Android 异步消息处理机制：Looper、Handler、Message
我们都知道，Android UI是线程不安全的，如果在子线程中尝试进行UI操作，程序会发生崩溃。解决方法相信大家都用过无数次了：创建一个Message对象，然后借助Handler发送出去，之后在Handler的handleMessage()方法中获得刚才发送的Message对象，然后在这里进行UI操作就不会再出现崩溃了。这种处理方式被称为异步消息处理线程。
Handler 、 Looper 、Message 这三者都与Android异步消息处理线程相关的概念。Looper负责的就是创建一个MessageQueue，然后进入一个无限循环体不断从该MessageQueue中读取Message，Handler负责的是发送Message和处理Message的回调 。
Looper
对于Looper主要是prepare()和loop()两个方法。
首先看prepare()方法：
public static final void prepare() {
if (sThreadLocal.get() != null) {
throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
}
sThreadLocal.set(new Looper(true));
} 可以看到，首先判断sThreadLocal中是否已经存在Looper了，如果还没有则创建一个新的Looper设置进去。同时也可以看出每个线程中最多只会有一个Looper对象。
下面看Looper的构造方法：
private Looper(boolean quitAllowed) {
mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
mRun = true;
mThread = Thread.currentThread();
} 在构造方法中，创建了一个MessageQueue（消息队列）。
接着我们来看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();
}
} 首先取sThreadLocal存储的Looper实例，如果me为null则抛出异常，也就是说looper方法必须在prepare方法之后运行。拿到Looper的MessageQueue 后通过一个无限循环，不断从MessageQueue中取出Message交给它的target来进行处理，Message的target是什么呢？其实就是handler对象，下面会进行分析。
Looper主要作用：
1、与当前线程绑定，保证一个线程只会有一个Looper实例，同时一个Looper实例也只有一个MessageQueue。
2、loop()方法，不断从MessageQueue中去取消息，交给消息的target属性的dispatchMessage去处理。
好了，我们的异步消息处理线程已经有了消息队列（MessageQueue），也有了在无限循环体中取出消息的哥们，现在缺的就是发送消息的对象了，那就是Handler。
Handler
使用Handler之前，我们都是初始化一个实例，一般通过new就好了，但它是如何与MessageQueue联系上的，它在子线程中发送的消息又是怎么发到MessageQueue中的呢？
首先看Handler的构造方法：
public Handler() {
this(null, false);
}
public Handler(Callback callback, boolean async) {
if (FIND_POTENTIAL_LEAKS) {
final Class<? extends Handler> 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;
} 通过Looper.myLooper()获取了当前线程保存的Looper实例，进而获取到这个Looper实例中保存的MessageQueue，这样就保证了handler实例与我们Looper实例中MessageQueue关联上了。
创建了Handler实例，用它来发送Message到MessageQueue。下面来看看Message是如何创建的吧，常规方法是new一个：
Message msg = new Message();
msg.obj = ...;
msg.what = ...;
handler.sendMessage(msg);但是也可以用以下方法实现：
Message msg = Message.obtain(handler);
//Message msg = handler.obtainMessage();
msg.what = ...;
msg.obj = ...;
msg.sendToTarget();
//handler.sendMessage(msg);对于Message对象，一般并不推荐直接使用它的构造方法得到，而是建议通过使用Message.obtain()这个静态的方法或者Handler.obtainMessage()获取。Message.obtain()会从消息池中获取一个Message对象，如果消息池中是空的，才会使用构造方法实例化一个新Message，这样有利于消息资源的利用。Handler.obtainMessage()具有多个重载方法，如果查看源码，会发现其实在内部它也是调用的Message.obtain()。
然后来看看sendMessage方法：
public final boolean sendMessage(Message msg){
return sendMessageDelayed(msg, 0);
}
public final boolean sendEmptyMessageDelayed(int what, long delayMillis) {
Message msg = Message.obtain();
msg.what = what;
return sendMessageDelayed(msg, delayMillis);
}
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);
} Handler中提供了很多个发送消息的方法，其中除了sendMessageAtFrontOfQueue()方法之外，其它的发送消息方法最终都会辗转调用到sendMessageAtTime()方法中的enqueueMessage
private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
msg.target = this;
if (mAsynchronous) {
msg.setAsynchronous(true);
}
return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
} enqueueMessage中首先为msg.target赋值为this，【如果大家还记得Looper的loop方法会取出每个msg然后交给msg.target.dispatchMessage(msg)去处理消息】，也就是把当前的handler作为msg的target属性。最终会调用queue的enqueueMessage的方法，也就是说handler发出的消息，最终会保存到消息队列中去。
