Android消息机制全面解析

Android是基于事件驱动，每一个触摸事件或者是Activity的生命周期都是运行在Looper.looper()的控制之下,理解弄懂消息机制可以让我们在开发的过程中更加得心应手。

Android的消息机制也是Handler机制，主要的作用是用来在不同线程之间的通信，通常使用在子线程执行完成一些耗时操作，需要回到主线程更新界面UI时,通过Handler将有关UI的操作切换到主线程。

工作流程

先来大致梳理下整个流程：

应用程序启动的时候，在主线程中会默认调用了 Looper.preper()方法，初始化Looper对象并绑定到当前线程中，并在Looper内部维护一个MessageQueue
接着调用handler.sendMessage()发送消息，会通过MessageQueue.enqueueMessage()向MessageQueue中添加一条消息
主线程调用Looper.looper()开启循环，不断轮询消息队列，通过MessageQueue.next()取出消息
取出的message不为空则调用msg.target.dispatchMessage()传递分发消息，目标handler收到消息后会执行handler.handlerMessage()方法处理消息

详细分析

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线程就是执行循环工作的线程

Looper的创建（Looper.prepare()）

在应用程序的入口ActivityThread.main()方法中系统已经帮我们创建好Looper对象

//主线程中不需要自己创建Looperpublic static void main(String[] args) {        ......        Looper.prepareMainLooper();//为主线程创建Looper，该方法内部又调用 Looper.prepare()        ......        Looper.loop();//开启消息轮询        ......    }

子线程中的Looper是需要我们自己手动创建的

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();    }}

这样你的线程就可以成为Looper线程

在Looper的构造方法中还创建了MessageQueue

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

无论是主线程还是子线程，Looper只能被创建一次，即一个Thread只有一个Looper。
所创建的Looper会保存在ThreadLocal（线程本地存储区）中，它不是线程，作用是帮助Handler获得当前线程的Looper。(ThreadLocal可以在不同的线程之中互不干扰地存储并提供数据，通过ThreadLocal可以轻松获取每个线程的Looper)

Looper.prepare()方法的作用
1.将当前线程变成Looper线程，在其内部维护一个消息队列MQ
2.创建Looper对象并将Looper对象定义为ThreadLocal

Looper.loop()

调用Looper.loop()后，Looper线程就开始真正的工作了。该方法是一个阻塞性的死循环，它不断轮询自己的MQ，并从中取出队头的消息执行。

public static void loop() {        final Looper me = myLooper();//得到当前线程Looper        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();        // 开始循环        for (;;) {            Message msg = queue.next(); // might block 从MQ中取出消息            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            final Printer logging = me.mLogging;            if (logging != null) {                logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " +                        msg.callback + ": " + msg.what);            }            final long traceTag = me.mTraceTag;            if (traceTag != 0 && Trace.isTagEnabled(traceTag)) {                Trace.traceBegin(traceTag, msg.target.getTraceName(msg));            }            try {                // 将真正的处理工作交给message的target(handler)处理分发消息                msg.target.dispatchMessage(msg);            } finally {                if (traceTag != 0) {                    Trace.traceEnd(traceTag);                }            }            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();        }    }

Looper.myLooper()得到当前线程looper对象：

 public static @Nullable Looper myLooper() {       // 在任意线程调用Looper.myLooper()返回的都是那个线程绑定的looper        return sThreadLocal.get();    }

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，如果当前线程还没有初始化Looper,或者说当前线程还不是looper线程，会报RuntimeException，不过这也是可以set的。
public class handler {

final MessageQueue mQueue;  // 关联的MQfinal Looper mLooper;  // 关联的looperfinal 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

}
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

 // 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);    }

Handler处理消息

// 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。 */                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) {    }

重点
1.Handler 可以在任意线程中发送消息，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（Looper绑定的线程）中处理消息的
Android消息机制全面解析_第1张图片

总结
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。（handlerMessage()方法运行所在的线程是根据handler创建的时候绑定的Looper线程，和绑定的Looper所在的线程一致）
3.Android的主线程也是一个looper线程，我们在其中创建的handler默认将关联主线程MQ

Message

message又叫task，封装了任务携带的信息和处理该任务的handler

注意事项：
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。

为了能够更好的理解掌握消息机制，以下有几道面试题

1.为什么一个线程只有一个Looper、只有一个MessageQueue？

因为线程对应的Looper是在ThreadLocal里面存储，它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，只有在指定线程中可以获取到存储的数据，对于其它线程来说无法获取到数据。ThreadLocal它的作用是可以在不同的线程之中互不干扰地存储并提供数据（就相当于一个Map集合,键位当前的Thead线程，值为Looper对象）。另外，在looper创建的方法looper.prepare()中，会有一个判断如果当前线程存在Looper对象，就会报RunTimeException，所以一个线程只有一个Looper,而MQ作为Looper的成员变量自然也就只有一个。

2.如何获取当前线程的Looper？是怎么实现的？（理解ThreadLocal）

3.是不是任何线程都可以实例化Handler？有没有什么约束条件？

任何线程都可以实例化Handler，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，如果当前线程还没有初始化Looper,或者说当前线程还不是looper线程，会报RuntimeException。

