Android消息机制详解：Handler、MessageQueue、Looper

1、Handler的诞生背景

在Android中，规定了只能在主线程（或者叫UI线程）中，去进行UI相关的操作，而其他线程则无法操作UI，否则报错；
但同时，由于不能再UI线程进行耗时的操作，否则会报ANR异常， 因此，我们通常又把耗时操作放到子线程去进行一个处理。
那这就涉及到了一个数据传递的问题，我们在子线程处理的数据，怎么传递到主线程呢？这就有了Handler消息机制。

为什么要设计为只能在主线程进行UI操作而其他子线程则不行呢？

• 1、多线程访问UI会导致结果不可控，这是典型的多线程问题，而如果加锁，由于UI那么多，可能逻辑也会变得复杂，甚至出现死锁；
• 2、即使加锁，也会放UI的访问效率降低，而对于用户直接交互的UI，从人机交互的角度来讲，要尽可能高效；

因此，最简单高效的方式就是只让一个线程来处理UI操作，其他线程处理完后，通过handler通知主线程进行更新即可。这是一种典型的生产者-消费者模式, 其他线程生产消息，并把消息放入到一个队列中，而主线程来这个队列取出消息消费。

2、Handler消息机制的结构

Android消息机制主要由三部分组成：

• 1、Handler：负责发送消息， 以及处理回调结果；
• 2、MessageQueue：负责存储消息；
• 3、Looper：负责处理消息，处理完后回调给Handler;

需要注意的是：

• 1、如果使用的是handler.post(Runnable)方法，则looper处理消息时，调用的是Runnable的run方法；
• 2、如果使用的是handler.sendMessage方法， 则回调给Handler的handleMessage方法，此时，一般需要自己重写这个handleMessage方法；
• 3、如果创建Handler对象时使用的Callback接口， 则回调给Callback接口的handleMessage方法；

3、为什么要在主线程中创建Handler对象？

我们通常在主线程中创建Handler对象后，然后在子线程中处理完耗时操作（IO/网络等），然后再通过handler发送消息。为什么要强调在主线程中创建Handler对象呢？ 如果不在主线程创建Handler，就会报一下错误：

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

这是Android开发一个很常见的错误，如果想要在非主线程使用handler，就必须在线程的run方法的第一行调用Looper.preper()方法， 在run方法的最后一行调用Looper.loop()方法， 才行， 不过这个子线程的Handler不能处理UI相关的消息。

所以我们通常在Activity中或者Service的代码块中创建Handler对象， 或者在创建Handler时，传入主线程的Looper对象，如下：

Handler handler = new Handler(Looper.getMainLooper());

因为只有这样，我们创建的Handler对象才能把消息发送到主线程的MessageQueue中，才能被主线程中的Looper取出进行处理。

具体源码，在下面第5小节源码分析。

4、为什么在主线程的Handler中可以处理UI操作？

因为handler发送的消息是在被主线程中被Looper从MessageQueue中取出来进行处理的，所以这一段代码自然是运行在主线程中的。

具体源码分析见第5小节。

5、源码分析

我们老是说主线程，主线程，到底什么是主线程呢？其实Android中的主线程，就是ActivityThread，而我们一个APP进程的入口函数，就是ActivityThread.main()， 主要代码如下：

public static void main(String[] args) {
	 Looper.prepareMainLooper();
	...
	 
    Looper.loop();	
	throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
}

可以看到，在main方法的开始位置，就调用了 Looper.prepareMainLooper()， 完成了对主线程Looper对象的初始化，然后在结束位置调用了 Looper.loop()， 这个方法就是一个死循环，不断去MessageQueue中读取消息。因此，执行了Looper.loop()后，在此方法之后的代码理论上就不会被执行，因此在最后抛出一个RuntimeException， 因为如果执行到这一句，那肯定是程序出错了。

我们看一下这个loop方法主要做了些什么：

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;

