Android开发之消息机制

转：http://stackvoid.com/introduction-to-Message-Handler-in-Android/

http://blog.dreamtobe.cn/2016/03/11/android_handler_looper/

Android应用程序主线程用来跟新UI，所以不能让主线程做费时操作，否则会出现ANR(App Not Response), 一般来说耗时操作都新开启一个线程，新线程执行结束，发消息给主线程来更新UI，常用方法有：

Activity.runOnUiThread(Runnable)
View.post(Runnable)
View.postDelayed(Runnable, long)
Hanlder机制

Activity.runOnUiThread源码

方法runOnUiThread()位于base/core/java/android/app/Activity.java中，发现此方法首先判断当前线程是不是主线程(UI线程)，不是的话使用Handler(post到消息队列中，后面会详解)，是的话调用run方法。

1 public final void runOnUiThread(Runnable action) {
2     if (Thread.currentThread() != mUiThread) {
3         mHandler.post(action);
4     } else {
5         action.run();
6     }
7 }

View.post源码

抛开AttachInfo等这些与本文无关的信息，发现View.post最终还是使用handler来传送Runnable对象。同样View.postDelayed方法也同样使用Handler。

 1 public boolean post(Runnable action) {
 2     final AttachInfo attachInfo = mAttachInfo;
 3     if (attachInfo != null) {
 4         return attachInfo.mHandler.post(action);
 5         //postDelayed方法使用下面的方法
 6         //return attachInfo.mHandler.postDelayed(action, delayMillis);
 7     }
 8     // Assume that post will succeed later
 9     ViewRootImpl.getRunQueue().post(action);
10     //postDelayed方法使用下面的方法
11     //ViewRootImpl.getRunQueue().postDelayed(action, delayMillis);
12     return true;
13 }

分析到这里，我们发现Android中线程到主线程之间的消息传递虽然有这四种方法，其本质上都是使用了Handler。下面我们将揭开Handler的面纱。

如下图，Android使用消息机制(Handler-Looper机制)实现线程的通信，线程通过Looper建立自己的消息循环，MessageQueue是FIFO的消息队列，Looper负责从MessageQueue中取出消息，并且分发到消息指定目标Handler对象。Handler对象绑定到线程的局部变量Looper，封装了发送消息和处理消息的接口。

Handler类构造方法

 1 public Handler(Callback callback, boolean async) {
 2 
 3         .........
 4 
 5         mLooper = Looper.myLooper();
 6         //如果是普通线程，想成为Looper的线程，必须先调用Looper.prepare()
 7         //若是主线程(UI线程)，在Activity启动时，已经调用过Looper.prepare()
 8         if (mLooper == null) {
 9             throw new RuntimeException(
10                 "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");
11         }
12         //不管new 多少个Handler，这些Handler都共用Looper里的消息队列，
13         //由于一个线程只能有一个ThreadLocal<Looper>对象,则消息队列只有一个
14         mQueue = mLooper.mQueue;
15         mCallback = callback;
16         mAsynchronous = async;
17     }
18     //myLooper方法返回Looper对象，Looper对象时线程本地存储(ThreadLocal)
19     public static Looper myLooper() {
20         return sThreadLocal.get();
21     }
22 
23     //下面这个方法是Looper.java中的方法，prepare方法的作用就是创建线程中
24     //唯一的Looper对象，若已经有Looper对象，再次调用prepare方法则抛出异常
25     private static void prepare(boolean quitAllowed) {
26         if (sThreadLocal.get() != null) {
27             throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
28         }
29         sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));
30     }

总结一下，Handler构造方法通过获取当前线程唯一的Looper对象来初始化消息队列(其实是共享Looper的mQueue，为什么这么做，读完本文你就明白了)。

应用程序启动自动加载Looper

Android应用程序进程在启动的时候，会在进程中加载ActivityThread类，并且执行这个类的main函数，应用程序的消息循环过程就是在这个main函数里面实现的，定义在frameworks/base/core/java/android/app/ActivityThread.java文件中

 1 public final class ActivityThread {
 2     ......
 3 
 4     public static final void main(String[] args) {
 5         ......
 6         //将当前线程初始化为Looper线程。最终会调用Looper.prepare()
 7         Looper.prepareMainLooper();
 8 
 9         ......
10     // 开始循环处理消息队列
11         Looper.loop();
12 
13         ......
14     }
15 }

