Android 消息机制
一、消息机制概述
Android的消息机制主要是指Handler的运行机制以及Handler所附带的MessageQueue和Looper的工作过程，Handler的主要作用是将一个任务切换到当前Handler所在的线程中去执行。
Android提供这个功能主要是它规定了访问UI只能在主线程中进行，如果在子线程中访问UI，那么程序就会抛出异常。
以上规定的原因是：Android的UI控件不是线程安全的，如果在多线程并发访问时可能会导致UI控件处于不可预期的状态。但是加锁又会让UI的访问逻辑变得复杂；而且锁会阻塞某些线程的执行，因而锁机制会降低UI访问的效率。所以Android采用了最简单高效的一种方法——采用单线程模型来处理UI操作。
二、消息机制的整体流程
Handler调用sendMessage()向MessageQueue发送一条消息，这时会调用一个MessageQueue的enqueueMessage()将消息加入MessageQueue中，MessageQueue中有消息后通过MessageQueue.next()取走消息交给Looper，当Looper发现有新消息到来后，Looper通过Looper.loop()方法不断地从消息队列中读取消息，然后将这个消息交由Handler，在Handler中的handleMessage中对消息进行处理。
三、概念释义
Handler：消息辅助类，主要功能向消息池发送各种消息事件（Handler.sendMessage）和处理相应消息事件（Handler.handleMessage）。
MessageQueue：消息队列，但是内部存储结构并不是队列，而是采用单链表的数据结构来存储消息列表（因为单链表在插入和删除上比较有优势）。
为了能够更好地理解Looper，我们需要先了解一下ThreadLocal这个概念。
- ThreadLocal
ThreadLocal是一个线程内部的数据存储类，通过它可以在指定的线程中存储数据，数据存储以后，只有在指定线程中可以获取到存储的数据，对于其他线程来说则无法获取到数据。
为什么Looper需要用到ThreadLoacl？
因为Handler需要获取到当前线程的Looper，而Looper的作用域是线程，并且不同线程具有不同的Looper。所以这个时候通过ThreadLocal就可以轻松实现Looper在线程中的存取。如果不采用这个ThreadLocal的话那么系统就必须提供一个类似于LooperManager的类来管理Looper了，这时就体现出ThreadLocal的好处了。
Looper：消息循环，它会不停地从MessageQueue查看是否有新消息，如果有新消息就会处理，否则就会一直阻塞在那里。
四、工作原理
- Handler的工作原理：
Handler的主要工作包含消息的发送和接收，消息的发送可以通过post或send等一系列方法来实现，但最终都是用到了sendMessageAtTime()这个函数。
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);
}可以看到这个函数的返回的是enqueueMessage()，相当于Handler发送消息的过程就是向消息队列插入了一条消息。
在发送完消息后，MessageQueue的next()会返回这条消息给Looper，Looper收到消息就开始处理了，最终消息由Looper交由Handler处理，这时Handler的dispatchMessage()会被调用。
public void dispatchMessage(Message msg) {
if (msg.callback != null) {
handleCallback(msg);
} else {
if (mCallback != null) {
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
}
}
handleMessage(msg);
}
}从dispatchMessage中我们可以看到Handler就开始进入消息处理阶段了。
首先，会检查Message的callback是否为null，不为null就通过handleCallback来处理消息。Message的callback是一个Runnable对象，实际上就是Handler的post方法所传递的Runnable参数。
通过Callback可以采用如下方式来创建Handler对象：Handler handler = new Handler(callback)。这个Callback的作用就是去创建一个Handler的实例而不需要派生Handler子类。一般我们也可以直接派生一个Handler的子类，再重写hanldeMessage方法来处理具体的消息，这个Callback给我们提供了另外一种使用Handler的方式，可以让我们不派生Handler子类就可以创建Handler了。
- MessageQueue的工作原理：
MessageQueue主要包含两个操作：插入(enqueueMessage)和读取(next)，读取的同时也包含着删除。因为单链表在插入和删除上比较有优势，所以内部是用的单链表进行的存储，这一点在上面也提到过，下面我们来看下这两个主要方法的源码。
enqueueMessage()：
//这里的主要操作就是单链表的插入操作，没什么特别的
boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
if (msg.target == null) {
throw new IllegalArgumentException("Message must have a target.");
}
if (msg.isInUse()) {
throw new IllegalStateException(msg + " This message is already in use.");
}
synchronized (this) {
if (mQuitting) {
IllegalStateException e = new IllegalStateException(
msg.target + " sending message to a Handler on a dead thread");
Log.w(TAG, e.getMessage(), e);
msg.recycle();
return false;
}
msg.markInUse();
msg.when = when;
Message p = mMessages;
boolean needWake;
if (p == null || when == 0 || when < p.when) {
// New head, wake up the event queue if blocked.
