Android消息机制之Looper、Handler、MessageQueen

本篇文章包括以下内容：

前言

Android消息机制的简介

Android消息机制的使用

Android消息机制的相关概念

Android消息机制的通信流程

Looper源码分析

MessageQueen源码分析

Handler源码分析

面试题

结语

前言

Android消息机制可以说是我们Android工程师面试题中的必考题，弄懂它的原理是我们避不开的任务，所以长痛不如短痛，花点时间干掉他，废话不多说，开车啦

Android消息机制的简介

在安卓开发中，常常会遇到获取数据后更新UI的问题，比如：在获取网络信息后，需要弹出一个Toast

HttpUtils.doGet("https://www.so.com/", new Callback() {    @Override    public void onFailure(Call call, IOException e) {    }    @Override    public void onResponse(Call call, Response response) throws IOException {        Toast.makeText(OkHttpActivity.this,"",Toast.LENGTH_SHORT).show();    }});

这个时候程序就会报以下的错误

java.lang.RuntimeException: Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()

这是因为Android规定了只允许UI线程修改Activity里的UI组件，而我们刚才的操作在子线程中修改Activity里的UI组件，才会导致UI操作的线程不安全，并报出错误。为了保证Android的UI操作是线程安全的，Android提供了Handler消息传递机制来解决这个问题

Android消息机制的使用

在获取网络信息后，需要弹出一个Toast，正确做法是

private static final int MAKE_TOAST = 0x01;private Handler mHandler = new Handler(){    @Override    public void handleMessage(Message msg) {        switch (msg.what){            case MAKE_TOAST:                Toast.makeText(OkHttpActivity.this,"",Toast.LENGTH_SHORT).show();                break;        }    }};@Overrideprotected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {    super.onCreate(savedInstanceState);    setContentView(R.layout.activity_gallery);    HttpUtils.doGet("https://www.so.com/", new Callback() {        @Override        public void onFailure(Call call, IOException e) {        }        @Override        public void onResponse(Call call, Response response) throws IOException {            mHandler.sendEmptyMessageDelayed(MAKE_TOAST,200);        }    });}

在子线程中通过Handler发送消息，该消息会在Hanlder中的handleMessage()中被解析，并进行相对应的UI组件更新

Android消息机制的相关概念

一、相关概念的解释

主线程（UI线程）
1. 定义：当程序第一次启动时，Android会同时启动一条主线程（Main Thread）
2. 作用：主线程主要负责处理与UI相关的事件
Message（消息）
1. 定义：Handler接收和处理的消息对象（Bean对象）
2. 作用：通信时相关信息的存放和传递
ThreadLocal
1. 定义：线程内部的数据存储类
2. 作用：负责存储和获取本线程的Looper
Message Queue（消息队列）
1. 定义：采用单链表的数据结构来存储消息列表
2. 作用：用来存放通过Handler发过来的Message，按照先进先出执行
Handler（处理者）
1. 定义：Message的主要处理者
2. 作用：负责发送Message到消息队列&处理Looper分派过来的Message
Looper（循环器）
1. 定义：扮演Message Queue和Handler之间桥梁的角色
2. 作用：
  消息循环：循环取出Message Queue的Message
  消息派发：将取出的Message交付给相应的Handler

二、图片解读它们之间的关系

三、文字解读它们之间的关系

Looper中存放有MessageQueen，MessageQueen中又有很多Message，当我们的Handler发送消息的时候，会获取当前的Looper，并在当前的Looper的MessageQueen当中存放我们发送的消息，而我们的MessageQueen也会在Looper的带动下，一直循环的读取Message信息，并将Message信息发送给Handler，并执行HandlerMessage()方法

