Android 进阶之 Android消息机制Handler

消息机制由Handler/Looper/MessageQueue/Message等构成的

Android有大量的消息驱动方式来进行交互，比如Android的四剑客Activity, Service, Broadcast, ContentProvider的启动过程的交互，都离不开消息机制，Android某种意义上也可以说成是一个以消息驱动的系统。消息机制涉及MessageQueue/Message/Looper/Handler这4个类。

消息机制主要包含：

Message：消息分为硬件产生的消息(如按钮、触摸)和软件生成的消息；
MessageQueue：消息队列的主要功能向消息池投递消息(MessageQueue.enqueueMessage)和取走消息池的消息(MessageQueue.next)；
Handler：消息辅助类，主要功能向消息池发送各种消息事件(Handler.sendMessage)和处理相应消息事件(Handler.handleMessage)；
Looper：不断循环执行(Looper.loop)，按分发机制将消息分发给目标处理者。

架构图

Looper有一个MessageQueue消息队列；
MessageQueue有一组待处理的Message；
Message中有一个用于处理消息的Handler；
Handler中有Looper和MessageQueue。

如何使用 Handler

创建 Handler

     private Handler handler = new Handler(){        @Override        public void handleMessage(Message msg) {        //接收处理 收到的消息            super.handleMessage(msg);            switch (msg.what) {                case 0:                    Log.e("====",msg.obj);                    break;                case 1:                    break;                default:            }        }    };

创建并发送 Message

                // 获取一个 Message                Message message = Message.obtain();                message.what = 0;                message.obj = new Object();                // 使用 Handler 发送 Message                // 消息发送完成后 Handler 的 handleMessage(Message msg) 会处理消息                handler.sendMessage(message);                // 延迟 1s 发送 Message                handler.sendMessageDelayed(message, 1000);                // 发送一个空的 Message                handler.sendEmptyMessage(message.what);                // 延迟发送一个空的 Message                handler.sendEmptyMessageDelayed(0, 1000);                // 还可以这样                // 创建 Message 并绑定 Handler                Message message = handler.obtainMessage();                message.what = 0;                message.obj = new Object();                // 发送 Message                message.sendToTarget();

使用 Handler 子线程请求数据，主线程刷新 UI

new Thread(new Runnable() {            @Override            public void run() {//                // 获取一个 Message//                Message message = Message.obtain();//                message.what = 0;//                message.obj = new Object();//                // 使用 Handler 发送 Message//                // 消息发送完成后 Handler 的 handleMessage(Message msg) 会处理消息//                handler.sendMessage(message);////                // 延迟 1s 发送 Message//                handler.sendMessageDelayed(message, 1000);//                // 发送一个空的 Message//                handler.sendEmptyMessage(message.what);//                // 延迟发送一个空的 Message//                handler.sendEmptyMessageDelayed(0, 1000);////                // 还可以这样//                // 创建 Message 并绑定 Handler//                Message message = handler.obtainMessage();//                message.what = 0;//                message.obj = new Object();////                // 发送 Message//                message.sendToTarget();                // 方法一：将数据作为 Message 的 obj 发送出去，在 handleMessage 中刷新 UI                Message msg = Message.obtain();                msg.what = 1;                msg.obj = "可以是个对象";                handler.sendMessage(msg);                // 方法二：直接在 post 中刷新 UI                handler.post(new Runnable() {                    @Override public void run() {                        // 使用 datas 刷新 UI                        // 这个方法也会在 Handler 创建的线程执行                        textView.setText("在handler 创建的线程中执行");                    }                });            }        }).start();

同样的handler 不止可以在主线程创建,可以在其他线程中创建, 需要调用 Looper.prepare(),和Looper.loop();

new Thread(new Runnable() {            @Override            public void run() {                Looper.prepare();                new Handler(){                    @Override                    public void handleMessage(Message msg) {                        super.handleMessage(msg);                        //处理相应的逻辑                    }                };                Looper.loop();            }        }).start();

看完了 Handler 的基本用法,接下来就要从源码角度来探索下 消息传递机制接下来逐个类去分析源码;

Looper

prepare()

对于无参的情况，默认调用prepare(true)，表示的是这个Looper运行退出，而对于false的情况则表示当前Looper不运行退出,主线程调用的就是prepare(false)。

private static void prepare(boolean quitAllowed) {    //每个线程只允许执行一次该方法，第二次执行时线程的TLS已有数据，则会抛出异常。    if (sThreadLocal.get() != null) {        throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");    }    //创建Looper对象，并保存到当前线程的TLS区域    sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));}

