Android Handler消息机制原理最全解读
本文主要详细去解读Android开发中最常使用的Handler，以及使用过程中遇到的各种各样的疑问。
Handler
在Android开发的过程中，我们常常会将耗时的一些操作放在子线程（work thread）中去执行，然后将执行的结果告诉UI线程（main thread），熟悉Android的朋友都知道，UI的更新只能通过Main thread来进行。那么这里就涉及到了如何将
子线程的数据传递给main thread呢？
Android已经为我们提供了一个消息传递的机制——Handler，来帮助我们将子线程的数据传递给主线程，其实，当熟悉了Handler的原理之后我们知道，Handler不仅仅能将子线程的数据传递给主线程，它能实现任意两个线程的数据传递。
接下来，我们便详细的了解下Handler的原理及其使用。
首先看一下Handler最常规的使用方式：
private Handler mHandler = new Handler(){
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
super.handleMessage(msg);
switch (msg.what) {
case MESSAGE_WHAT:
Log.d(TAG, "main thread receiver message: " + ((String) msg.obj));
break;
}
}
};
private void sendMessageToMainThreadByWorkThread() {
new Thread(){
@Override
public void run() {
Message message = mHandler.obtainMessage(MESSAGE_WHAT);
message.obj = "I am message from work thread";
mHandler.sendMessage(message);
}
}.start();
}
/*
* 通常我们在主线程中创建一个Handler，
* 然后重写该Handler的handlerMessage方法，可以看到该方法传入了一个参数Message，
* 该参数就是我们从其他线程传递过来的信息。
*
* 我们在来看下子线程中如何传递的信息，子线程通过Handler的obtainMessage()方法获取到一个Message实例，
* 我们来看看Message的几个属性：
* Message.what------------------>用来标识信息的int值，通过该值主线程能判断出来自不同地方的信息来源
* Message.arg1/Message.arg2----->Message初始定义的用来传递int类型值的两个变量
* Message.obj------------------->用来传递任何实例化对象
* 最后通过sendMessage将Message发送出去。
*
* Handler所在的线程通过handlerMessage方法就能收到具体的信息了，如何判断信息的来源呢？当然是通过what值啦。
* 怎么样很简单吧
*/
文章的开头说过，Handler不仅仅是能过将子线程的数据发送给主线程，它适用于任意两个线程之间的通信。
下面我们来看下两个子线程之间如何进行通信的。
很简单啊，在一个线程创建Handler，另外一个线程通过持有该Handler的引用调用sendMessage发送消息啊！
写程序可不能关说不练啊，我们把代码敲出来看一下！
private Handler handler;
private void handlerDemoByTwoWorkThread() {
Thread hanMeiMeiThread = new Thread() {
@Override
public void run() {
// Looper.prepare();
handler = new Handler() {
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
Log.d(TAG, "hanMeiMei receiver message: " + ((String) msg.obj));
Toast.makeText(MainActivity.this, ((String) msg.obj), Toast.LENGTH_SHORT).show();
}
};
// Looper.loop();
}
};
Thread liLeiThread = new Thread() {
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
Message message = handler.obtainMessage();
message.obj = "Hi MeiMei";
handler.sendMessage(message);
}
};
hanMeiMeiThread.setName("韩梅梅 Thread");
hanMeiMeiThread.start();
liLeiThread.setName("李雷 Thread");
liLeiThread.start();
/*
* 搞定，我们创建了两个Thread，liLeiThread和hanMeiMeiThread两个线程，很熟悉的名字啊！
* 跟之前的代码没太大区别hanMeiMeiThread创建了Handler，liLeiThread通过Handler发送了消息。
* 只不过此处我们只发送一个消息，所以没有使用what来进行标记
* 运行看看，我们的李雷能拨通梅梅吗？
* 啊哦，出错了
* 05-13 17:08:17.709 20673-20739/? E/AndroidRuntime: FATAL EXCEPTION: 韩梅梅 Thread
Process: design.wang.com.designpatterns, PID: 20673
java.lang.RuntimeException: Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()
at android.os.Handler.(Handler.java:200)
at android.os.Handler.(Handler.java:114)
*Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()
* -----------》它说我们创建的handler没有调用Looper.prepare();
* 好的，我们在实例化Handler之前调用下该方法，看一下。加上是不是没有报错了呢。
* 等等，虽然没有报错，但是hanMeiMeiThread也没有接到消息啊，消息呢？别急。
