Android(安卓)进阶之 Android消息机制Handler
16lz
2021-12-04
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。
- 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
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