4.Looper.loop是一个死循环，拿不到需要处理的Message就会阻塞，那在UI线程中为什么不会导致ANR？

在应用程序的入口ActivityThread里面的main方法中会创建一个主线程的looper对象和一个大Handler，(这也是为什么直接在主线程拿Handler就有Looper的原因，在其他线程是要自己Looper.prepare())
Android是基于事件驱动的，通过looper.looper()不断接收事件，处理事件，每一个触摸事件或者是Activity的生命周期都是运行在Looper.looper()的控制之下，当收到不同Message时则采用相应措施：在H.handleMessage(msg)方法中，根据接收到不同的msg，执行相应的生命周期。如果它停止了，应用也就停止了。也就是说我们的代码其实就是运行在这个循环里面去执行的，当然就不会阻塞。

而所谓ANR便是Looper.loop没有得到及时处理，一旦没有消息，Linux的epoll机制则会通过管道写文件描述符的方式来对主线程进行唤醒与睡眠，Android里调用了linux层的代码实现在适当时会睡眠主线程。

拓展

消息循环（死循环）的必要性:

对于线程既然是一段可执行的代码，当可执行代码执行完成后，线程生命周期便该终止了，线程退出。而对于主线程，我们是绝不希望会被运行一段时间，自己就退出，那么如何保证能一直存活呢？简单做法就是可执行代码是能一直执行下去的，死循环便能保证不会被退出
ActivityThread的main方法主要就是做消息循环，一旦退出消息循环，那么你的应用也就退出了。如果main方法中没有looper进行循环，那么主线程一运行完毕就会退出。

主线程在没有事件需要处理的时候就是处于阻塞的状态。想让主线程活动起来一般有两种方式：
第一种：是系统唤醒主线程，并且将点击事件传递给主线程；
第二种：是其他线程使用主线程的Handler向MessageQueue中存放了一条消息，导致loop被唤醒继续执行。

总结
Looer.loop()方法可能会引起主线程的阻塞，但只要它的消息循环没有被阻塞，能一直处理事件就不会产生ANR异常。

looper.looper()阻塞会不会消耗大量的cpu资源

主线程Looper从消息队列读取消息，当读完所有消息时，主线程阻塞。子线程往消息队列发送消息，并且往管道文件写数据，主线程即被唤醒，从管道文件读取数据，主线程被唤醒只是为了读取消息，当消息读取完毕，再次睡眠，此时主线程会释放CPU资源进入休眠状态，直到下个消息到达或者有事务发生。因此loop的循环并不会对CPU性能有过多的消耗。

5.Handler.sendMessageDelayed()怎么实现延迟的？结合Looper.loop()循环中，Message=messageQueue.next()和MessageQueue.enqueueMessage()分析。

Handler.sendMessageDelayed()内部调用sendMessageAtTime()把传入的时间转化成绝对时间when(延时的时间加上系统当前的时间)，然后调用MessageQueue的enqueueMessage(),采用线程安全的方式将Message插入到消息队列中，消息队列的插入是由when顺序排列，插入的新消息有三种可能成为消息队列的head：
（1）消息队列为空;
（2）参数when为0，因为此时when已经转成绝对时间，所以只有AtFrontOfQueue(sendMessageAtFrontOfQueue直接把消息插入到队列的头部)系列的API才会满足这个条件;
（3）当前的head Message执行时间在when之后，即消息队列中无需要在此Message之前执行的Message。
接着就是Looper.looper()启动消息循环，循环开始调用messageQueue.next()从消息队列中取出一个合理的消息。如果next()返回null,则looper()直接return,本次消息循环结束。如果消息不为空则调用msg.target.dispatchMessage(msg)处理消息(msg.target就是Handler)

.next()取下一个消息的实际执行时间取决于上一个消息什么时候处理完
在MessageQueue.next()中，如果在消息队列中顺序找到了一个消息msg（前文分析过，消息队列的插入是由when顺序排列，所以如果当前的消息没有到执行时间，其后的也一定不会到），当前的系统时间小于msg.when，那么会计算一个timeout，以便在到执行时间时wake up；如果当前系统时间大于或等于msg.when，那么会返回msg给Looper.loop()。所以这个逻辑只能保证在when之前消息不被处理，不能够保证一定在when时被处理。
（1）在Loop.loop()中是顺序处理消息，如果前一个消息处理耗时较长，完成之后已经超过了when，消息不可能在when时间点被处理。
（2）即使when的时间点没有被处理其他消息所占用，线程也有可能被调度失去cpu时间片。
（3）在等待时间点when的过程中有可能入队处理时间更早的消息，会被优先处理，又增加了（1）的可能性。
所以由上述三点可知，Handler提供的指定处理时间的api诸如postDelayed()/postAtTime()/sendMessageDelayed()/sendMessageAtTime()，只能保证在指定时间之前不被执行，不能保证在指定时间点被执行。

参考
https://blog.csdn.net/zhanglianyu00/article/details/70842494
http://www.cnblogs.com/codingmyworld/archive/2011/09/12/2174255.html
https://www.jianshu.com/p/1c79fb5296b6