Android的线程消息机制（Handler机制剖析）

先上handler机制的图片，然后来逐步分析，查看他的源码

Handler源码分析

创建Handler

Handler提供了多种构造方法的重载，主要分为两类，一类是不指定Looper对象，也就是直接使用当前线程的Looper，另一类是制定Looper，先看看他的构造方法

public Handler(Callback callback, boolean async) {
        if (FIND_POTENTIAL_LEAKS) {
            final Class klass = getClass();
            if ((klass.isAnonymousClass() || klass.isMemberClass() || klass.isLocalClass()) &&
                    (klass.getModifiers() & Modifier.STATIC) == 0) {
                Log.w(TAG, "The following Handler class should be static or leaks might occur: " +
                    klass.getCanonicalName());
            }
        }

        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;
    }

从这个构造函数可以看出，如果不是静态的内部类的话，会打印出内存泄漏的警告，而且可以知道在创建线程之前当前线程必须有looper对象，主线程的looper在源码中已经默认实现好了
在看下另外个构造方法

public Handler(Looper looper, Callback callback, boolean async) {
        mLooper = looper;
        mQueue = looper.mQueue;
        mCallback = callback;
        mAsynchronous = async;
    }

就是简单对传入的looper进行赋值

发送消息

使用handler最多的就是sentMessage（message）先看看他的源码

public final boolean sendMessage(Message msg)
    {
        return sendMessageDelayed(msg, 0);
    }

他其实就是调用sendMessageDelayed(Message,long)我们看下这个方法内部

public final boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis)
    {
        if (delayMillis < 0) {
            delayMillis = 0;
        }
        return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis);
    }

就是为当前时间加上个目标时间，然后穿进去作为参数

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);
    }

可以看到这个方法调用了enqueueMessage(MessageQueue,Message,long)方法，就是让消息去排队

 private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
        msg.target = this;
        if (mAsynchronous) {
            msg.setAsynchronous(true);
        }
        return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
    }

从这里可以看出两个事情
1.Message对象被加入MessageQueue的队列中
2.Messagetarget是用来持有Handler的强应用，而Handler如果是非静态内部类，是默认持有外部Activity强引用的，这样就会造成所谓的内存泄漏

除了sentMessage外，还有一种就是post(Runnable)

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

其实就是调用了sentMessageDelayed(Message,long),只不过就是把Runable封装进入Message

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

最后被送入消息队列中

处理消息

当消息被丢进消息对垒中，就要被处理，我们经常用Handler就是重写handleMessage（Message）方法来处理Message，其实还有另外一种方式就是实现Handler.Callback接口，这个接口要求必须实现带boolean值得handleMessage（Message）方法，这两种实现方法如下

 private static class MyHandler extends Handler{
        @Override
        public void handleMessage(Message msg) {
            super.handleMessage(msg);
            //处理消息，
        }
    }

private static class MyHanderCallback implements Handler.Callback{

        @Override
        public boolean handleMessage(Message msg) {
            return false;
        }
    }
    private Handler myHandler = new Handler(new MyHanderCallback());

这两种处理方式有什么区别呢？就在于，第二种实现handler.Callback的处理方法是有boolean值得，Handler会优先处理Handler.Callback实现，然后根据返回值决定是否调用Handler的handlerMassage（Message）方法，接下来看下dispatchMessage（Message）方法

 public void dispatchMessage(Message msg) {
        if (msg.callback != null) {
            handleCallback(msg);//处理Runable类型消息
        } else {
            if (mCallback != null) {
                if (mCallback.handleMessage(msg)) {//当Callback.handleMessage返回true时候直接return，就不再执行handleMessage
                    return;
                }
            }
            handleMessage(msg);
        }
    }

当一个消息从队列中被取出时候，会通过dispatchMessage（Message）方法分配给Handler。在处理消息的时候优先处理Runable类型的消息，然后再根据Handle.Callback.handleMessage(Message)最后才是Handler.handleMessage（Message）

Message源码分析

Message相当于一个消息媒介，我们通过对这个message对象进行设置，然后最后将他发送出去

创建Message

创建消息时我们不是直接newMessage，而是通过Message.obtain()方法，从Message内部维护的一个消息池里面获取一个Message对象，这样的话就可以复用，而不会因为频繁发送消息而造成频繁gc，内存抖动那些，先看看Message源码

public final class Message Implements Parcelable{
    private static final int MAX_POOL_SIZE = 50；//消息池最大数量为50
    private static Message sPool;//消息池
    Message next;//消息池实际上是一个链表结构
    public static Message obtain() {
            synchronized (sPoolSync) {
                if (sPool != null) {
                    Message m = sPool;
                    sPool = m.next;
                    m.next = null;
                    m.flags = 0; // clear in-use flag
                    sPoolSize--;
                    return m;
                }
            }
            return new Message();
        }
 }

