六、消息机制（Handler）

Handler

通常情况下，handler就是用来更新UI的。

1.消息机制的模型

消息机制主要包含：MessageQueue，Handler和Looper这三大部分，以及Meesage。

• Message：需要传递的消息，可以传递数据。
• MessageQueue：消息队列，但是它的内部实现，并不是用的队列，实际上是通过一个单链表的数据结构来维护消息列表，因为单链表在插入和删除有优势。主要功能向消息池投递消息（MessageQueue.enqueueMessage）和取走消息池的消息（MessageQueue.next）。
• Handler：消息辅助类，主要功能向消息池发送各种消息（Handler.sendMessage）和处理相应的消息事件（Handler.handlMessage）；
• Looper：不断循环执行（Looper.loop）,从MessageQueue中读取消息，按分发机制将消息分发给目标处理者。

2.消息机制的架构

消息机制的运行流程：在子线程执行完耗时操作，当Handler发送消息时，将会调用MessageQueue.enqueueMessage，向消息队列中添加消息。当通过Looper.loop开启循环后，会不断从线程池中读取消息，即调用MessageQueue.next方法，然后调用目标Handler（即发送该消息的Handler）的dispatchMessage方法传递消息，然后返回到Handler所在的线程，目标Handler收到消息，调用handleMessage方法，接收消息，处理消息。

image.png

3.消息机制源码解析

• 1. Looper
     要想使用消息机制，首先要创建一个Looper。
     初始化Looper
     无参的情况下，默认调用prepare(true),表示的是这个Looper可以退出，而对于false的情况，表示当前Looper不能退出。

    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));
    }

不能重复创建Looper，只能创建一个。创建Looper，并保存在ThreadLocal。其中ThreadLocal是线程本地存储区（Thread Local Storage，简称TLS），每个线程都有自己的私有的本地存储区域，不同的线程不能访问其他线程的TLS。
开启Looper

public static void loop() {
 final Looper me = myLooper();//获取TLS存储中的Looper对象。
        if (me == null) {
            throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
        }
        final MessageQueue queue = me.mQueue;//获取Looper对象中的消息队列
        // 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 (;;) { //进入looper的主循环方法
            Message msg = queue.next(); // 可能会阻塞，因为next()方法会无线循环
            if (msg == null) { //消息为空，则退出循环
                // No message indicates that the message queue is quitting.
                return;
            }
          ... 
          msg.target.dispatchMessage(msg);//获取msg的目标Handler然后用于分发Messae。
         }
}

loop()，进入循环模式，不断进行下面的操作，直到消息为空时退出循环：

1. 读取MessageQueue的下一条Message，把Message分发给对应的Handler。
2. 当next()，读取下一条消息，队列中已经没有消息时候，next()会无限循环，产生阻塞。等待MessageQueue中加入消息，然后重新唤醒。
3. 主线程中不需要自己创建Looper,这是由于在程序启动的时候，系统已经自动调用了Looper.prepare()方法。ActivityThread中的main（）方法有调用。

• 2. Handler

    public Handler(@Nullable Callback callback, boolean async) {
      // 需要先执行Looper.prepare(),才能获取Looper对象。
       mLooper = Looper.myLooper();
        if (mLooper == null) {
            throw new RuntimeException(
                "Can't create handler inside thread " + Thread.currentThread()
                        + " that has not called Looper.prepare()");
        }
        mQueue = mLooper.mQueue;//消息队列，来自Looper对象
        mCallback = callback;//回调方法
        mAsynchronous = async;//设置消息是否未异步处理
    }

对于handler的无参构造方法，默认采用当前线程TSL中的Looper对象，并且回调方法为null，且消息为同步处理。只要执行Looper.prepare()方法，那么便可以获取有效的Looper对象。
handler的发送消息的方法有几种，无论是post()还是send()，但是终究还是调用了sendMessageAtTime()方法。
在子线程中，使用runOnUiThread，内部调用的是handler的post()方法，最终调用的是sendMessageAtTime()方法。

   public final void runOnUiThread(Runnable action) {
        if (Thread.currentThread() != mUiThread) {
            mHandler.post(action);
        } else {
            action.run();
        }
    }

sendMessageAtTime()代码

  public boolean sendMessageAtTime(@NonNull 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);
    }
   private boolean enqueueMessage(@NonNull MessageQueue queue, @NonNull Message msg,
            long uptimeMillis) {
        msg.target = this;
        msg.workSourceUid = ThreadLocalWorkSource.getUid();

        if (mAsynchronous) {
            msg.setAsynchronous(true);
        }
        return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
    }