这里的sThreadLocal是ThreadLocal类型，下面，先说说ThreadLocal。

ThreadLocal：线程本地存储区（Thread Local Storage，简称为TLS），每个线程都有自己的私有的本地存储区域，不同线程之间彼此不能访问对方的TLS区域。

ThreadLocal的get()和set()方法操作的类型都是泛型，接着回到前面提到的sThreadLocal变量，其定义如下：

static final ThreadLocal sThreadLocal = new ThreadLocal()

可见sThreadLocal的get()和set()操作的类型都是Looper类型。

Looper.prepare()

Looper.prepare()在每个线程只允许执行一次，该方法会创建Looper对象，Looper的构造方法中会创建一个MessageQueue对象，再将Looper对象保存到当前线程TLS。

private Looper(boolean quitAllowed) {    mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);  //创建MessageQueue对象.     mThread = Thread.currentThread();  //记录当前线程.}

另外，与prepare()相近功能的，还有一个prepareMainLooper()方法，该方法主要在ActivityThread类中使用。

public static void prepareMainLooper() {    prepare(false); //设置不允许退出的Looper    synchronized (Looper.class) {        //将当前的Looper保存为主Looper，每个线程只允许执行一次。        if (sMainLooper != null) {            throw new IllegalStateException("The main Looper has already been prepared.");        }        sMainLooper = myLooper();    }}

loop()

public static void loop() {    final Looper me = myLooper();  //获取TLS存储的Looper对象    if (me == null) {        throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");    }    final MessageQueue queue = me.mQueue;  //获取Looper对象中的消息队列    Binder.clearCallingIdentity();    //确保在权限检查时基于本地进程，而不是基于最初调用进程。    final long ident = Binder.clearCallingIdentity();    for (;;) { //进入loop的主循环方法        Message msg = queue.next(); //可能会阻塞         if (msg == null) { //没有消息，则退出循环            return;        }        Printer logging = me.mLogging;  //默认为null，可通过setMessageLogging()方法来指定输出，用于debug功能        if (logging != null) {            logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " +                    msg.callback + ": " + msg.what);        }        msg.target.dispatchMessage(msg); //用于分发Message         if (logging != null) {            logging.println("<<<<< Finished to " + msg.target + " " + msg.callback);        }        final long newIdent = Binder.clearCallingIdentity(); //确保分发过程中identity不会损坏        if (ident != newIdent) {             //打印identity改变的log，在分发消息过程中是不希望身份被改变的。        }        msg.recycleUnchecked();  //将Message放入消息池     }}

loop()进入循环模式，不断重复下面的操作，直到没有消息时退出循环

读取MessageQueue的下一条Message；
把Message分发给相应的target；
再把分发后的Message回收到消息池，以便重复利用。

这是这个消息处理的核心部分。另外，上面代码中可以看到有logging方法，这是用于debug的，默认情况下logging == null，通过设置setMessageLogging()用来开启debug工作。

quit()

public void quit() {    mQueue.quit(false); //消息移除}public void quitSafely() {    mQueue.quit(true); //安全地消息移除}

Looper.quit()方法的实现最终调用的是MessageQueue.quit()方法

void quit(boolean safe) {        // 当mQuitAllowed为false，表示不运行退出，强行调用quit()会抛出异常        if (!mQuitAllowed) {            throw new IllegalStateException("Main thread not allowed to quit.");        }        synchronized (this) {            if (mQuitting) { //防止多次执行退出操作                return;            }            mQuitting = true;            if (safe) {                removeAllFutureMessagesLocked(); //移除尚未触发的所有消息            } else {                removeAllMessagesLocked(); //移除所有的消息            }            //mQuitting=false，那么认定为 mPtr != 0            nativeWake(mPtr);        }    }

消息退出的方式：

当safe =true时，只移除尚未触发的所有消息，对于正在触发的消息并不移除；
当safe =flase时，移除所有的消息

myLooper

用于获取TLS存储的Looper对象

public static @Nullable Looper myLooper() {        return sThreadLocal.get();    }

post

发送消息，并设置消息的callback，用于处理消息。

public final boolean post(Runnable r) {   return  sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);}private static Message getPostMessage(Runnable r) {    Message m = Message.obtain();    m.callback = r;    return m;}