由前面Handler构造方法我们知道，应用程序的主线程中会始终存在一个Looper对象。

所以我们继承Activity实现我们自定义的Activity中，直接使用Handler就好了(Looper已经建立好了)。

[消息发送和接收}()

消息发送和接收流程相信大家也已经非常熟悉了，new出一个Message对象，然后使用setData()方法或arg参数等方式为消息携带一些数据，再借助Handler将消息发送出去就可以了，发出去后，主线程中创建Handler对象时实现其handleMessage方法即可。

 1 new Thread(new Runnable() {
 2     @Override
 3     public void run() {
 4         Message message = new Message();
 5         message.arg1 = 1;
 6         Bundle bundle = new Bundle();
 7         bundle.putString("data", "data");
 8         message.setData(bundle);
 9         handler.sendMessage(message);
10     }
11 }).start();
12 
13 Handler handler = new Handler(){
14     @Override
15     public void handleMessage(Message msg){
16         ..........//处理Message的实现
17     }
18 }

我们现在来看一下发送到接收到这个数据的全过程，即从handler.sendMessage(message)到handleMessage(Message msg)的全过程。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调用到sendMessageAtTime()方法中，方法的源码如下：

 1 public boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis) {
 2         MessageQueue queue = mQueue;
 3         if (queue == null) {
 4             RuntimeException e = new RuntimeException(
 5                     this + " sendMessageAtTime() called with no mQueue");
 6             Log.w("Looper", e.getMessage(), e);
 7             return false;
 8         }
 9         return enqueueMessage(queue, msg, uptimeMillis);
10     }
11     //这个enqueueMessage是Handler中的方法，仅仅是一个封装而已
12     private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
13         msg.target = this;//方便出队列的时候找到自己的Handler
14         if (mAsynchronous) {
15             msg.setAsynchronous(true);
16         }
17         return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
18     }

sendMessageAtTime()方法接收两个参数，其中msg参数就是我们发送的Message对象，而uptimeMillis参数则表示发送消息的时间，它的值等于自系统开机到当前时间的毫秒数再加上延迟(Delay)时间，如果你调用的不是sendMessageDelayed()方法，延迟时间就为0，然后将这两个参数都传递到MessageQueue的enqueueMessage()方法中。MessageQueue就是我们说的消息队列啦，由于MessageQueue是在Looper中创建，所以一个线程中只有一个MessageQueue。

OK,现在我们的消息已经要如队列了，我们看看这个MessageQueue中的enqueueMessage()方法实现。

 1 boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
 2         if (msg.isInUse()) {//msg.when != 0
 3             throw new AndroidRuntimeException(msg + " This message is already in use.");
 4         }
 5         if (msg.target == null) {
 6             throw new AndroidRuntimeException("Message must have a target.");
 7         }
 8 
 9         synchronized (this) {
10             if (mQuitting) {
11                 RuntimeException e = new RuntimeException(
12                         msg.target + " sending message to a Handler on a dead thread");
13                 Log.w("MessageQueue", e.getMessage(), e);
14                 return false;
15             }
16 
17             msg.when = when;
18             Message p = mMessages;
19             boolean needWake;
20             if (p == null || when == 0 || when < p.when) {
21                 // New head, wake up the event queue if blocked.
22                 msg.next = p;
23                 mMessages = msg;
24                 needWake = mBlocked;
25             } else {
26                 needWake = mBlocked && p.target == null && msg.isAsynchronous();
27                 Message prev;
28                 for (;;) {
29                     prev = p;
30                     p = p.next;
31                     if (p == null || when < p.when) {
32                         break;
33                     }
34                     if (needWake && p.isAsynchronous()) {
35                         needWake = false;
36                     }
37                 }
38                 msg.next = p; // invariant: p == prev.next
39                 prev.next = msg;
40             }
41 
42             // We can assume mPtr != 0 because mQuitting is false.
43             if (needWake) {
44                 nativeWake(mPtr);//本地方法，MessageQueue本质是由JNI层实现
45             }
46         }
47         return true;
48     }

MessageQueue只使用了一个mMessages对象表示当前待处理的消息。分析以上代码可知：我们的msg入队的时候，如果当前MessageQueue中的mMessages对象不为空，说明有某个message正在入队，此时在for循环中等待，一直等到mMessages(也就是p)为空，此时将我们的msg插入队列中。其实所谓的入队就是将所有的消息按时间来进行排序，这个时间当然就是我们刚才介绍的uptimeMillis参数。

