绑定多个Handler；
一个Handler只能绑定一个Looper；
对应关系.png
回顾工作原理图
把Handler工作原理都讲解完了，我们再来看下一开始说的工作原理图，你大概会有更深的理解了。Handler异步通信传递机制流程图
实例
没有实际应用的博客都不是好博客！现在是时候看一下实际应用了Demo的源码下载
https://github.com/Carson-Ho/Handler_learning（个人推荐先fork下来再对着下面的分析看，效果会更好哦！）
布局文件：
activity_main
<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> <RelativeLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android" xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools" android:layout_width="match_parent" android:layout_height="match_parent" android:paddingBottom="@dimen/activity_vertical_margin" android:paddingLeft="@dimen/activity_horizontal_margin" android:paddingRight="@dimen/activity_horizontal_margin" android:paddingTop="@dimen/activity_vertical_margin" tools:context="com.example.carson_ho.handlerdemo.MainActivity"> <TextView android:id="@+id/show" android:layout_width="wrap_content" android:layout_height="wrap_content" android:text="" /> </RelativeLayout>
2. 1 send方法：MainActivity
package com.example.carson_ho.handlerdemo;
import android.os.Bundle;
import android.os.Handler;
import android.os.Message;
import android.support.v7.app.AppCompatActivity;
import android.widget.TextView;
public class MainActivity extends AppCompatActivity {
private TextView show;
private Handler showhandler;
@Override
//主线程创建时便自动创建Looper和对应的MessageQueue,之前执行Loop()进入消息循环
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
show = (TextView) findViewById(R.id.show);
//实例化Handler,这里并无指定Looper,即自动绑定当前线程(主线程)的Looper和MessageQueue
showhandler = new FHandler();
//启动子线程
new Thread_1().start();
new Thread_2().start();
}
class FHandler extends Handler{
//通过复写handlerMessage()从而决定如何进行更新UI操作
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
StringBuffer text = new StringBuffer();
switch (msg.what) {
case 1:
text.append("I love Carson_Ho");
show.setText(text);
break;
case 2:
text.append("I hate Carson_Ho");
show.setText(text);
break;
}
}
}
class Thread_1 extends Thread {
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//定义要发送的消息
Message msg = Message.obtain();
msg.what = 1;//用于消息的标识
msg.obj = "AA";//用于消息的存放
//传入主线程的Handler并其MessageQueue发送消息
showhandler.sendMessage(msg);
}
}
class Thread_2 extends Thread {
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(8000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
Message msg = Message.obtain();
msg.what = 2;
msg.obj = "BB";
showhandler.sendMessage(msg);
}
}
}2. 2 Post方法：MainActivity
package com.example.carson_ho.handlerdemo;
import android.os.Bundle;
import android.os.Handler;
import android.support.v7.app.AppCompatActivity;
import android.widget.TextView;
public class MainActivity extends AppCompatActivity {
public TextView show;
public Handler showhandler;
@Override
//主线程创建时便自动创建Looper和对应的MessageQueue,之前执行Loop()进入消息循环
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
show = (TextView) findViewById(R.id.AA);
StringBuffer text = new StringBuffer();
text.append("Carson_Ho:Do you love me?");
show.setText(text);
//实例化Handler,这里并无指定Looper,即自动绑定当前线程(主线程)的Looper和MessageQueue
showhandler = new Handler();
//启动子线程
new Thread_1().start();
new Thread_2().start();
}
class Thread_1 extends Thread {
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(5000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
showhandler.post(new Runnable() {
@Override
public void run() {
String line = "\n";
StringBuffer text = new StringBuffer(show.getText());
text.append(line).append("angelababy:Yes,I do");
show.setText(text);
}
});
}
}
class Thread_2 extends Thread {
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(8000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
showhandler.post(new Runnable() {
@Override
public void run() {
String line = "\n";
StringBuffer text = new StringBuffer(show.getText());
text.append(line).append("黄晓明:what the fuck?");
show.setText(text);
}
});
}
}
}Demo的源码下载
https://github.com/Carson-Ho/Handler_learning参考文献
http://blog.csdn.net/lmj623565791/article/details/38377229
总结
本文对Handler异步通信机制全面解析（包含Looper、Message Queue）进行了全面介绍和分析，接下来我会介绍继续介绍Android开发中的相关知识，有兴趣可以继续关注Carson_Ho的安卓开发笔记文／Carson_Ho（简书作者）
原文链接：http://www.jianshu.com/p/9fe944ee02f7
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