Handler

创建Handler

public Handler() {    this(null, false);}public Handler(Callback callback, boolean async) {    //匿名类、内部类或本地类都必须申明为static，否则会警告可能出现内存泄露    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());        }    }    //必须先执行Looper.prepare()，才能获取Looper对象，否则为null.    mLooper = Looper.myLooper();  //从当前线程的TLS中获取Looper对象    if (mLooper == null) {        throw new RuntimeException("");    }    mQueue = mLooper.mQueue; //消息队列，来自Looper对象    mCallback = callback;  //回调方法    mAsynchronous = async; //设置消息是否为异步处理方式}

对于Handler的无参构造方法，默认采用当前线程TLS中的Looper对象，并且callback回调方法为null，且消息为同步处理方式。只要执行的Looper.prepare()方法，那么便可以获取有效的Looper对象。

public Handler(Looper looper) {    this(looper, null, false);}public Handler(Looper looper, Callback callback, boolean async) {    mLooper = looper;    mQueue = looper.mQueue;    mCallback = callback;    mAsynchronous = async;}

Handler类在构造方法中，可指定Looper，Callback回调方法以及消息的处理方式(同步或异步)，对于无参的handler，默认是当前线程的Looper。

消息分发机制

在Looper.loop()中，当发现有消息时，调用消息的目标handler，执行dispatchMessage()方法来分发消息。

public void dispatchMessage(Message msg) {    if (msg.callback != null) {        //当Message存在回调方法，回调msg.callback.run()方法；        handleCallback(msg);    } else {        if (mCallback != null) {            //当Handler存在Callback成员变量时，回调方法handleMessage()；            if (mCallback.handleMessage(msg)) {                return;            }        }        //Handler自身的回调方法handleMessage()        handleMessage(msg);    }}

分发消息流程：

1.当Message的回调方法不为空时，则回调方法msg.callback.run()，其中callBack数据类型为Runnable,否则进入步骤2；
2.当Handler的mCallback成员变量不为空时，则回调方法mCallback.handleMessage(msg),否则进入步骤3；
3.调用Handler自身的回调方法handleMessage()，该方法默认为空，Handler子类通过覆写该方法来完成具体的逻辑。

对于很多情况下，消息分发后的处理方法是第3种情况，即Handler.handleMessage()，一般地往往通过覆写该方法从而实现自己的业务逻辑。

消息发送

发送消息调用链

可以发现所有的发消息方式，最终都是调用MessageQueue.enqueueMessage();

Handler.sendEmptyMessage()等系列方法最终调用MessageQueue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis)，将消息添加到消息队列中，其中uptimeMillis为系统当前的运行时间，不包括休眠时间。

obtainMessage

获取消息

public final Message obtainMessage() {    return Message.obtain(this); }

Handler.obtainMessage()方法，最终调用Message.obtainMessage(this)，其中this为当前的Handler对象。

removeMessages

public final void removeMessages(int what) {    mQueue.removeMessages(this, what, null); }

Handler是消息机制中非常重要的辅助类，更多的实现都是MessageQueue, Message中的方法，Handler的目的是为了更加方便的使用消息机制。

MessageQueue

MessageQueue是消息机制的Java层和C++层的连接纽带，大部分核心方法都交给native层来处理，其中MessageQueue类中涉及的native方法如下：

创建MessageQueue

在handler 的prepare() 中,Looper 的构造方法里会new出一个 MessageQueue

    MessageQueue(boolean quitAllowed) {    mQuitAllowed = quitAllowed;    //通过native方法初始化消息队列，其中mPtr是供native代码使用    mPtr = nativeInit();}

next()

