Handler、Message、MessageQueue、Looper调用过程源码浅析

      在看此文章之前建议不太了解ThreadLocal的读者先了解下上一篇文章《ThreadLocal源码浅析》，在后文中会有所涉及。

      先从Hanlder说起吧，Handler的工作包含发送和接收消息，主要作用是将一个任务切换到某个指定的线程中去执行。发送一条消息的典型过程如下

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

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

   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);
    }

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

    在互相调用的过程中可以发现，最后返回了queue.enqueueMessage(msg,uptimeMillis)。这里的enqueueMessage方法的主要操作其实就是向MessageQueue中插入一条数据（注意：MessageQueue虽然翻译过来是消息队列，但是它的内部存储结构并不是真正的队列，而是采用单链表的数据结构来存储消息列表）。也就是说Handler发送消息的过程仅仅是向MessageQueue中插入了一条消息，MessageQueue的next方法就会返回这条消息给Looper，Looper收到消息后就开始处理了，最终消息由Looper交由Handler处理，即Handler的dispatchMessage方法会被调用（这里说明了这四个类之间的调用逻辑，有个印象即可，后面会进一步分析）。这里有一个地方需要；留意下：msg.target = this;脑子里稍微有个印象就好了，下文中会用到它。下面跟进dispatchMessage

public void dispatchMessage(Message msg) {
        if (msg .callback != null) {
            handleCallback(msg);
        } else {
            if (mCallback != null) {
                if (mCallback .handleMessage(msg)) {
                    return;
                }
            }
            handleMessage( msg);
        }
    }

 public interface Callback {
        public boolean handleMessage(Message msg);
    }

 private static void handleCallback(Message message) {
        message.callback.run();
    }

    首先解释下代码中出现的几个对象，msg：Message对象、参数。msg.callback ：Runnable对象。mCallback：Hanlder中的接口对象，实例化Hanlder的时候传参获得引用。如果msg.callback != null,

则调用handleCallback(msg)。方法代码已贴出，可以看到在handleCallback(msg)中调用了message.callback(Runnable对象)的run方法。接下来如果实例化Hanlder的时候获得了Callback引用则调用mCallback的handleMessage方法。再不成功调用handlerMessage(msg)。这个过程比较简单，相信读者都能够很好的理解。

    至此我们已经完成了Message经过Hanlder处理的过程，那么在此中间，Message又是怎么存储又怎么传递给Hanlder的呢？客观稍后，下面我们去看一下MessageQueue和Looper（重点）这两个类的源码。

    MessageQueue作为Message存储的一个单链表，重要的是两个方法，enqueueMessage和next。enqueueMessage刚已经说过了，其主要操作是向MessageQueue单链表中插入数据。下面主要看一下next方法。

 Message next () {
        int pendingIdleHandlerCount = -1; // -1 only during first iteration
        int nextPollTimeoutMillis = 0;
        for (;;) {
            if (nextPollTimeoutMillis != 0) {
                Binder. flushPendingCommands();
            }

            // We can assume mPtr != 0 because the loop is obviously still running.
            // The looper will not call this method after the loop quits.
            nativePollOnce(mPtr, 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 (false ) Log.v("MessageQueue", "Returning message: " +msg);
                        msg.markInUse();
                        return msg ;
                    }
                } else {
                    // No more messages.
                    nextPollTimeoutMillis = -1;
                }
                              ...
}

    可以发现next是是一个无限循环的方法，唯一跳出循环的条件是取出MessageQueue中的msg,然后return msg。如果MessageQueue 中没有消息，那么next方法将一直阻塞在这里。当有新消息到来时，next方法会返回这条消息并将其从MessageQueue中删除。

看完Message在MessageQueue中的插入和取出过程后，我们来看下Message是怎么从一个线程切换到指定线程中。这个时候就该Looper出场了。我们在子线程中调用Handler前后会写如下代码：

       new Thread(new Runnable() {
             
              @Override
              public void run() {
                 Looper. prepare();
                 handler.sendMessage(msg);
                 Looper. loop();
             }
         });

