Android的消息机制

转载请注明出处：http://blog.csdn.net/u013220682/article/details/50467990

2015已成为过去，转眼间迎来了2016。自己已经从事Android开发两年了，看的各种书籍和资料也不少，可是自己从来也都没有把自己学到的东西整理出来分享给大家，今天在新的一年，自己把以前学到的一些知识点总结梳理分享出来，以此共勉。

前面都是废话，现在我们进入主题，今天我要给大家分享的是Android的消息机制。相信大家对Android的消息的使用并不陌生，当我们在UI线程（主线程）中另起线程来完成耗时操作或者访问网络的时候，等线程结束如果有UI需要更新，这时就会使用Handler来发送消息到主线程去更新UI。原因大家想必都清楚，因为Android的UI控件不是线程安全的，所以在线程中去访问UI控件是不允许的。

其实上面只是Handler的常用情景，其实Handler还有别的情景，那么下面我们就开始讲解Handler消息机制吧。

一，Android的消息机制概述

Android的消息机制主要是指Handler的工作机制以及所附带的MessageQueue和Looper的工作过程。这三者实际上是一个整体，只是我们平时开发的过程中比较多接触Handler而已。Handler的运行需要底层的MessageQueue和Looper做支撑。MessageQueue的中文翻译的意思是“消息队列”，然而它内部并不是队列结构，而是采用单链表的数据结构来存储消息列表。MessageQueue只是把消息存储起来，Looper的作用是消息循环，Looper会无限循环的方式去查找是否有新消息，有的话就处理，否则就一直等待着。

我们知道Handler创建的时候会采用当前线程的Looper来构造消息循环系统，那么Handler的内部是如何获取到当前线程的Looper的呢？

这就要是用ThreadLocal了，下面首先介绍ThreadLocal。

二，ThreadLocal的工作原理

ThreadLocal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，只有在指定的线程中可以获取到存储的数据，对于其他线程来说则无法获取到数据。下面通过一个实际的例子来演示ThreadLocal的真正含义。首先定义一个ThreadLocal对象，如下：

private ThreadLocal<Boolean> mBooleanThreadLocal = new ThreadLocal<Boolean>();

然后分别在主线程、子线程1和子线程2中设置和访问它的值，代码如下：

mBooleanThreadLocal.set(true);
Log.d(TAG, "[Thead#main]mBooleanTheadLocal=" + mBooleanThreadLocal.get());
new Thread("Thread#1") {
	@override
	public void run() {
		mBooleanThreadLocal.set(false);
		Log.d(TAG, "[Thead#1]mBooleanTheadLocal=" + mBooleanThreadLocal.get());
	};
}.start();
new Thread("Thread#2") {
	@override
	public void run() {
		Log.d(TAG, "[Thead#2]mBooleanTheadLocal=" + mBooleanThreadLocal.get());
	};
}.start();

在上面代码中，在主线程中设置mBooleanThreadLocal的值为true，在子线程1中设置为false，在子线程2中不设置。打印输出结果如下：

D/TActivity(8676) : [Thread#main]mBooleanThreadLocal=true
D/TActivity(8676) : [Thread#1]mBooleanThreadLocal=false
D/TActivity(8676) : [Thread#2]mBooleanThreadLocal=null

从上面可以清楚的看到ThreadLocal可以在不同的线程中维护一套数据副本并且彼此互补干扰。大家可以去查看ThreadLocal的源码可以发现，在不同的线程中访问同一个ThreadLocal的set和get方法所做的读写操作仅限于各自的线程内部，这就是为什么ThreadLocal可以在多个线程中互不干扰的存储和修改数据。理解ThreadLocal的实现方式有助于理解Looper的工作原理。

相信大家对存储Looper的ThreadLocal有一个大概的了解了，下面我们一次介绍MessageQueue，Handler，Looper的工作机制原理。

三，MessageQueue的工作原理

相信大家对存储Looper的ThreadLocal有一个大概的了解了，下面我们一次介绍MessageQueue，Handler，Looper的工作机制原理。

MessageQueue就是Android中的消息队列，它主要包含了两个操作，插入和读取。读取操作本身会伴随这删除操作，插入和读取对应的方法分别为enqueueMessage和next。其中enqueueMessage的作用是往消息队列中插入一条消息，而next的作用是从消息队列中取出一条消息并从中移除，下面主要看一下这两个方法的实现。

enqueueMessage的源码如下所示：

boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
        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) {
                IllegalStateException e = new IllegalStateException(
                        msg.target + " sending message to a Handler on a dead thread");
                Log.w("MessageQueue", e.getMessage(), e);
                msg.recycle();
                return false;
            }

            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;
    }

从它的实现来看，它的主要操作就是单链表的插入操作。这里就不多说了，下面来看next方法的实现：

    Message next() {
        // Return here if the message loop has already quit and been disposed.
        // This can happen if the application tries to restart a looper after quit
        // which is not supported.
        final long ptr = mPtr;
        if (ptr == 0) {
            return null;
        }

        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 (false) Log.v("MessageQueue", "Returning message: " + msg);
                        return msg;
                    }
                } else {
                    // No more messages.
                    nextPollTimeoutMillis = -1;
                }

                // Process the quit message now that all pending messages have been handled.
                if (mQuitting) {
                    dispose();
                    return null;
                }