queue.enqueueMessage方法毫无疑问就是入队的方法了:
final boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
if (msg.when != 0) {
throw new AndroidRuntimeException(msg + " This message is already in use.");
}
if (msg.target == null && !mQuitAllowed) {
throw new RuntimeException("Main thread not allowed to quit");
}
synchronized (this) {
if (mQuiting) {
RuntimeException e = new RuntimeException(msg.target + " sending message to a Handler on a dead thread");
Log.w("MessageQueue", e.getMessage(), e);
return false;
} else if (msg.target == null) {
mQuiting = true;
}
msg.when = when;
Message p = mMessages;
if (p == null || when == 0 || when < p.when) {
msg.next = p;
mMessages = msg;
this.notify();
} else {
Message prev = null;
while (p != null && p.when <= when) {
prev = p;
p = p.next;
}
msg.next = prev.next;
prev.next = msg;
this.notify();
}
}
return true;
} MessageQueue是使用链表来保存当前队列中待处理的Message，所谓的入队就是将所有的消息按时间来进行排序。具体的操作方法就是根据时间顺序调用msg.next，从而为每一个消息指定它的下一个消息是什么。当然如果你是通过sendMessageAtFrontOfQueue()方法来发送消息的，它也会调用enqueueMessage()来让消息入队，只不过时间为0，会把它添加到MessageQueue的头部。
既然这里已经知道了msg.target就是handler本身，那么我们来看看消息的处理吧：
public void dispatchMessage(Message msg) {
if (msg.callback != null) {
handleCallback(msg);
} else {
if (mCallback != null) {
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
}
}
handleMessage(msg);
}
} 这里msg的callback为空，最终走到handleMessage
public void handleMessage(Message msg) {
}可以看到这是一个空方法，为什么呢，因为消息的最终回调是由我们控制的，我们在创建handler的时候都是复写handleMessage方法，然后根据msg.what进行消息处理，例如：
private Handler mHandler = new Handler() {
public void handleMessage(android.os.Message msg) {
switch (msg.what) {
case value:
break;
default:
break;
}
};
}; 至此，异步消息处理流程已经分析完毕，让我们总结一下
1、首先Looper.prepare()在本线程中保存一个Looper实例，然后该实例中保存一个MessageQueue对象；因为Looper.prepare()在一个线程中只能调用一次，所以MessageQueue在一个线程中只会存在一个。
2、Looper.loop()会让当前线程进入一个无限循环，不端从MessageQueue的实例中读取消息，然后回调msg.target.dispatchMessage(msg)方法。
3、Handler的构造方法，会首先得到当前线程中保存的Looper实例，进而与Looper实例中的MessageQueue相关联。
4、Handler的sendMessage方法，会给msg的target赋值为handler自身，然后加入MessageQueue中。
5、在构造Handler实例时，我们会重写handleMessage方法，也就是msg.target.dispatchMessage(msg)最终调用的方法。
接下来我们来看一段代码：
public class MainActivity extends Activity {
private Handler handler1;
private Handler handler2;
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
handler1 = new Handler();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
handler2 = new Handler();
}
}).start();
}
} 代码很简单，只是在程序中创建两个Handler对象，一个在主线程中创建，一个在子线程中创建。运行一下你会发现，在子线程中创建的Handler是会导致程序崩溃的，提示的错误信息为 Can’t create handler inside thread that has not called Looper.prepare() 。结合上面源码我们很快找出原因：在Handler构造函数中会尝试获取looper：mLooper = Looper.myLooper();
public static final Looper myLooper() {
return (Looper)sThreadLocal.get();
}looper是在哪赋值的呢？正是prepare中：sThreadLocal.set(new Looper(true));
所以报这个错不足为奇了，改一下代码：
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
Looper.prepare();
handler2 = new Handler();
}
}).start();果然这样就不会崩溃了。可能还有人会问，主线程中的Handler也没有调用Looper.prepare()方法，为什么就没有崩溃呢？这是由于在程序启动的时候，系统已经帮我们自动调用了Looper.prepare()方法。查看ActivityThread中的main()方法：
public static void main(String[] args) {
SamplingProfilerIntegration.start();
CloseGuard.setEnabled(false);
Environment.initForCurrentUser();
EventLogger.setReporter(new EventLoggingReporter());