其实这是一个循环的过程，读懂这句话和看懂图解很重要，会给我们下面的源码分析带来很大的帮助，所以建议大家先读懂前面的内容

Android消息机制的通信流程

这里采用网上的一张图进行说明，个人感觉图片概括得很好，就没必要再去造同样的轮子了，在新窗口打开可浏览大图

Looper源码分析

一、根据上面的例子，为什么Handler可以在主线程中直接可以使用呢？

因为主线程（UI线程）的Looper在应用程序开启时创建好了，即在ActivityThread.main方法中创建的，该函数为Android应用程序的入口

public static void main(String[] args) {    ...    Process.setArgV0("<pre-initialized>");    //1. 创建消息循环Looper    Looper.prepareMainLooper();    ActivityThread thread = new ActivityThread();    thread.attach(false);    if (sMainThreadHandler == null) {        sMainThreadHandler = thread.getHandler();    }    ...    //2. 执行消息循环    Looper.loop();    throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");}

Looper中最为重要的两个方法：

Looper.prepareMainLooper()：该方法是Looper对象的初始化
Looper.loop()：该方法会循环取出Message Queue的Message，将取出的Message交付给相应的Handler（Looper的作用就体现在这里）

二、Looper.prepareMainLooper()

//在主线程中初始化Looperpublic static void prepareMainLooper() {    //在这里会调用prepare(boolean quitAllowed)方法    prepare(false);    synchronized (Looper.class) {        if (sMainLooper != null) {            throw new IllegalStateException("The main Looper has already been prepared.");        }        sMainLooper = myLooper();    }}//看下prepare(boolean quitAllowed)方法private static void prepare(boolean quitAllowed) {    //判断sThreadLocal是否为null，否则抛出异常    //即Looper.prepare()方法不能被调用两次    //也就是说，一个线程中只能对应一个Looper实例    if (sThreadLocal.get() != null) {        throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");    }    //初始化Looper对象设置到ThreadLocal中    sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));}//看下Looper的构造方法private Looper(boolean quitAllowed) {    //创建了一个MessageQueue（消息队列）    //这说明，当创建一个Looper实例时，会自动创建一个与之配对的MessageQueue（消息队列）    mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);    mThread = Thread.currentThread();}

整个Looper的初始化准备工作就完了，这里做了哪几件事：

Looper的创建会关联一个MessageQueen的创建
Looper对象只能被创建一次
Looper对象创建后被存放在sThreadLocal中

三、Looper.loop()

public static void loop() {    //myLooper()方法作用是返回sThreadLocal存储的Looper实例，如果me为null，loop()则抛出异常    //也就是说loop方法的执行必须在prepare方法之后运行    //也就是说，消息循环必须要先在线程当中创建Looper实例    final Looper me = myLooper();    if (me == null) {        throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");    }    //获取looper实例中的mQueue（消息队列）    final MessageQueue queue = me.mQueue;    Binder.clearCallingIdentity();    final long ident = Binder.clearCallingIdentity();    //进入消息循环    for (;;) {        //next()方法用于取出消息队列里的消息        //如果取出的消息为空，则线程阻塞        Message msg = queue.next();         if (msg == null) {            return;        }        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.traceBegin(traceTag, msg.target.getTraceName(msg));        }        try {            //消息派发：把消息派发给msg的target属性，然后用dispatchMessage方法去处理            //Msg的target其实就是handler对象，下面会继续分析            msg.target.dispatchMessage(msg);        } finally {            if (traceTag != 0) {                Trace.traceEnd(traceTag);            }        }        if (logging != null) {            logging.println("<<<<< Finished to " + msg.target + " " + msg.callback);        }        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);        }        //释放消息占据的资源        msg.recycleUnchecked();    }}

整个Looper的循环过程就完了，这里做了哪几件事：

取出Looper和MessageQueen
进入消息循环，有消息则分发出去
消息资源的回收

四、Looper的退出

当然Looper也提供了两个方法可以退出一个Looper：

quit()：quit会直接退出Looper
quitSafety()：quitSafety只是设定一个退出标记，然后把消息队列中的已有消息处理完毕后退出Looper