msg.next = p;
mMessages = msg;
needWake = mBlocked;
} else {
// Inserted within the middle of the queue. Usually we don't have to wake
// up the event queue unless there is a barrier at the head of the queue
// and the message is the earliest asynchronous message in the queue.
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;
}
// We can assume mPtr != 0 because mQuitting is false.
if (needWake) {
nativeWake(mPtr);
}
}
return true;
}next():
这里面有个for的死循环，是next()读取消息的关键。如果MessageQueue中有消息的话，next就会返回消息并从单链表中移除这条消息；如果MessageQueue中没有消息的话，它就会一直阻塞在这里，等待新消息的到来
Message next() {
// Return here if the message loop has already quit and been disposed.
// This can happen if the application tries to restart a looper after quit
// which is not supported.
final long ptr = mPtr;
if (ptr == 0) {
return null;
}
int pendingIdleHandlerCount = -1; // -1 only during first iteration
int nextPollTimeoutMillis = 0;
for (;;) {
if (nextPollTimeoutMillis != 0) {
Binder.flushPendingCommands();
}
nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);
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) {
// Stalled by a barrier. Find the next asynchronous message in the queue.
do {
prevMsg = msg;
msg = msg.next;
} while (msg != null && !msg.isAsynchronous());
}
if (msg != null) {
if (now < msg.when) {
// Next message is not ready. Set a timeout to wake up when it is ready.
nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE);
} else {
// Got a message.
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 {
// 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;
}
}- Looper的工作原理：
之前说过，Looper在整个消息机制中扮演的是消息循环的角色，它会不停地从MessageQueue中查看是否有新消息，如果有新消息就会立刻处理，否则就一直阻塞在那里。
因为整个消息机制其实就是Handler的运行机制，而Handler的工作需要Looper，没有Looper的线程会报错，所以我们就需要在每个使用到Handler的线程中去创建Looper，一般在主线程当中，Looper是Android系统为我们创建好的，但是如果要在其他线程中创建Looper，就需要用到Looper的prepare()这个方法来为当前线程创建一个Looper，但是有一点需要注意，如果在子线程中手动创建了Looper，那么在所有事情处理完之后就应该调用quit()来终止消息循环，否则这个子线程会一直处于等待状态；在Looper成功创建之后，就可以通过Looper.loop()来开启消息循环了。
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;
// Make sure the identity of this thread is that of the local process,
// and keep track of what that identity token actually is.
Binder.clearCallingIdentity();
final long ident = Binder.clearCallingIdentity();
for (;;) {
Message msg = queue.next(); // might block
if (msg == null) {
// No message indicates that the message queue is quitting.
return;
}
// This must be in a local variable, in case a UI event sets the logger
final Printer logging = me.mLogging;
if (logging != null) {
logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " +
msg.callback + ": " + msg.what);
}
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);
end = (slowDispatchThresholdMs == 0) ? 0 : SystemClock.uptimeMillis();
} finally {
if (traceTag != 0) {
Trace.traceEnd(traceTag);
}
}
if (slowDispatchThresholdMs > 0) {
final long time = end - start;
if (time > slowDispatchThresholdMs) {
Slog.w(TAG, "Dispatch took " + time + "ms on "
+ Thread.currentThread().getName() + ", h=" +
msg.target + " cb=" + msg.callback + " msg=" + msg.what);
}
}
if (logging != null) {
logging.println("<<<<< Finished to " + msg.target + " " + msg.callback);
}
// Make sure that during the course of dispatching the
// identity of the thread wasn't corrupted.
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);
}
msg.recycleUnchecked();
}
}