Process.setArgV0("<pre-initialized>");
Looper.prepareMainLooper();
ActivityThread thread = new ActivityThread();
thread.attach(false);
if (sMainThreadHandler == null) {
sMainThreadHandler = thread.getHandler();
}
AsyncTask.init();
if (false) {
Looper.myLooper().setMessageLogging(new LogPrinter(Log.DEBUG, "ActivityThread"));
}
Looper.loop();
throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
} 我们看到Looper.prepareMainLooper()方法，而这个方法又会再去调用prepare()方法：
public static final void prepareMainLooper() {
prepare();
setMainLooper(myLooper());
if (Process.supportsProcesses()) {
myLooper().mQueue.mQuitAllowed = false;
}
}因此，一个最标准的异步消息处理线程的写法应该是这样：
class LooperThread extends Thread {
public Handler mHandler;
public void run() {
Looper.prepare();
mHandler = new Handler() {
public void handleMessage(Message msg) {
// process incoming messages here
}
};
Looper.loop();
}
} 这样基本就将Handler的创建过程完全搞明白了，总结一下就是在主线程中可以直接创建Handler对象，而在子线程中需要先调用Looper.prepare()才能创建Handler对象。
延伸
另外除了发送消息之外，我们还有以下三种方法可以在子线程中进行UI操作：
1. Handler的post()方法
2. View的post()方法
3. Activity的runOnUiThread()方法
我们先来看下Handler中的post()方法，代码如下所示：
public final boolean post(Runnable r) {
return sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);
}原来这里还是调用了sendMessageDelayed()方法去发送一条消息啊，并且还使用了getPostMessage()方法将Runnable对象转换成了一条消息，我们来看下这个方法的源码：
private final Message getPostMessage(Runnable r) {
Message m = Message.obtain();
m.callback = r;
return m;
}在这个方法中将消息的callback字段的值指定为传入的Runnable对象。看过上面流程知道，在Handler的dispatchMessage()方法中原来有做一个检查，如果Message的callback等于null才会去调用handleMessage()方法，否则就调用handleCallback()方法。那我们快来看下handleCallback()方法中的代码吧：
private final void handleCallback(Message message) {
message.callback.run();
} 也太简单了！竟然就是直接调用了一开始传入的Runnable对象的run()方法。因此在子线程中通过Handler的post()方法进行UI操作就可以这么写：
public class MainActivity extends Activity {
private Handler handler;
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
handler = new Handler();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
handler.post(new Runnable() {
@Override
public void run() {
// 在这里进行UI操作
}
});
}
}).start();
}
} 虽然写法上相差很多，但是原理是完全一样的，我们在Runnable对象的run()方法里更新UI，效果完全等同于在handleMessage()方法中更新UI。
再来看一下View中的post()方法：
public boolean post(Runnable action) {
Handler handler;
if (mAttachInfo != null) {
handler = mAttachInfo.mHandler;
} else {
ViewRoot.getRunQueue().post(action);
return true;
}
return handler.post(action);
}原来就是调用了Handler中的post()方法，不多说了。
最后看看Activity中的runOnUiThread()方法吧，代码如下：
public final void runOnUiThread(Runnable action) {
if (Thread.currentThread() != mUiThread) {
mHandler.post(action);
} else {
action.run();
}
} 如果当前的线程不等于UI线程(主线程)，就去调用Handler的post()方法，否则就直接调用Runnable对象的run()方法。
分析以上所有源码，我们发现，不管是使用哪种方法在子线程中更新UI，其实背后的原理都是相同的，必须都要借助异步消息处理的机制来实现。
注：如果我们发送出去的Message或Runnable还没到执行时间，我们是可以将它们撤销的：
handler.removeMessages(int what);
handler.removeMessages(int what, Object object);
handler.removeCallbacks(Runnable r);
handler.removeCallbacks(Runnable r, Object token);
handler.removeCallbacksAndMessages(Object token);有时我们为了做进度显示等，在Activity中会定时重复调用handler发送Message，这样在Acticity退出的时候，也需要移除Message，这样可以避免内存泄露。
@Override
public void onDestroy() {
super.onDestroy();
handler.removeCallbacksAndMessages(null); //会将所有的Callbacks和Messages全部清除掉
}