代码分析Android消息机制

我们知道在编程时许多操作（如更新UI）需要在主线程中完成，而且，耗时操作（如网络连接）需要放在子线程中，否则会引起ANR。所以我们常使用Handler来实现线程间的消息传递，这里讨论的也就是Handler的运行机制。

Handler的运行主要由两个类来支撑：Looper与MessageQueue。熟悉开发的朋友都知道在子线程中默认是无法创建Handler的，这是因为子线程中不存在消息队列。当需要创建一个与子线程绑定的Handler时，标准代码如下：

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();
   }
}

在创建Handler前，需要先调用Looper.prepare()方法，之后再调用Looper.loop()方法。也就是说Handler的功能实现建立在Looper之上。

static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();
final MessageQueue mQueue;
final Thread mThread;

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));
}

private Looper(boolean quitAllowed) {
  mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
  mThread = Thread.currentThread();
}

由于Looper的消息循环是一个死循环，一个线程最多只能有一个Looper，所以Looper.prepare()函数首先检查该线程是否已经拥有一个Looper，如果有则抛出异常。Looper通过ThreadLocal类为每个线程储存独立的Looper实例，简单说一下ThreadLocal的实现原理：

Java并发编程：深入剖析ThreadLocal

首先，在每个线程Thread内部有一个ThreadLocal.ThreadLocalMap类型的成员变量threadLocals，这个threadLocals就是用来存储实际的变量副本的，键值为当前ThreadLocal变量，value为变量副本。

初始时，在Thread里面，threadLocals为空，当通过ThreadLocal变量调用get()方法或者set()方法，就会对Thread类中的threadLocals进行初始化，并且以当前ThreadLocal变量为键值，以ThreadLocal要保存的副本变量为value，存到threadLocals。

然后在当前线程里面，如果要使用副本变量，就可以通过get方法在threadLocals里面查找。

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;
  for (;;) {
    Message msg = queue.next(); // might block
    if (msg == null) {
      // No message indicates that the message queue is quitting.
      return;
    }
    msg.target.dispatchMessage(msg);
    msg.recycleUnchecked();
  }
}

在4行可以看到一个我们熟悉的异常信息，说明并没有Looper与当前线程相关联，也就无法进行消息传递。Looper.loop()方法本身是一个死循环，不断在MessageQueue中取出Message对象进行处理，然后调用Message.recycleUnchecked()方法对其回收，这也是为什么官方推荐使用Message.obtain()方法来获取Message实例，而不是直接新建对象。当没有消息可处理时，MessageQueue.next()方法将阻塞，直到新的消息到来。

对于MessageQueue，我们只需要关注两个函数即可，一个是MessageQueue.enqueueMessage()另一个是MessageQueue.next()，它们分别对应着队列的插入与取出操作。MessageQueue中队列是使用单链表实现的，由Message.next属性指向其下一个元素。

boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
  synchronized (this) {
    msg.markInUse();
    msg.when = when;
    Message p = mMessages;
    boolean needWake;
    if (p == null || when == 0 || when < p.when) {
      msg.next = p;
      mMessages = msg;
    } else {
      Message prev;
      for (;;) {
        prev = p;
        p = p.next;
        if (p == null || when < p.when) {
          break;
        }
      }
      msg.next = p; // invariant: p == prev.next
      prev.next = msg;
    }
  }
  return true;
}

向MessageQueue中插入元素时，需要根据Message.when属性的大小决定插入的位置，它代表了Meesage需要被处理的时间，拿Handler.sendMessage()函数为例。

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;
  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);
}

从调用流程来看，Handler.sendMessage()函数其实就是向MessageQueue的消息队列中插入了一个Message.when属性为当前时间的元素。

对于MessageQueue.next()函数，简单来说它的作用就是在MessageQueue的头部取出元素，然后执行Handler.dispatchMessage()函数。

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

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

如果我们使用Handler.post()函数发送一个Runnable对象，那么最终Runnable对象会在Handler.handleCallback()函数中执行。如果是一个普通Message，那么它会被分发到一个我们熟悉的函数中，Handler.handleMessage()，这就是为什么一般我们都需要重写这个函数对消息进行处理。