Android进阶——Android消息机制之Looper、Handler、MessageQueen
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;
}
}
};
@Override
protected 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
1、主线程（UI线程）
- 定义：当程序第一次启动时，Android会同时启动一条主线程（Main Thread）
- 作用：主线程主要负责处理与UI相关的事件
2、Message（消息）
- 定义：Handler接收和处理的消息对象（Bean对象）
- 作用：通信时相关信息的存放和传递
3、ThreadLocal
- 定义：线程内部的数据存储类
- 作用：负责存储和获取本线程的Looper
4、Message Queue（消息队列）
- 定义：采用单链表的数据结构来存储消息列表
- 作用：用来存放通过Handler发过来的Message，按照先进先出执行
5、Handler（处理者）
- 定义：Message的主要处理者
- 作用：负责发送Message到消息队列&处理Looper分派过来的Message
6、Looper（循环器）
- 定义：扮演Message Queue和Handler之间桥梁的角色
- 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，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("" );
//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Looper
public 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
1、方式一：sendMessage(Message msg)
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);
}
2、方式二：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。
二、Handler能在子线程创建吗？
Handler是不可以直接在子线程创建的，由于Handler在子线程没有Looper，所以在子线程中会报错。但是可以通过间接的方式在子线程中创建Handler，有两种方式可以在子线程中创建Handler
方式一：在子线程创建Handler的时候使用主线程的Looper，这样handlerMessage的回调就在主线程运行
new Thread(new Runnable() {
public void run() {
// Looper.getMainLooper()获取主线程的Looper
Handler handler = new Handler(Looper.getMainLooper()){
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
// 在主线程中执行，可以做UI操作
Toast.makeText(getApplicationContext(), "handler msg", Toast.LENGTH_LONG).show();
}
};
handler.sendEmptyMessage(1);
};
}).start();
方式二：在子线程创建Handler的时候创建子线程的Looper，这样handlerMessage的回调就在子线程运行
new Thread(new Runnable() {
public void run() {
// 创建子线程Looper
Looper.prepare();
Handler handler = new Handler(){
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
// 在子线程中执行，不可以做UI操作
Toast.makeText(getApplicationContext(), "handler msg", Toast.LENGTH_LONG).show();
}
};
// 开始循环Looper
Looper.loop();
};
}).start();
易错点：在子线程去创建对象，对象本身又实例化Handler，问题又会回到子线程创建Handler导致报错的问题
public class MainActivity extends AppCompatActivity {
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
// 子线程实例化对象
Stub stub = new Stub();
stub.startAction();
}
}).start();
}
}
public class Stub {
// 在子线程中创建Handler，会报错
public Handler mHanlder = new Handler(){
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
super.handleMessage(msg);
}
};
public void startAction(){
}
}
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