                // If first time idle, then get the number of idlers to run.
                // Idle handles only run if the queue is empty or if the first message
                // in the queue (possibly a barrier) is due to be handled in the future.
                if (pendingIdleHandlerCount < 0
                        && (mMessages == null || now < mMessages.when)) {
                    pendingIdleHandlerCount = mIdleHandlers.size();
                }
                if (pendingIdleHandlerCount <= 0) {
                    // No idle handlers to run.  Loop and wait some more.
                    mBlocked = true;
                    continue;
                }

                if (mPendingIdleHandlers == null) {
                    mPendingIdleHandlers = new IdleHandler[Math.max(pendingIdleHandlerCount, 4)];
                }
                mPendingIdleHandlers = mIdleHandlers.toArray(mPendingIdleHandlers);
            }

            // Run the idle handlers.
            // We only ever reach this code block during the first iteration.
            for (int i = 0; i < pendingIdleHandlerCount; i++) {
                final IdleHandler idler = mPendingIdleHandlers[i];
                mPendingIdleHandlers[i] = null; // release the reference to the handler

                boolean keep = false;
                try {
                    keep = idler.queueIdle();
                } catch (Throwable t) {
                    Log.wtf("MessageQueue", "IdleHandler threw exception", t);
                }

                if (!keep) {
                    synchronized (this) {
                        mIdleHandlers.remove(idler);
                    }
                }
            }

            // Reset the idle handler count to 0 so we do not run them again.
            pendingIdleHandlerCount = 0;

            // While calling an idle handler, a new message could have been delivered
            // so go back and look again for a pending message without waiting.
            nextPollTimeoutMillis = 0;
        }
    }

可以发现next方法是一个无限循环的方法，如果消息队列中没有消息，那么next方法会一直阻塞在这里。有新消息来时，next方法会返回这条消息并将其从单链表中移除。

四，Looper的工作原理

Looper在Android的消息机制中扮演中消息循环的角色，具体地就是它会不停的从MessageQueue中查看是否有新消息，如果有机会立刻处理，否则就一直阻塞在那里。首先我们来看一下Looper源码的构造方法如下：

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

它会创建一个MessageQueue，然后将当前线程的对象保存起来。

我们知道Handler的工作需要Looper，没有Looper的线程就会报错，那么如何为一个线程创建Looper呢？如下：

new Thread("Thread#2") {
			public void run() {
				Looper.prepare();
				Handler handler = new Handler();
				Looper.loop();
			};
		}.start();

Looper除了prepare方法，还提供了prepareMainLooper方法，这个方法主要是给主线程ActivityThread创建Looper使用的，其本质也是通过prepare来实现的。同时Looper提供了一个getMainLooper方法通过他可以在任何地方获取到主线程的Looper。

Looper最重要的方法就是loop方法了。只有调用loop方法后，消息系统才会真正起作用。loop的源码如下：

    /**
     * Run the message queue in this thread. Be sure to call
     * {@link #quit()} to end the loop.
     */
    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
            Printer logging = me.mLogging;
            if (logging != null) {
                logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " +
                        msg.callback + ": " + msg.what);
            }

            msg.target.dispatchMessage(msg);

            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();
        }
    }

从上面源码可以看出loop方法是个死循环，唯一跳出循环的的方式是MessageQueue的next方法返回了null值。Looper在获取到新的消息后的处理代码从上面可以看出是：msg.target.dispatchMessage(msg)，这里的msg.target是发送消息的Handler对象，这样Handler发送的消息最终还是交给它自己的dispatchMessage()方法来处理了。而且这个方法是在Looper中执行的，这样就成功的把逻辑切换到指定的线程中去了。

注意：Looper也是可以退出的，提供了quit和quitSafely两个给方法，二者的区别是，quit直接退出Looper，而quitSafely只是设定了一个退出标记，当消息队列的消息处理完毕后才会安全的退出，有兴趣的朋友可以去查看源码。这里我就不贴源码了。因为Looper是个死循环，建议在不需要的时候要终止Looper。

五，Handler的工作原理

我们上面已经讲过了，Handler的主要工作是消息的发送和接受，当然消息的处理实际上也是Handler来完成。消息的发送是通过post的一些列方法和send的一系列方法来实现，post的一些列方法最终是通过send来实现的，这里大家可以去查看源码，我就不贴出源码了。下面我们来看一下sendMessage方法的源码如下：

    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);
    }

从上面的源码可以看出，Handler发送消息的过程仅仅是向消息队列中插入了一条消息，MessageQueue的next方法会返回这条消息给Looper，Looper收到消息后就开始处理了，最终消息由Looper交给了Handler处理，即Handler的dispatMessage方法会被调用，这时Handler就进入了处理消息的阶段。despatchMessage方法实现如下：

 public void dispatchMessage(Message msg) {
        if (msg.callback != null) {
            handleCallback(msg);
        } else {
            if (mCallback != null) {
                if (mCallback.handleMessage(msg)) {
                    return;
                }
            }
            handleMessage(msg);
        }
    }

从源码我们可以分析出：首先，会检查Message的callback是否为null，不为null就通过handleCallback来处理消息了，这个Message的callback是一个Runnable对象，实际上就是Handler的post方法所传递的Runnable参数。

其次，检查mCallback是否为null，不为null就调用mCallback的handleMessage方法来处理消息，这个mCallback是个什么东西呢？实际上，大家在创建Handler的时候有时候是这样创建的：Handler handler = new Handler(callback);这里的“callback”就是我们上面提到的mCallback了。这样就不用派生出一个Handler的子类并重写其handleMessage方法来处理消息了。

如果mCallback为null或者mCallback处理消息后返回false，那么消息会进一步让Handler子类的handleMessage方法来处理。

总结上面的消息处理流程，我画了个流程图方便大家理解，如下：

写了一个下午，总算完成Android消息机制的解析。由于自己是第一次自己动手写博客，如果有什么纰漏，不对的地方，也请各位大神指出，谢谢。

秒客网