本篇文章主要介绍以下几个知识点：

Android 的消息机制概述

Android 的消息机制分析

主线程的消息循环

hello，夏天 (图片来源于网络)

Android 的消息机制主要是指 Handler 的运行机制，Handler 的运行需要底层的 MessageQueue 和 Looper 的支撑。

MessageQueue是消息队列，其内部存储了一组消息，以队列的形式对外提供插入和删除的工作。（采用单链表的数据结构来存储消息列表）

Looper是消息循环，以无限循环的形式去查找是否有消息，若有消息就处理，否则一直等待。

10.1 Android 的消息机制概述

Handler 的主要作用是将一个任务切换到某个指定的线程中去执行，Android 提供这个功能主要是为了解决在子线程中无法访问 UI 的矛盾。

问题 1：Android 为什么要提供 Handler 这个功能？

答：Android 规定访问 UI 只能在主线程中进行，若在子线程中会抛出异常：

void checkThread(){    if(mThread != Thread.currentThread()){        throw new CalledFromWrongThreadException("Only the original thread that created a view hierarchy can touch its views.");    }}

但 Android 又不建议在主线程中进行耗时操作（会导致ANR)，从而提供 Handler 解决上面的矛盾。

问题 2：不允许在子线程中访问 UI ?

答：Android 的 UI 控件不是线程安全的。

Handler 的工作原理：

1. Handler 创建时会采用当前线程的 Looper 来构建内部的消息循环系统。

2. 通过Handler 的 post 方法将一个 Runnable 投递到 Handler 内部的 Looper 中去处理，或通过 Handler 的 send 方法发消息到 Looper 中去处理（post 方法最终也是通过 send 方法来完成）。

3. Handler 的 send 方法被调用时，它会调用 MessageQueue 的 enqueueMessage 方法将消息放入消息队列中，Looper 发现新消息时会处理，最终消息中的 Runnable 或 Handler 的 handleMessage 就会被调用。

Handler 的工作过程

10.2 Android 的消息机制分析

10.2.1 ThreadLocal 的工作原理

ThreadLocal 是一个线程内部的数据存储类，通过它可在指定的线程中存储数据，数据存储后，只能在指定线程中可获取存储的数据。

ThreadLocal 的使用场景：当某些数据是以线程为作用域并且不同线程具有不同的数据副本时；复杂逻辑下的对象传递。

下面举个例子来演示 ThreadLocal 的含义。

首先定义一个 Boolean 类型的 ThreadLocal 对象如下：

private ThreadLocal mBooleanThreadLocal = new ThreadLocal<>();

然后分别在主线程、子线程1、子线程2 中设置和访问它的值：

       // 在主线程中设为 true        mBooleanThreadLocal.set(true);        LogUtils.e(TAG, "[Thread#main]mBooleanThreadLocal = " + mBooleanThreadLocal.get());        new Thread("Thread#1"){            @Override            public void run() {                // 在子线程1中设为 false                mBooleanThreadLocal.set(false);                LogUtils.e(TAG, "[Thread#1]mBooleanThreadLocal = " + mBooleanThreadLocal.get());            }        }.start();        new Thread("Thread#2"){            @Override            public void run() {                // 在子线程2中不设置                LogUtils.e(TAG, "[Thread#2]mBooleanThreadLocal = " + mBooleanThreadLocal.get());            }        }.start();

运行效果如下：

运行打印的日志

从上面的日志可看出，虽然在不同线程访问的是同一个 ThreadLocal 对象，但获取到的值却是不一样的，这就是它的奇妙之处。

上面效果，是因为不同线程访问同一个 ThreadLocal 的 get 方法，ThreadLocal 内部会从各自的线程中取出一个数组，再从数组中去查找出对应的 value 值。

下面分析 ThreadLocal 的内部实现。

ThreadLocal 是一个泛型类，其定义为public class ThreadLocal，只要清楚它的 get 和 set 方法就可明白其工作原理。

有兴趣的可以去看看其源码。。。

结论：在不同线程中访问同一个 ThreadLocal 的 get 和 set 方法，其所做的读写操作仅限于各自线程的内部，从而使 ThreadLocal 可在多个线程中互不干扰的存储和修改数据。

10.2.2 消息队列的工作原理

MessageQueue 含两个操作：插入 enqueueMessage 和读取 next （读取操作本身伴随着删除操作）。

首先看其 enqueueMessage 实现：

    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;    }

从 enqueueMessage 实现来看，其主要操作是单链表的插入操作，下面看 next 的实现：

    Message next() {        . . .        int pendingIdleHandlerCount = -1; // -1 only during first iteration        int nextPollTimeoutMillis = 0;        for (;;) {            if (nextPollTimeoutMillis != 0) {                Binder.flushPendingCommands();            }            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());                }                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 {                    // No more messages.                    nextPollTimeoutMillis = -1;                }               . . .            }            . . .        }    }