    那么Looper.prepare()和Looper.loop()到底执行了哪些操作呢？先跟进Looper.prepare()源代码

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 ));
    }

    static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();
 
    private Looper( boolean quitAllowed ) {
        mQueue = new MessageQueue(quitAllowed );
        mThread = Thread. currentThread();
    }

    prepare方法相关代码已贴出。首先，我们注意到Lopper的构造方法中实例化了一个MessageQueue，并且将当前线程保存起来。值得一提的是这里出现了sThreadLocal，上篇浅析过ThreadLocal源码，在这里set里放进了一个Looper对象，相当于当前线程(key)的value对应着这个Looper对象。这里似乎还还不太出来sThreadLocal这个对象的作用，不要着急，它的作用马上在Looper.loop（）中显现出来了。跟进loop方法。

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
            Printer logging = me. mLogging;
            if (logging != null) {
                logging.println( ">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " +
                        msg.callback + ": " + msg.what );
            }

            msg.target.dispatchMessage( msg);

            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.recycle();
        }
    }

    /**
     * Return the Looper object associated with the current thread.  Returns
     * null if the calling thread is not associated with a Looper.
     */
    public static Looper myLooper() {
        return sThreadLocal .get();
    }

   哈！在loop方法中第一句就调用了myLooper()这个方法，其中返回了我们在prepare()方法中存放进去的Looper对象。分析到这里，后面的异常什么的就很容易理解了，必须要先set才能get的到嘛。

在for(;;)中又是一个死循环，还记得我们在哪里见过死循环吗？没错，就是MessageQueue的next()方法。。先说下这个死循环，首先执行MessageQueue.next方法，不断的从MessageQueue中取出消息（同时将Message从MessageQueue中移除）。MessageQueue的next方法没有msg会一直停留在next()方法中，所以只有执行Loop.quit/quitSafely才会跳出循环。如果MessageQueue中有Message则执行msg.target.dispatchMessage(msg)。

    上文分析Hanlder的enqueueMessage 方法（发送消息其实就是向MessageQueue 中插入Message）时提到请留意msg.target =this。这里就要用上了，在Hanlder中发送Message的时候，我们将msg.target引用到了调用的Hanlder，也就是说这个Message是记得哪个Hanlder把它插入到MessageQueue的。接下来就好办了，既然知道是哪个Handler把Message插入MessageQueue。那么就可以调用相应hanlder的dispatchMessage(msg)，而调用者handler未必就在Looper.loop()方法所在线程中。在此，就成功的将Message切换到相应的线程中去了。

    在文章即将结尾之际，还有一个小知识点补充说明下。Looper也是可以退出的，Looper有两种退出的方法，quit()和quitSafely()。二者区别是：quit会直接退出Looper，而quitSafely只是设定一个退出标记，然后把MessageQueue中的Message处理完毕后才安全地退出。Looper退出后，通过Handler发送的消息会失败，这个时候Handler的send方法会返回false。在子线程中如果手动为其创建了Looper，那么在所有的事情完成以后，应该立即调用quit方法来终止消息循环，否则这子线程就会一直处于等待状态。而如果退出Looper以后，这个线程就会立即终止。

总结：

1. 在子线程中调用Looper.prepare()中执行的操作：将当前Looper对象所在线程引用当做key存入ThreadLocal.table数组中，将当前Looper对象作为value存入。
2. Handler.sendMessage(msg)执行的操作：首先msg保存调用者handler的对象（msg.target=this），然后将msg插入MessageQueue。
3. Looper.loop()执行的操作：从ThreadLocal中获取1中存入的Looper对象。loop方法是个死循环，不断从MessageQueue中获取message（MessageQueue.next）,直到MessageQueue的next方法返回null才跳出循环。next()方法也是一个死循环，MessageQueue中没有Message则一直阻塞。此时loop()方法也一直处于阻塞状态。 除非调用Looper的quit()或者quitsafely()方法（有点像代理模式，其实真正执行的是MessageQueue的quit或者quitsafely），此时强制Looper退出。否则Looper不会退出，loop方法无限循环下去。MessageQueue中一旦有消息到达，Looper.next()方法就会调用msg.target.dispatchMessage( msg)。将消息交给msg引用的调用者handler处理消息。

至此，流程完毕。