他是通过维护一个链表来构成消息池子的，只要链表中有一个消息对象，就从这里取出

回收Message

为了实现复用，Message被处理完后就会回到消息池中，回收的过程就是清空所有数据，全部设置被默认值

public void recycle() {
        if (isInUse()) {
            if (gCheckRecycle) {
                throw new IllegalStateException("This message cannot be recycled because it "
                        + "is still in use.");
            }
            return;
        }
        recycleUnchecked();
    }

void recycleUnchecked() {
        // Mark the message as in use while it remains in the recycled object pool.
        // Clear out all other details.
        flags = FLAG_IN_USE;
        what = 0;
        arg1 = 0;
        arg2 = 0;
        obj = null;
        replyTo = null;
        sendingUid = -1;
        when = 0;
        target = null;
        callback = null;
        data = null;

        synchronized (sPoolSync) {
            if (sPoolSize < MAX_POOL_SIZE) {
                next = sPool;
                sPool = this;
                sPoolSize++;
            }
        }
    }

MessageQueue源码分析

MessageQueue就是消息队列，我们通过Handler发送消息都会进入到这个Mess个Queue中，之后Looper会提取消息进行处理，看看MessageQUeue源码

消息入列

先从他的enqueueMessage（Message，long）源码看下

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 {
               //根据时间节点来插入Message
                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;
            }
        }
    }

可以看出他是根据when这个时间节点进行排队的，根据时间的排序找到一个合适的Message对象插入队列中

消息出列

接下来看看消息出列的代码，也就是MessageQueue.next()方法，Looper实际上通过这个方法获取下一个要执行的Message对象，

Message next() {

        int pendingIdleHandlerCount = -1; // -1 only during first iteration
        int nextPollTimeoutMillis = 0;
        for (;;) {
            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) 
                    do {
                        prevMsg = msg;
                        msg = msg.next;
                    } while (msg != null && !msg.isAsynchronous());
                }
                if (msg != null) {
                    if (now < msg.when) {
                       //还没有到达时间的情况，就设置一个定时器让他唤醒
                        nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE);
                    } else {
                        // Got a message.
                        mBlocked = false;
                        if (prevMsg != null) {
                        //有barrier情况
                            prevMsg.next = msg.next;
                        } else {
                        //无barrier的情况
                            mMessages = msg.next;
                        }
                        msg.next = null;
                        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(TAG, "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;
        }
    }

上面逻辑大概就是：判断消息队列中第一个消息是否到达执行时间点，如果满足条件就移除并返回第一个Message对象，否则逻辑往下走执行idlerHandler，所谓的idlerHandler就是在空闲的时候会被执行一次，如果queueIdle返回false的话就会执行之后移除空闲队列

关闭队列

void quit(boolean safe) {
        if (!mQuitAllowed) {
            throw new IllegalStateException("Main thread not allowed to quit.");
        }

        synchronized (this) {
            if (mQuitting) {
                return;
            }
            mQuitting = true;

            if (safe) {
            //安全的方式关闭队列
            //就是对没有到达时间点的消息进行移除，把没有到达时间点的执行完先
                removeAllFutureMessagesLocked();
            } else {
            //直接暴力的关闭队列
                removeAllMessagesLocked();
            }

            // We can assume mPtr != 0 because mQuitting was previously false.
            nativeWake(mPtr);
        }
    }

looper源码分析

looper里面包换了一个消息队列，它不断从消息队列获取消息并执行

创建Looper

调用LooperPrepare()方法，

  public static void prepare() {
        prepare(true);
    }

    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));
    }

就是创建一个Looper并且存如ThreadLocal中。如果已经存在就抛异常

执行Looper

创建完Looper之后要做的就是调用Looper.loop()方法让Looper不断从消息队列中获取并处理消息。看下Looper.loop()源码

public static void loop() {
        final Looper me = myLooper();
        final MessageQueue queue = me.mQueue;

        for (;;) {
            Message msg = queue.next(); // might block
            if (msg == null) {
                // No message indicates that the message queue is quitting.
                return;
            }         
            msg.target.dispatchMessage(msg);
            msg.recycleUnchecked();
        }
    }

伪代码如上，就是开启一个循环，不断从消息队列里面取，消息，这个消息队列是一个阻塞队列。

BlockingQueue是个接口，有如下实现类：
1. ArrayBlockQueue：一个由数组支持的有界阻塞队列。此队列按 FIFO（先进先出）原则对元素进行排序。创建其对象必须明确大小，像数组一样。
2. LinkedBlockQueue：一个可改变大小的阻塞队列。此队列按 FIFO（先进先出）原则对元素进行排序。创建其对象如果没有明确大小，默认值是Integer.MAX_VALUE。链接队列的吞吐量通常要高于基于数组的队列，但是在大多数并发应用程序中，其可预知的性能要低。

   3. PriorityBlockingQueue：类似于LinkedBlockingQueue，但其所含对象的排序不是FIFO，而是依据对象的自然排序顺序或者是构造函数所带的Comparator决定的顺序。

   4. SynchronousQueue：同步队列。同步队列没有任何容量，每个插入必须等待另一个线程移除，反之亦然