MessageQueen源码分析

一、由于MessageQueen是用来存放Message的，那么是如何存储Message的呢？

由于Handler使用Post()方法将Message传递到MessageQueen中，在MessageQueen中会使用enqueueMessage()方法存储Message，其实现的方式是通过单链表的数据结构来存储消息列表

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) {                msg.next = p;            mMessages = msg;            needWake = mBlocked;        } else {            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;        }        if (needWake) {            nativeWake(mPtr);        }    }    return true;}

整个进队列的过程就完了，这里做了哪几件事：

首先判断消息队列里有没有消息，没有的话则将当前插入的消息作为队头，并且这时消息队列如果处于等待状态的话则将其唤醒
若是在中间插入，则根据Message创建的时间进行插入

二、既然MessageQueen存了消息之后，是如何提供取出来的方法的呢？

我们知道存消息是Handler存进来的，那么取消息就应该是Looper中取了，从Looper的源码可以看出，消息就是在Looper中取出的，其实现是用MessageQueen里面的next()方法

Message next() {    ......    int nextPollTimeoutMillis = 0;    for (;;) {        if (nextPollTimeoutMillis != 0) {            Binder.flushPendingCommands();        }        // nativePollOnce方法在native层，若是nextPollTimeoutMillis为-1，这时候消息队列处于等待状态。 　　        nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);        synchronized (this) {            final long now = SystemClock.uptimeMillis();            Message prevMsg = null;            Message msg = mMessages;            if (msg != null && msg.target == null) {                do {                    prevMsg = msg;                    msg = msg.next;                } while (msg != null && !msg.isAsynchronous());            }            //按照我们设置的时间取出消息            if (msg != null) {                if (now < msg.when) {                    nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE);                } else {                    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 {                // 如果消息队列中没有消息，将nextPollTimeoutMillis设为-1，下次循环消息队列则处于等待状态                nextPollTimeoutMillis = -1;            }            //退出消息队列，返回null，这时候Looper中的消息循环也会终止。             if (mQuitting) {                dispose();                return null;            }            ......        }        .....    }}

三、在MessageQueen存消息的媒介当然是通过Message对象啦，那这个Message对象又是什么呢？

其实这个Message就是用来存储Message中各种信息的Bean对象，从源码中可以其属性，这里例举我们常用的几个

public int what;public int arg1;public int arg2;public Object obj;public Messenger replyTo;int flags;long when;   Bundle data;    Handler target;Runnable callback;

Handler源码分析

一、Handler的创建

Handler的创建会关联一个Looper对象，而Looper对象是关联着MessageQueen对象，所以在Handler创建时候，取出Looper和MessageQueen

public Handler(Callback callback, boolean async) {    ...    //取出Looper    mLooper = Looper.myLooper();    if (mLooper == null) {        throw new RuntimeException(            "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");    }    //取出Looper中的MessageQueen    mQueue = mLooper.mQueue;    mCallback = callback;    mAsynchronous = async;}

前面我们也说过了Looper是存放在ThreadLocal里面的，可以看到下面的源码就知道了

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

整个创建的过程就完了，这里做了哪几件事：

取出Looper
取出Looper中的MessageQueen

二、Handler发送消息

第一种方式：sendMessage(Message msg)

//从这里开始public final boolean sendEmptyMessage(int what){    return sendEmptyMessageDelayed(what, 0);}//往下追踪public final boolean sendEmptyMessageDelayed(int what, long delayMillis) {    Message msg = Message.obtain();    msg.what = what;    return sendMessageDelayed(msg, delayMillis);}//往下追踪public final boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis){    if (delayMillis < 0) {        delayMillis = 0;    }    return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis);}//往下追踪public boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis) {    //直接获取MessageQueue    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);}//调用sendMessage方法其实最后是调用了enqueueMessage方法private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {    //为msg.target赋值为this，也就是把当前的handler作为msg的target属性    //如果大家还记得Looper的loop()方法会取出每个msg然后执行msg.target.dispatchMessage(msg)去处理消息，其实就是派发给相应的Handler    msg.target = this;    if (mAsynchronous) {        msg.setAsynchronous(true);    }    //最终调用queue的enqueueMessage的方法，也就是说handler发出的消息，最终会保存到消息队列中去    return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);}