* 我们在Handler实例化之后加上Looper.loop();看一看，运行一下，是不是收到消息了呢。
* 这是为什么呢？
* 接下来我们就去看看Handler是怎么实现的发消息呢，弄清楚了原理，这里的原因也就明白了。
*/
}
好了，卖了半天的关子，终于要开始真正的主题了。
首先我们来看下，为什么在子线程里实例化的时候不调用Looper.prepare()就会报错呢？
//我们先来看看new Handler();时出错的原因。后续讲解源码分析只贴出关键部分。
//如下是Handler构造函数里抛出上文异常的地方，可以看到，由于mLooper对象为空才抛出的该异常。
mLooper = Looper.myLooper();
if (mLooper == null) {
throw new RuntimeException(
"Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");
}
/*
异常的原因看到了，接下来我们看看Looper.prepare()方法都干了些什么？
*/
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));
}
/*
可以看到，该方法在当前thread创建了一个Looper(), ThreadLocal主要用于维护线程的本地变量，
*/
private Looper(boolean quitAllowed) {
mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
mThread = Thread.currentThread();
}
//而Looper的构造函数里面又为我们创建了一个MessageQueue()对象。
了解到此，我们已经成功引出了Handler机制几个关键的对象了，Looper、MessageQueue、Message。
那么，肯定也有人又产生新的疑问了——为什么在主线程中创建Handler不需要要用Looper.prepare()和Looper.loop()方法呢？
其实不是这样的，App初始化的时候都会执行ActivityThread的main方法，我们可以看看ActivityThread的main()方法都做了什么？
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"));
}
// End of event ActivityThreadMain.
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
Looper.loop();
/*
真相只有一个，是的在创建主线程的时候Android已经帮我们调用了Looper.prepareMainLooper()
和Looper.loop()方法，所以我们在主线程能直接创建Handler使用。
*/
我们接着来看Handler发送消息的过程：
//调用Handler不同参数方法发送Message最终都会调用到该方法
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);
}
sendMessage的关键在于enqueueMessage(),其内部调用了messageQueue的enqueueMessage方法
boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
...
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 {
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;
}
/*从代码可以看出Message被存入MessageQueue时是将Message存到了上一个Message.next上，
形成了一个链式的列表，同时也保证了Message列表的时序性。
*/
Message的发送实际是放入到了Handler对应线程的MessageQueue中，那么，Message又是如何被取出来的呢？
细心的朋友可能早早就发现了，之前抛出异常的地方讲解了半天的Loop.prepare()方法，一直没有说到Loop.loop()方法。同时，在之前的例子中也看到了，如果不调用Looper.loop()方法，Handler是接受不到消息的，所以我们可以大胆的猜测，消息的获取肯定和它脱不了关系！当然关怀疑还不行，我们还必须找出真相来证明我们的猜想？那还等什么，先看看loop()方法吧。
public static void loop() {
//可以看到，在调用Looper.prepare()之前是不能调用该方法的，不然又得抛出异常了
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 traceTag = me.mTraceTag;
if (traceTag != 0) {
Trace.traceBegin(traceTag, msg.target.getTraceName(msg));
}
try {
msg.target.dispatchMessage(msg);
} finally {
if (traceTag != 0) {
Trace.traceEnd(traceTag);
}
}
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();
}
}
/*
这里我们看到，mLooper()方法里我们取出了，当前线程的looper对象，然后从looper对象开启了一个死循环
不断地从looper内的MessageQueue中取出Message，只要有Message对象，就会通过Message的target调用
dispatchMessage去分发消息，通过代码可以看出target就是我们创建的handler。我们在继续往下分析Message的分发
*/
public void dispatchMessage(Message msg) {
if (msg.callback != null) {
handleCallback(msg);
} else {
if (mCallback != null) {
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
}
}
handleMessage(msg);
}
}
/*好了，到这里已经能看清晰了
可以看到，如果我们设置了callback（Runnable对象）的话，则会直接调用handleCallback方法
*/
private static void handleCallback(Message message) {
message.callback.run();
}
//即，如果我们在初始化Handler的时候设置了callback（Runnable）对象，则直接调用run方法。比如我们经常写的runOnUiThread方法：