可以发现 next 是一个无限循环的方法，若消息队列中无消息， next 方法会一直阻塞在这里。当有新消息时，next 方法会返回这条消息并将其从单链表中移除。

10.2.3 Looper 的工作原理

Looper 扮演着消息循环的角色，会不停地从 MessageQueue 中查看是否有新消息，若有会立刻处理，否则一直阻塞在那里。

首先看一下其构造方法：

    private Looper(boolean quitAllowed) {        // 创建一个消息队列 MessageQueue        mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);        // 将当前线程的对象保存起来        mThread = Thread.currentThread();    }

接着看一下其最重要的一个方法 loop，只有调用了 loop 后消息循环系统才会起作用：

    public static void loop() {        final Looper me = myLooper();        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();        for (;;) {            Message msg = queue.next(); // might block            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 {                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();        }    }

loop 方法是一个死循环，唯一跳出循环的方式是 MessageQueue 的 next 方法返回了 null。

若 MessageQueue 返回了新消息，Looper 就会处理这条消息：

msg.target.dispatchMessage(msg)

这样 Handler 发送的消息最终又交给它的 dispatchMessage 方法来处理了。

Handler 的工作需要 Looper，没有 Looper 的线程就会报错，那如何为一个线程创建 Looper 呢？

其实很简单，如下：

new Thread(){    @Ovrttide    public void run(){        // 为当前线程创建一个 Looper        Looper.prepare();        Handler handler = new Handler();        // 开启消息循环        Looper.loop();    }}.start();

Looper 除了 prepare 外，还提供了 prepareMainLooper 方法给主线程创建 Looper，其本质也是通过 prepare 实现的。

Looper 提供了 getMainLooper，可以在任何地方获取到主线程的 Looper。

Looper 提供两种方式退出：quit（直接退出）、quitSafely（设定一个退出标记，消息处理完毕后才安全退出）。

建议：不需要的时候终止 Looper。

10.2.4 Handler 的工作原理

Handler 的工作主要包含消息的发送和接收过程。

消息发送可通过 post(最终也是通过 send 完成) 及 send 方法来实现。其过程如下：

    public final boolean sendMessage(Message msg) {        return sendMessageDelayed(msg, 0);    }    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);    }    private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {        msg.target = this;        if (mAsynchronous) {            msg.setAsynchronous(true);        }        return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);    }

可以发现，Handler 发消息时向消息队列中插入一条消息，MessageQueue 的 next 方法返回这条消息给 Looper，Looper 收到消息并处理再交由 Handler 的 dispatchMessage 方法进入处理消息阶段：

    public void dispatchMessage(Message msg) {        // 1. 检查 Message 的 callback 是否为 null        // 不为 null 就通过 handleCallback 来处理消息        if (msg.callback != null) {            handleCallback(msg);        } else {            // 2. 检查 mCallback 是否为 null            // 不为 null 就调用其 handleMessage 来处理消息            if (mCallback != null) {                if (mCallback.handleMessage(msg)) {                    return;                }            }            // 3. 调用 Handler 的 handleMessage 来处理消息            handleMessage(msg);        }    }

其中 handleCallback 逻辑如下：

private static void handleCallback(Message message){    message.callback.run();}

其中 mCallback 是个接口，定义如下：

/** *  可以用来创建一个 Handler 实例但不需要派生其子类 */public interface Callback{    public boolean handleMessage(Message msg);}

综上，Handler 处理消息过程可归纳成如下：

Handler 消息处理流程图

Handler 的构造方法很多，它的一个默认构造方法 public Handler() 会调用下面的构造方法：

    public Handler(Callback callback, boolean async) {        . . .        mLooper = Looper.myLooper();        if (mLooper == null) {            // 若当前线程无 Looper 的话就会抛出异常            throw new RuntimeException(                "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");        }        mQueue = mLooper.mQueue;        mCallback = callback;        mAsynchronous = async;    }

上面解释了在没有 Looper 的子线程中创建 Handler 会报错的原因。

10.3 主线程的消息循环

Android 的主线程就是 ActivityThread，其入口是在 main 方法中通过 Looper.prepareMainLooper() 来创建主线程的 Looper 以及 MessageQueue，并通过 Looper.loop() 来开启主线程的消息循环，如下：

public static void main(String[] args) {        . . .        Process.setArgV0("");        Looper.prepareMainLooper();        ActivityThread thread = new ActivityThread();        thread.attach(false);        if (sMainThreadHandler == null) {            sMainThreadHandler = thread.getHandler();        }        if (false) {            Looper.myLooper().setMessageLogging(new                    LogPrinter(Log.DEBUG, "ActivityThread"));        }        // End of event ActivityThreadMain.        Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);        Looper.loop();        throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");    }

主线程的消息循环开始后，ActivityThread 还需要一个 ActivityThread.H (内部定义了一组消息类型) 来和消息队列进行交互。

ActivityThread 通过 ApplicationThread 和 AMS 进行线程间通信的方式完成 ActivityThread 的请求后会回调 ApplicationThread 中的 Binder 方法，然后ApplicationThread 会向 H 发送消息，H 收到消息后将 ApplicationThread 中的逻辑切换到 ActivityThread （主线程）中去执行。

以上便是主线程的消息循环模型。

本篇文章就介绍到这。

Android(安卓)开发艺术探索读书笔记 10 -- Android(安卓)的消息机制

本篇文章主要介绍以下几个知识点：