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，这时会把mMessages赋值为新入队的这条消息，然后将这条消息的next指定为刚才的mMessages，这样也就完成了添加消息到队列头部的操作。

我们的msg消息已经入队了，那出对怎么出？（参见一开始的那幅图）这个秘密就在Looper.loop()中。

 1 public static void loop() {
 2         final Looper me = myLooper();//从ThreadLocal中获取Looper
 3         if (me == null) {
 4             throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
 5         }
 6         final MessageQueue queue = me.mQueue;//获取消息队列
 7         Binder.clearCallingIdentity();
 8         final long ident = Binder.clearCallingIdentity();
 9         //重点就在这个for循环
10         for (;;) {
11             //我们的msg消息取出来了
12             //当前MessageQueue中存在mMessages(即待处理消息)，
13             //就将这个消息出队，然后让下一条消息成为mMessages，
14             //否则就进入一个阻塞状态，一直等到有新的消息入队
15             Message msg = queue.next(); // might block
16             if (msg == null) {
17                 // 取出的消息为null，说明消息队列已退出(异常或其他)
18                 //结束for循环 loop也退出
19                 return;
20             }
21 
22             // This must be in a local variable, in case a UI event sets the logger
23             Printer logging = me.mLogging;
24             if (logging != null) {
25                 logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " +
26                         msg.callback + ": " + msg.what);
27             }
28             //分发消息到指定的Handler,msg.target其实就是Handler
29             //sendMessageAtTime中指定msg.target
30             msg.target.dispatchMessage(msg);
31 
32             if (logging != null) {
33                 logging.println("<<<<< Finished to " + msg.target + " " + msg.callback);
34             }
35 
36             final long newIdent = Binder.clearCallingIdentity();
37             if (ident != newIdent) {
38                 Log.wtf(TAG, "Thread identity changed from 0x"
39                         + Long.toHexString(ident) + " to 0x"
40                         + Long.toHexString(newIdent) + " while dispatching to "
41                         + msg.target.getClass().getName() + " "
42                         + msg.callback + " what=" + msg.what);
43             }
44 
45             msg.recycle();
46         }
47     }
48     /*如果mCallback不为空，则调用mCallback的handleMessage()
49     *方法，否则直接调用Handler的handleMessage()方法，并将消息对象作为
50     *参数传递过去。这样我相信大家就都明白了为什么handleMessage()
51     *方法中可以获取到之前发送的消息了吧！
52     */
53     public void dispatchMessage(Message msg) {
54         if (msg.callback != null) {//callback，下面会解释
55             handleCallback(msg);
56         } else {
57             if (mCallback != null) {
58                 if (mCallback.handleMessage(msg)) {
59                     return;
60                 }
61             }
62             handleMessage(msg);
63         }
64     }

因此，一个最标准的异步消息处理线程的写法应分为四步：

 1 class LooperThread extends Thread {
 2       public Handler mHandler;//1.定义Handler
 3       public void run() {
 4           Looper.prepare();//2.初始化Looper
 5 
 6           mHandler = new Handler() {//3.定义处理消息的方法
 7               public void handleMessage(Message msg) {
 8                   // process incoming messages here
 9               }
10           };
11 
12           Looper.loop();//4.启动消息循环
13       }
14   }

总结一下：由于Handler总是依附于创建时所在的线程，比如我们的Handler是在主线程中创建的，而在子线程中又无法直接对UI进行操作，于是我们就通过一系列的发送消息、入队、出队等环节，最后调用到了Handler的handleMessage()方法中，这时的handleMessage()方法已经是在主线程中运行的，因而我们当然可以在这里进行UI操作了（对应上面的图应该理解的更清晰）。

还有一个问题，上上面代码中的callback是什么？

原来在View.post(Runnable r)中使用到的，View.post会调用attachInfo.mHandler.post(action),我们来看一下Handler中的post：

1 public final boolean post(Runnable r)
2     {
3        return  sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);
4     }
5     private static Message getPostMessage(Runnable r) {
6         Message m = Message.obtain();
7         m.callback = r;//原来这个callback就是我们定义的Runnable任务呀！
8         return m;
9     }

在Handler的dispatchMessage()方法中要做一个检查，如果Message的callback等于null才会去调用handleMessage()方法，否则就调用handleCallback()方法。原来直接调用了Runnable对象的run方法。

1 private static void handleCallback(Message message) {
2         message.callback.run();
3     }

通过分析部分源码，不管是使用什么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，再一次感叹异步消息处理机制的精妙！