提取下一条message

Message next() {    final long ptr = mPtr;    if (ptr == 0) { //当消息循环已经退出，则直接返回        return null;    }    int pendingIdleHandlerCount = -1; // 循环迭代的首次为-1    int nextPollTimeoutMillis = 0;    for (;;) {        if (nextPollTimeoutMillis != 0) {            Binder.flushPendingCommands();        }        //阻塞操作，当等待nextPollTimeoutMillis时长，或者消息队列被唤醒，都会返回        nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);        synchronized (this) {            final long now = SystemClock.uptimeMillis();            Message prevMsg = null;            Message msg = mMessages;            if (msg != null && msg.target == null) {                //当消息Handler为空时，查询MessageQueue中的下一条异步消息msg，则退出循环。                do {                    prevMsg = msg;                    msg = msg.next;                } while (msg != null && !msg.isAsynchronous());            }            if (msg != null) {                if (now < msg.when) {                    //当异步消息触发时间大于当前时间，则设置下一次轮询的超时时长                    nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE);                } else {                    // 获取一条消息，并返回                    mBlocked = false;                    if (prevMsg != null) {                        prevMsg.next = msg.next;                    } else {                        mMessages = msg.next;                    }                    msg.next = null;                    //设置消息的使用状态，即flags |= FLAG_IN_USE                    msg.markInUse();                    return msg;   //成功地获取MessageQueue中的下一条即将要执行的消息                }            } else {                //没有消息                nextPollTimeoutMillis = -1;            }            //消息正在退出，返回null            if (mQuitting) {                dispose();                return null;            }            //当消息队列为空，或者是消息队列的第一个消息时            if (pendingIdleHandlerCount < 0 && (mMessages == null || now < mMessages.when)) {                pendingIdleHandlerCount = mIdleHandlers.size();            }            if (pendingIdleHandlerCount <= 0) {                //没有idle handlers 需要运行，则循环并等待。                mBlocked = true;                continue;            }            if (mPendingIdleHandlers == null) {                mPendingIdleHandlers = new IdleHandler[Math.max(pendingIdleHandlerCount, 4)];            }            mPendingIdleHandlers = mIdleHandlers.toArray(mPendingIdleHandlers);        }        //只有第一次循环时，会运行idle handlers，执行完成后，重置pendingIdleHandlerCount为0.        for (int i = 0; i < pendingIdleHandlerCount; i++) {            final IdleHandler idler = mPendingIdleHandlers[i];            mPendingIdleHandlers[i] = null; //去掉handler的引用            boolean keep = false;            try {                keep = idler.queueIdle();  //idle时执行的方法            } catch (Throwable t) {                Log.wtf(TAG, "IdleHandler threw exception", t);            }            if (!keep) {                synchronized (this) {                    mIdleHandlers.remove(idler);                }            }        }        //重置idle handler个数为0，以保证不会再次重复运行        pendingIdleHandlerCount = 0;        //当调用一个空闲handler时，一个新message能够被分发，因此无需等待可以直接查询pending message.        nextPollTimeoutMillis = 0;    }}

nativePollOnce是阻塞操作，其中nextPollTimeoutMillis代表下一个消息到来前，还需要等待的时长；当nextPollTimeoutMillis = -1时，表示消息队列中无消息，会一直等待下去。

当处于空闲时，往往会执行IdleHandler中的方法。当nativePollOnce()返回后，next()从mMessages中提取一个消息。

enqueueMessage

添加一条消息到消息队列

boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {    // 每一个普通Message必须有一个target    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) {  //正在退出时，回收msg，加入到消息池            msg.recycle();            return false;        }        msg.markInUse();        msg.when = when;        Message p = mMessages;        boolean needWake;        if (p == null || when == 0 || when < p.when) {            //p为null(代表MessageQueue没有消息） 或者msg的触发时间是队列中最早的， 则进入该该分支            msg.next = p;            mMessages = msg;            needWake = mBlocked; //当阻塞时需要唤醒        } else {            //将消息按时间顺序插入到MessageQueue。一般地，不需要唤醒事件队列，除非            //消息队头存在barrier，并且同时Message是队列中最早的异步消息。            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;            prev.next = msg;        }        //消息没有退出，我们认为此时mPtr != 0        if (needWake) {            nativeWake(mPtr);        }    }    return true;}

MessageQueue是按照Message触发时间的先后顺序排列的，队头的消息是将要最早触发的消息。当有消息需要加入消息队列时，会从队列头开始遍历，直到找到消息应该插入的合适位置，以保证所有消息的时间顺序。

removeMessages

void removeMessages(Handler h, int what, Object object) {    if (h == null) {        return;    }    synchronized (this) {        Message p = mMessages;        //从消息队列的头部开始，移除所有符合条件的消息        while (p != null && p.target == h && p.what == what               && (object == null || p.obj == object)) {            Message n = p.next;            mMessages = n;            p.recycleUnchecked();            p = n;        }        //移除剩余的符合要求的消息        while (p != null) {            Message n = p.next;            if (n != null) {                if (n.target == h && n.what == what                    && (object == null || n.obj == object)) {                    Message nn = n.next;                    n.recycleUnchecked();                    p.next = nn;                    continue;                }            }            p = n;        }    }}