第二种方式：post(Ruunable r)

public final boolean post(Runnable r){   return  sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);}

其实post()方法最终也会保存到消息队列中去，和上面不同的是它传进来的一个Runnable对象，执行了getPostMessage()方法，我们往下追踪

private static Message getPostMessage(Runnable r) {    Message m = Message.obtain();    m.callback = r;    return m;}

实质上就是将这个Runnable保存在Message的变量中，这就导致了我们下面处理消息的时候有两种不同方案

三、Handler处理消息

你还记得前面所说Looper中msg.target.dispatchMessage()方法吗？这个方法就是调用Handler的dispatchMessage()

public void dispatchMessage(Message msg) {    if (msg.callback != null) {        //1. post()方法的处理方法        handleCallback(msg);    } else {        if (mCallback != null) {            if (mCallback.handleMessage(msg)) {                return;            }        }        //2. sendMessage()方法的处理方法        handleMessage(msg);    }}//1. post()方法的最终处理方法private static void handleCallback(Message message) {    message.callback.run();}//2. sendMessage()方法的最终处理方法public void handleMessage(Message msg) {}

整个处理的过程就完了，这里做了哪几件事：

post()方法的处理方法就是将传进来的Runnable执行run()方法
sendMessage()方法的处理方法就是执行handleMessage()空方法，这也是我们为什么要在Handler重写这个方法的原因

面试题

一、请解释下Android通信机制中Message、Handler、MessageQueen、Looper的之间的关系？

首先，是这个MessageQueen，MessageQueen是一个消息队列，它可以存储Handler发送过来的消息，其内部提供了进队和出队的方法来管理这个消息队列，其出队和进队的原理是采用单链表的数据结构进行插入和删除的，即enqueueMessage()方法和next()方法。这里提到的Message，其实就是一个Bean对象，里面的属性用来记录Message的各种信息。

然后，是这个Looper，Looper是一个循环器，它可以循环的取出MessageQueen中的Message，其内部提供了Looper的初始化和循环出去Message的方法，即prepare()方法和loop()方法。在prepare()方法中，Looper会关联一个MessageQueen，而且将Looper存进一个ThreadLocal中，在loop()方法中，通过ThreadLocal取出Looper，使用MessageQueen的next()方法取出Message后，判断Message是否为空，如果是则Looper阻塞，如果不是，则通过dispatchMessage()方法分发该Message到Handler中，而Handler执行handlerMessage()方法，由于handlerMessage()方法是个空方法，这也是为什么需要在Handler中重写handlerMessage()方法的原因。这里要注意的是Looper只能在一个线程中只能存在一个。这里提到的ThreadLocal，其实就是一个对象，用来在不同线程中存放对应线程的Looper。

最后，是这个Handler，Handler是Looper和MessageQueen的桥梁，Handler内部提供了发送Message的一系列方法，最终会通过MessageQueen的enqueueMessage()方法将Message存进MessageQueen中。我们平时可以直接在主线程中使用Handler，那是因为在应用程序启动时，在入口的main方法中已经默认为我们创建好了Looper。

这段面试题答案是自己写的，如果有什么不妥，欢迎留言一起学习

结语

学习完了消息机制，回过头来看还是挺简单的。由于每个人都有惧怕困难的天性，一开始我也是看不懂，很怕看源码，但是我还是坚持了2天时间，借助书本知识和网上的知识，将这个消息机制给克服了。慢慢的，我们会将养成这种习惯，那么你离大神的脚步就不远了，加油吧

Android进阶——Android消息机制之Looper、Handler、MessageQueen