android的消息处理机制（图+源码分析）
android源码中包含了大量的设计模式，除此以外，android sdk还精心为我们设计了各种helper类，对于和我一样渴望水平得到进阶的人来说，都太值得一读了。这不，前几天为了了解android的消息处理机制，我看了Looper，Handler，Message这几个类的源码，结果又一次被googler的设计震撼了，特与大家分享。
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：
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！（掌声~~~）
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：
// 此方法用于向关联的MQ上发送Runnable对象，它的run方法将在handler关联的looper线程中执行
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(Messagemsg)与钩子方法handleMessage(Messagemsg)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(Messagemsg)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)
下面给出sample代码，仅供参考：
public class TestDriverActivity extends Activity {
private TextView textview;
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.main);
textview = (TextView) findViewById(R.id.textview);
// 创建并启动工作线程
Thread workerThread = new Thread(new SampleTask(new MyHandler()));
workerThread.start();
}
public void appendText(String msg) {
textview.setText(textview.getText() + "\n" + msg);
}
class MyHandler extends Handler {
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
String result = msg.getData().getString("message");
// 更新UI
appendText(result);
}
}
}
public class SampleTask implements Runnable {
private static final String TAG = SampleTask.class.getSimpleName();
Handler handler;
public SampleTask(Handler handler) {
super();
this.handler = handler;
}
@Override
public void run() {
try { // 模拟执行某项任务，下载等
Thread.sleep(5000);
// 任务完成后通知activity更新UI
Message msg = prepareMessage("task completed!");
// message将被添加到主线程的MQ中
handler.sendMessage(msg);
} catch (InterruptedException e) {
Log.d(TAG, "interrupted!");
}
}
private Message prepareMessage(String str) {
Message result = handler.obtainMessage();
Bundle data = new Bundle();
data.putString("message", str);
result.setData(data);
return result;
}
}
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。
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