runOnUiThread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
}
});
public final void runOnUiThread(Runnable action) {
if (Thread.currentThread() != mUiThread) {
mHandler.post(action);
} else {
action.run();
}
}
/*
而如果msg.callback为空的话，会直接调用我们的mCallback.handleMessage(msg)，即handler的handlerMessage方法。由于Handler对象是在主线程中创建的，
所以handler的handlerMessage方法的执行也会在主线程中。
*/
到这里，想必你应该清楚如何在不同的线程之间来使用Handler了吧。
最后总结一下：
在使用handler的时候，在handler所创建的线程需要维护一个唯一的Looper对象， 每个线程对应一个Looper，每个线程的Looper通过ThreadLocal来保证，如需了解ThreadLocal，点击查看详细讲解 ,
Looper对象的内部又维护有唯一的一个MessageQueue，所以一个线程可以有多个handler，
但是只能有一个Looper和一个MessageQueue。
Message在MessageQueue不是通过一个列表来存储的，而是将传入的Message存入到了上一个
Message的next中，在取出的时候通过顶部的Message就能按放入的顺序依次取出Message。
Looper对象通过loop()方法开启了一个死循环，不断地从looper内的MessageQueue中取出Message，
然后通过handler将消息分发传回handler所在的线程。
最后附上一张自己理解画出来的流程图：
Handler补充：
- Handler在使用过程中，需要注意的问题之一便是内存泄漏问题。
为什么会出现内存泄漏问题呢？
首先Handler使用是用来进行线程间通信的，所以新开启的线程是会持有Handler引用的，
如果在Activity等中创建Handler，并且是非静态内部类的形式，就有可能造成内存泄漏。
首先，非静态内部类是会隐式持有外部类的引用，所以当其他线程持有了该Handler，线程没有被销毁，则意味着Activity会一直被Handler持有引用而无法导致回收。
同时，MessageQueue中如果存在未处理完的Message，Message的target也是对Activity等的持有引用，也会造成内存泄漏。
解决的办法：
(1). 使用静态内部类+弱引用的方式:
静态内部类不会持有外部类的的引用，当需要引用外部类相关操作时，可以通过弱引用还获取到外部类相关操作，弱引用是不会造成对象该回收回收不掉的问题，不清楚的可以查阅JAVA的几种引用方式的详细说明。
private Handler sHandler = new TestHandler(this);
static class TestHandler extends Handler {
private WeakReference<Activity> mActivity;
TestHandler(Activity activity) {
mActivity = new WeakReference<>(activity);
}
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
super.handleMessage(msg);
Activity activity = mActivity.get();
if (activity != null) {
//TODO:
}
}
}
(2). 在外部类对象被销毁时，将MessageQueue中的消息清空。例如，在Activity的onDestroy时将消息清空。
@Override
protected void onDestroy() {
handler.removeCallbacksAndMessages(null);
super.onDestroy();
- 在使用Handler时，通常是通过Handler.obtainMessage()来获取Message对象的，而其内部调用的是Message.obtain()方法，那么问题来了，为什么不直接new一个Message，而是通过Message的静态方法obtain()来得到的呢？
下面就通过代码来一探究竟
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();
}
其实在在Message中有一个static Message变量sPool，这个变量是用于缓存Message对象的，在obtain中可以看到当需要一个Message对象时，如果sPool不为空则会返回当前sPool（Message），而将sPool指向了之前sPool的next对象，（之前讲MessageQueue时讲过Message的存储是以链式的形式存储的，通过Message的next指向下一个Message，这里就是返回了sPool当前这个Message，然后sPool重新指向了其下一个Message），然后将返回的Message的next指向置为空（断开链表），sPoolSize记录了当前缓存的Message的数量，如果sPool为空，则没有缓存的Message，则需要创建一个新的Message（new Message）。
接着看下sPool中缓存的Message是哪里来的？
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++;
}
}
}
recycle()是回收Message的方法,在Message处理完或者清空Message等时会调用。
recycleUnchecked（）方法中可以看到，将what、arg1、arg2、object等都重置了值，如果当前sPool（Message缓存池）的大小小于允许缓存的Message最大数量时，将要回收的Message的next指向sPool，将sPool指向了回收的Message对象（即将Message放到了sPool缓存池的头部）
总结：
由此可见，使用obtain获取Message对象是因为Message内部维护了一个数据缓存池，回收的Message不会被立马销毁，而是放入了缓存池，
在获取Message时会先从缓存池中去获取，缓存池为null才会去创建新的Message。
- Handler sendMessage原理解读。
引入问题！
sendMessageDelayed是如何实现延时发送消息的？
sendMessageDelayed是通过阻塞来达到了延时发送消息的结果，那么会不会阻塞新添加的Message？