主要就是调用enqueueMessage方法。往消息队列里面插入一条数据。
MessageQueue 中enqueueMessage方法

  boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
        //每一个Message必须有一个Target。
        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) { //正在退出，回收msg,加入到消息池。
                msg.recycle();
                return false;
            }
            msg.markInUse();
            msg.when = when;
            Message p = mMessages;
            boolean needWake;
            if (p == null || when == 0 || when < p.when) {
                // p为null(代表MessageQueue没有消息) 或者msg的触发时间是队列内最早的，则加入该分支。
                msg.next = p;
                mMessages = msg;
                needWake = mBlocked;
            } else {

//将消息按时间顺序插入到MessageQueue。通常不需要唤醒时间队列，除非消息头部存在阻塞，并且同时Message是队列中最早的异步消息。  
                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;
    }

MessageQueue是按照Message触发时间的先后排序排列的，队头的消息将是最早触发的，当有消息需要加入消息队列时，会从队列头开始遍历，直到找到消息应该插入的合适位置，保证所有消息的时间顺序。

• 3. 获取消息
     当发送了消息后，在MessageQueue维护了消息队列，然后在Looper中通过loop()方法，不停的获取消息。其中最重要的就是调用了queue.next()方法来获取下一条消息。
     MessageQueue.next()具体实现流程

  @UnsupportedAppUsage
   Message next() {
       final long ptr = mPtr;
       if (ptr == 0) { //当前循环已经退出，则直接返回
           return null;
       }
       int pendingIdleHandlerCount = -1; // 循环迭代的首次= -1
       int nextPollTimeoutMillis = 0;
       for (;;) {
           if (nextPollTimeoutMillis != 0) {
               Binder.flushPendingCommands();
           }
         //阻塞操作，当等待nextPollTimeoutMillis时长，或者消息队列被唤醒是都会返回。
           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) {
                   // 当消息Handler为空时， 查询MessageQueue中的下一条异步消息msg， 为空则退出循环。
                   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 {  
                       mBlocked = false;
                       if (prevMsg != null) {
                           prevMsg.next = msg.next;
                       } else {
                           mMessages = msg.next;
                       }
                       msg.next = null;
                 //设置消息的使用状态， 即flags |= FLAG_IN_USE
                       msg.markInUse();
              // 获取一条消息，并返回。
                       return msg;
                   }
               } else {
                   //没有消息
                   nextPollTimeoutMillis = -1;
               }
               // 消息正在退出，返回null
               if (mQuitting) {
                   dispose();
                   return null;
               }
          }
   }

nativePollOnce是阻塞操作，其中nextPollTimeoutMillis表示下一个消息到来前，还需要等待的时长，当nextPollTimeoutMillis = -1时，表示消息队列中没有消息，会一直等待下去。
可以看出next()，方法根据消息的触发时间，获取下一条需要执行的消息，队列中消息为空，则会进行阻塞操作。

• 4. 分发消息
     在loop()中，获取到下一条消息后，执行 msg.target.dispatchMessage(msg)，来分发消息到目标Handler对象。msg.target实际上Handler的引用，所以该方法实际调用的是Handler的dispatchMessage()方法。
     dispatchMessage()方法

    public void dispatchMessage(@NonNull Message msg) {
        if (msg.callback != null) {
            handleCallback(msg);
        } else {
            if (mCallback != null) {
                if (mCallback.handleMessage(msg)) {
                    return;
                }
            }
            handleMessage(msg);
        }
    }
 private static void handleCallback(Message message) {
        message.callback.run();
    }

分发消息流程：
当message的msg.callback不为空时，则回调方法msg.callback.run();
当handler的mCallback不为空时，则回调mCallback.handleMessage(msg);
最后调用Handler自身的回调方法handleMessage()，默认为空实现。需要开发者重写。
优先级：
message.callback.run() > mCallback.handleMessage(msg) > handleMessage(msg)

4.消息机制总结

总结