这个移除消息的方法，采用了两个while循环，第一个循环是从队头开始，移除符合条件的消息，第二个循环是从头部移除完连续的满足条件的消息之后，再从队列后面继续查询是否有满足条件的消息需要被移除。

Message

创建消息

每个消息用Message表示，Message主要包含以下内容：

数据类型          成员变量              解释int               what              消息类别long              when            消息触发时间int                arg1             参数1int                arg2             参数2Object             obj              消息内容Handler           target            消息响应方Runnable          callback          回调方法

消息池

在代码中，可能经常看到recycle()方法，咋一看，可能是在做虚拟机的gc()相关的工作，其实不然，这是用于把消息加入到消息池的作用。这样的好处是，当消息池不为空时，可以直接从消息池中获取Message对象，而不是直接创建，提高效率。

静态变量sPool的数据类型为Message，通过next成员变量，维护一个消息池；静态变量MAX_POOL_SIZE代表消息池的可用大小；消息池的默认大小为50。

消息池常用的操作方法是obtain()和recycle()。

obtain

从消息池中获取消息

public static Message obtain() {    synchronized (sPoolSync) {        if (sPool != null) {            Message m = sPool;            sPool = m.next;            m.next = null; //从sPool中取出一个Message对象，并消息链表断开            m.flags = 0; // 清除in-use flag            sPoolSize--; //消息池的可用大小进行减1操作            return m;        }    }    return new Message(); // 当消息池为空时，直接创建Message对象}

obtain()，从消息池取Message，都是把消息池表头的Message取走，再把表头指向next;

recycle

把不再使用的消息加入消息池

public void recycle() {    if (isInUse()) { //判断消息是否正在使用        if (gCheckRecycle) { //Android 5.0以后的版本默认为true,之前的版本默认为false.            throw new IllegalStateException("This message cannot be recycled because it is still in use.");        }        return;    }    recycleUnchecked();}//对于不再使用的消息，加入到消息池void recycleUnchecked() {    //将消息标示位置为IN_USE，并清空消息所有的参数。    flags = FLAG_IN_USE;    what = 0;    arg1 = 0;    arg2 = 0;    obj = null;    replyTo = null;    sendingUid = -1;    when = 0;    target = null;    callback = null;    data = null;    synchronized (sPoolSync) {        if (sPoolSize < MAX_POOL_SIZE) { //当消息池没有满时，将Message对象加入消息池            next = sPool;            sPool = this;            sPoolSize++; //消息池的可用大小进行加1操作        }    }}

recycle()，将Message加入到消息池的过程，都是把Message加到链表的表头；

总结

消息机制

相信看了源码之后,现在对消息机制应该是比较清晰了,

Handler通过sendMessage()发送Message到MessageQueue队列；
Looper通过loop()，不断提取出达到触发条件的Message，并将Message交给target来处理；
经过dispatchMessage()后，交回给Handler的handleMessage()来进行相应地处理。
将Message加入MessageQueue时，处往管道写入字符，可以会唤醒loop线程；如果MessageQueue中没有Message，并处于Idle状态，则会执行IdelHandler接口中的方法，往往用于做一些清理性地工作。

消息分发的优先级：

Message的回调方法：message.callback.run()，优先级最高；
Handler的回调方法：Handler.mCallback.handleMessage(msg)，优先级仅次于1；
Handler的默认方法：Handler.handleMessage(msg)，优先级最低。

搬运来源,感谢大神:

Android源码:https://developer.android.google.cn/reference/android/os/Handler.html

http://gityuan.com/2015/12/26/handler-message-framework/

https://www.jianshu.com/p/1a5a3db45cfa

消息机制主要包含：

如何使用 Handler

Looper

prepare()

Looper.prepare()

loop()

quit()

myLooper

post

Handler

创建Handler

消息分发机制

消息发送

obtainMessage

removeMessages

MessageQueue

创建MessageQueue

next()

enqueueMessage

removeMessages

Message

创建消息

消息池

obtain

recycle

总结

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