Android进阶知识树——Android消息队列

1、概述

在安卓程序启动时，会默认在主线程中 运行程序，那如果执行一些耗时的操作则UI就会处于阻塞状态，出现界面卡顿的现象，再者用户的多种操作，系统是如何做到一一处理的，系统又是如何管理这些任务的，答案这就是今天的主题Android的消息机制；

•  Android处理消息的方式——handler、Looper 和 MessageQueue

1. Handler ：负责将任务添加到队列，执行结束后在主线程执行UI操作
2. Looper ：未绑定的线程开启循环消息队列，并获取消息
3. MessageQueue ：任务队列，保存发送的消息

• 在进行源码分析之前先提出两个常见的疑问

1. 为什么子线程直接创建Handler会抛出异常？

2. Handler究竟执行在哪个线程中？

2、源码分析

对于Handler的使用方法此处不做介绍，在使用是只要注意避免内存泄漏需创建静态Handler，此处从执行过程和原理的角度简单分析Handler的源码，首先大家都知道在主线程中可以直接使用Handler，而在子线程中不可以，有没有想过为什么呢？现在就先看看主线程究竟有什么不同吧，从头看安卓的入口方法ActivityThread.main()

​
public static void main(String[] args) {
        Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "ActivityThreadMain");
      ...
        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"));
        }
        Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
        Looper.loop();
        throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
    }

​

• 上述代码看出在程序启动后，执行三个步骤：

1. 调用Looper.prepareMainLooper();创建消息循环Looper
2. 使用 thread.getHandler(); 获取UI线程的Handler
3. 使用 Looper.loop()开启消息循环

Handler与消息队列关联，而消息队列被封装在Looper中，每个Looper关联一个线程，所以Handler的消息大致为handler作为一个消息处理器，将消息传递到消息队列中，线程中的Looper逐个取出消息并执行，此处的线程即为UI线程，

• Handler最基本的用法是创建Handler 发送Message到队列，现在看看创建Handler时都做了哪些事

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

​

1. 调用Looper.myLooper()：获取Looper对象，如果为空则抛出异常，然后调用lopper.mQuene开启消息队列

• 查看myLooper（）方法 

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

1. 在myLooper中看出，Looper从sThreadLocal中获取，那什么时候设置进去的呢？另外从这也可以看出来，只要sThreadLocal没有Looper的实例就会抛出异常，sThreadLocal就是执行的线程，换句话说只要Handler所在的线程中没有Looper的实例就会异常；

• 接下来看看UI线程开始时创建的Looper对象的方法prepareMainLooper() ：

​public static void prepareMainLooper() {
        prepare(false);
        synchronized (Looper.class) {
            if (sMainLooper != null) {
                throw new IllegalStateException("The main Looper has already been prepared.");
            }
            sMainLooper = myLooper();
        }
    }

• prepareMainLooper() 调用了prepare（）方法：

​private static void prepare(boolean quitAllowed) {
        if (sThreadLocal.get() != null) {
            throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
        }
        sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));
    }

1. 看到了 sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed))，此处创建Looper对象设置进sThreadLocal中，是不是明白了上面的sThreadLocal。get（）获取的Looper是哪里的了。

到这里我们介绍了Handler 和 Looper的创建，以及各自对线程的关联，下面查看如何启动消息循环获取任务并执行，在入口方法的最后调用了Loop.loop()方法，下面查看Looper.loop()方法：

public static void loop() {
        final Looper me = myLooper();
        final MessageQueue queue = me.mQueue;
for (;;) {
            Message msg = queue.next(); // might block
            if (msg == null) {
                return;
            }
...
 msg.target.dispatchMessage(msg);
msg.recycleUnchecked();
}

1. 调用myLooper（）获取Looper的对象，获取消息队列后调用next（）依次取出其中的Message，注意这里是个死循环
2. 调用Message的msg.target.dispatchMessage(msg)执行方法

• 查看Message的源码便知target实际是Handler的对象，说明绕了一圈最后还是Handler的dispatchMessage(msg)处理逻辑

Handler target;
Runnable callback;
Message next;

• Handler的dispatchMessage(msg)方法

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

总结一下：looper从MessageQuene中依次取出Message，然后调用Msg绑定的Handler的dispatchMessage(msg)处理，dispatchMessage（）中依次判断执行：

1. 先判断Message的Runable对象callback是否为null，若不为空使用handleCallback（）即调用Runnable，run（）执行
2. 若callback为空判断mCallBack，若mCallBack不为空则调用mCallBack.handleMessage()处理
3. 如果上面两者都为null，则执行handleMessage（），此处即为创建Handler（）重写的handlerMessage（）

到此Android中Handler的消息处理，从创建Handler、Looper和MessageQueue到消息的传递和事件的处理都介绍完了，下面我们看看使用时如何发送消息到MessageQueue以及上述的callback、mCallBack什么情况下为空？

• 创建的Handler后发送消息方法：sendMessage（Message msg）、post（Runnable r）

1. sendMessage（）

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;
        
        return enqueueMessage(queue, msg, uptimeMillis);
    }

private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
        msg.target = this;   // 此处设置target为Handler对象
        if (mAsynchronous) {
            msg.setAsynchronous(true);
        }
        return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
    }

上面的执行过程代码从上倒下一目了然，在enqueueMessage（）中设置了Message.target即为调用方法的Handler，所以在调用dispatchMessage（）时，会调用Handler的handleMessage（）处理

• post（Runnable r）

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

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

1. 调用getPostMessage（）设置Message中的callback，所以callback就是发送的runnable，其余方法和sendMessage（）一致。

Handler消息机制的原理和过程介绍完毕了，带着上面的了解现在来解决上面的两个疑问：

• 为什么不能在子线程直接创建创建handler吗？

通过上面的源码分析，我们知道抛出的异常在上述代码中也出现了

mLooper = Looper.myLooper();
        if (mLooper == null) {
            throw new RuntimeException(
                "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");
        }

当Looper.myLooper()取出为空时抛出异常，而myLooper（）中时从sThreadLocal.get()中获取，即此时sThreadLocal中没有设置Looper对象，所以也就没有后面的队列等操作，从上面知道创建并设置Looper对象是在prepare（）方法中，所以要在子线程中使用Handler要先调用Looper.prepare()创建Looper对象，后调用Looper.loop()开启消息循环。

• Handler究竟执行在哪个线程中？

其实针对这个问题，网上很多答案是：执行在Handler（）所在的线程，即在哪个线程创建Handler实例，handler后续的任务就执行在哪个线程，其实这个答案可对可错，从我们平时使用来看无论是在子线程初始化Loop后创建Handler（），还是在主线程直接创建，最终Handler所执行的线程就是创建线程，但这只是其中一种情况，下面看看Handler的另一种创建方式：从上面我们知道对于任务的处理在looper.loop（）中，以及后面对任务的处理都在同一线程中，整个过程知道HandlerMessage（）都没有执行线程切换处理，也就是说调用loop（）方法的Looper实例在哪个线程创建就会在哪个线程执行，同时消息队列mQueue也在相同线程，之所以会有人说执行的线程会是Handler创建的线程，其实因为在主线程或子线程使用无参构造函数创建Handler（）时，Looper实例和Handler实例在同一线程，所以任务和Handler执行在此线程，到从可以得出结论：Handler真正执行的线程是消息队列Looper（）实例的所在线程，关于此结论的验证，代码很简单请读者自行验证；