本文基于Android 的源代码，来分析Java层的handler消息处理机制

一.概述：

在整个Android的源码世界里，有两大利剑，其一是Binder IPC机制，，另一个便是消息机制(由Handler/Looper/MessageQueue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。

1.1模型：

消息机制包含：

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，主要的功能是向消息池发送各种消息事件（Handler.sendMessage）和处理响应的消息事件（Handler.handleMessage）
Looper:不断循环执行（Looper.loop）,按照分发机制将消息分发给目标处理者

1.2 构架图

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。

1.3典型事例

在android的实际开发中，一般我们都是在主线程里new出Handler的对象，然后在子线程里用该对象向主线程发送消息，然后我们在主线程里处理该消息；
那我们怎么实现主线程向子线程里传递数据呢？要实现这个目的我们必须在子线程里new一个Handler的对象，然后用该Handler对象在主线程发送消息到主线程。但是在子线程new Handler是会报错：没有Looper，不能new Handler。那么我们就必须先调用Looper.prepare方法准备一个Looper对象，然后调用Looper.loop方法开始轮询。
Android 系统的消息队列和消息循环都是针对具体线程的，一个线程可以存在（当然也可以不存在）一个消息队列和一个消息循环（Looper），特定线程的消息只能分发给本线程，不能进行跨线程，跨进程通讯。但是创建的工作线程默认是没有消息循环和消息队列的，如果想让该线程具有消息队列和消息循环，需要在线程中首先调用Looper.prepare()来创建消息队列，然后调用Looper.loop()进入消息循环。如下例所示：
```
class LooperThread extends Thread {public Handler mHandler;public void run() {  Looper.prepare();//给线程创建一个消息循环  //【见 2.1】  mHandler = new Handler() {  //【见 3.1】    public void handleMessage(Message msg) {     // process incoming messages here  定义消息处理逻辑. 【见 3.2】    }  };  Looper.loop();//使消息循环起作用，从消息队列里取消息，处理消息【见 2.2】  }}
```

注：写在Looper.loop()之后的代码不会被立即执行，当调用后 mHandler.getLooper().quit()后，loop才会中止，其后的代码才能得以运行。Looper对象通过MessageQueue 来存放消息和事件。一个线程只能有一个Looper，对应一个MessageQueue。这样你的线程就具有了消息处理机制了，在Handler中进行消息处理。

二、Looper

2.1 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。

    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。TLS常用的操作方法：

ThreadLocal.set(T value)：将value存储到当前线程的TLS区域，源码如下：  public void set(T value) {      Thread currentThread = Thread.currentThread(); //获取当前线程      Values values = values(currentThread); //查找当前线程的本地储存区      if (values == null) {          //当线程本地存储区，尚未存储该线程相关信息时，则创建Values对象          values = initializeValues(currentThread);      }      //保存数据value到当前线程this      values.put(this, value);  }ThreadLocal.get()：获取当前线程TLS区域的数据，源码如下：  public T get() {      Thread currentThread = Thread.currentThread(); //获取当前线程      Values values = values(currentThread); //查找当前线程的本地储存区      if (values != null) {          Object[] table = values.table;          int index = hash & values.mask;          if (this.reference == table[index]) {              return (T) table[index + 1]; //返回当前线程储存区中的数据          }      } else {          //创建Values对象          values = initializeValues(currentThread);      }      return (T) values.getAfterMiss(this); //从目标线程存储区没有查询是则返回null  }

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。

对于Looper类型的构造方法如下：

    private Looper(boolean quitAllowed) {        mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);  //创建MessageQueue对象. 【见4.1】        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();        }    }

2.2loop()

    public static void loop() {        final Looper me = myLooper();  //获取TLS存储的Looper对象 【见2.4】        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 【见4.2】            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 【见3.2】            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 【见5.2】        }    }

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。

2.3 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    MessageQueue.quit()    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

2.4 常用方法

2.4.1 myLooper

用于获取TLS存储的Looper对象

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

2.4.2 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;    }

三、Handler

3.1 创建Handler

3.1.1 无参构造

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【见2.1】    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。

3.1.2 有参构造

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。

3.2 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：

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；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；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。

3.3 消息发送

发送消息调用链：

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

3.3.1 sendEmptyMessage

public final boolean sendEmptyMessage(int what){    return sendEmptyMessageDelayed(what, 0);}

3.3.2 sendEmptyMessageDelayed

public final boolean sendEmptyMessageDelayed(int what, long delayMillis) {    Message msg = Message.obtain();    msg.what = what;    return sendMessageDelayed(msg, delayMillis);}

3.3.3 sendMessageDelayed

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

3.3.4 sendMessageAtTime

public boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis) {    MessageQueue queue = mQueue;    if (queue == null) {        return false;    }    return enqueueMessage(queue, msg, uptimeMillis);}

3.3.5 sendMessageAtFrontOfQueue

public final boolean sendMessageAtFrontOfQueue(Message msg) {    MessageQueue queue = mQueue;    if (queue == null) {        return false;    }    return enqueueMessage(queue, msg, 0);}

该方法通过设置消息的触发时间为0，从而使Message加入到消息队列的队头。

3.3.6 post

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;}

3.3.7 postAtFrontOfQueue

public final boolean postAtFrontOfQueue(Runnable r){    return sendMessageAtFrontOfQueue(getPostMessage(r));}

3.3.8 enqueueMessage

private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {    msg.target = this;    if (mAsynchronous) {        msg.setAsynchronous(true);    }    return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis); 【见4.3】}

3.3.8 小节

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。

3.4 其他方法

3.4.1 obtainMessage

获取消息

    public final Message obtainMessage()    {        return Message.obtain(this); 【见5.2】    }

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

    public final void removeMessages(int what) {        mQueue.removeMessages(this, what, null); 【见 4.5】    }

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。

四、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：

    private native static long nativeInit();    private native static void nativeDestroy(long ptr);    private native void nativePollOnce(long ptr, int timeoutMillis);    private native static void nativeWake(long ptr);    private native static boolean nativeIsPolling(long ptr);    private native static void nativeSetFileDescriptorEvents(long ptr, int fd, int events);

关于这些native方法的介绍，可以查阅相关资料

4.1 创建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();    }

4.2 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。

nativePollOnce()在native做了大量的工作，想进一步了解可查看 Android消息机制2-Handler(native篇)。

4.3 enqueueMessage

添加一条消息到消息队列

    boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {        // 每一个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。

4.4 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。

五、 Message

5.1 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1
int arg2 参数2
Object obj 消息内容
Handler target 消息响应方
Runnable callback 回调方法

创建消息的过程，就是填充消息的上述内容的一项或多项。

5.2 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()。

5.2.1 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;

5.2.2 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；

六、总结

最后用一张图，来表示整个消息机制

图解：

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。

Android里handler线程间的通信详解