    Binder.clearCallingIdentity();
    final long ident = Binder.clearCallingIdentity();

    for (;;) {
        Message msg = queue.next(); //注释1、去MessageQueue中获取消息，如果没有消息，则阻塞在这里

        final long slowDispatchThresholdMs = me.mSlowDispatchThresholdMs;

        final long traceTag = me.mTraceTag;
        if (traceTag != 0 && Trace.isTagEnabled(traceTag)) {
            Trace.traceBegin(traceTag, msg.target.getTraceName(msg));
        }
        final long start = (slowDispatchThresholdMs == 0) ? 0 : SystemClock.uptimeMillis();
        final long end;
        try {
            msg.target.dispatchMessage(msg);//注释2、此处回调给Handler的handleMessage方法或传入的Runnable接口进行处理
            end = (slowDispatchThresholdMs == 0) ? 0 : SystemClock.uptimeMillis();
        } finally {
            if (traceTag != 0) {
                Trace.traceEnd(traceTag);
            }
        }

        msg.recycleUnchecked();
    }
}

上述代码中的注释1，是从MessageQueue中去取出一个消息，如果暂时没有消息，则阻塞在这里，直到来了新消息。

注释2 回调Handler对象的handleMessage方法进行代码处理，如果创建Handler对象时没有重写handleMessage，而是传入的Runnable或Callback接口，则调用这两个接口的方法。

所有的这一段代码都是执行在ActivityThread.main()方法中的，所以是运行在主线程中的。

6、ThreadLocal类

前面我们将Handler消息机制的内容从整体上就讲完了，但是还有一些细节没有说，这里补充一个很重要的知识点：ThreadLocal类。这个类日常开发中用的不多，但是在某些场景下却可以帮助我们轻松实现一些看起来复杂的问题。在Android源码中其中一个使用场景就是Handler。

一般来说，当某个数据的作用域是在某个线程时，而不同线程可能有不同数据时，可以考虑使用ThreadLocal。类似于我们new了一个对象，这个类中某个字段在不同对象中，它的值可能不同，但是这个和ThreadLocal不同的是，类中的字段时我们写类的代码时就定义好的，但是Thread线程对象中一开始并没有我们想要的某个字段，因此，我们可以通过ThreadLocal来额外添加。

比如以下代码：

private static ThreadLocal mThreadLocal = new ThreadLocal<>();

public static void main(String[] args) {
	mThreadLocal.set(true);//main线程设为true
	
	new Thread() {
		public void run() {
			mThreadLocal.set(false);
			System.out.println("Thread 111 mThreadLocal.get: "+ mThreadLocal.get());
		};
	}.start();
	
	new Thread() {
		public void run() {
			System.out.println("Thread 222 mThreadLocal.get: "+ mThreadLocal.get());
		};
	}.start();

	System.out.println("Thread main mThreadLocal.get: "+ mThreadLocal.get());
}

执行的结果为：

Thread 111 mThreadLocal.get: false
Thread main mThreadLocal.get: true
Thread 222 mThreadLocal.get: null

三个线程执行的先后顺序不同，但看结果还是比较明显的， 在main线程，我们设置为true，获取的值也是true，在111线程设置为false，获得的结果就是false， 而线程222没有设置任何值， 结果为null。

通过ThreadLocal，我们可以为APP进程设置一些作用域为线程的变量，简单方便，而如果不用ThreadLocal，通常的做法就是， 要么设置回调接口， 一层一层往下传递，要么设置静态接口， 或者设置静态变量来调用。 如果是接口，传递代码过深，跟踪起来会比较麻烦，而且每个方法形参都要传入一个接口，设计得比较复杂，而如果使用静态变量，那需要很多值呢，岂不是的设置很多不同的变量名称，代码看起来会比较冗余。

而使用ThreadLocal，直接在当前线程中调用set方法,然后在当前线程需要的地方调用get方法即可，简单高效。这个代码设计简直太优秀了！

在上述代码中，我们看到，要使用ThreadLocal，通常要指定一个泛型，然后调用set的时候，传入这个泛型即可，调用get即可得到我们设置的值。

以上就是关于Handler的知识点，如果您觉得内容还行，麻烦点个赞吧~~~