Android 消息机制详解及实例代码

Android 消息机制

1.概述

Android应用启动时，会默认有一个主线程（UI线程），在这个线程中会关联一个消息队列（MessageQueue），所有的操作都会被封装成消息队列然后交给主线程处理。为了保证主线程不会退出，会将消息队列的操作放在一个死循环中，程序就相当于一直执行死循环，每循环一次，从其内部的消息队列中取出一个消息，然后回调相应的消息处理函数（handlerMessage），执行完成一个消息后则继续循环，若消息队列为空，线程则会阻塞等待。因此不会退出。如下图所示：

Handler 、 Looper 、Message有啥关系？

在子线程中完成耗时操作，很多情况下需要更新UI，最常用的就是通过Handler将一个消息Post到UI线程中，然后再在Handler的handlerMessage方法中进行处理。而每个Handler都会关联一个消息队列（MessageQueue），Looper负责的就是创建一个MessageQueue，而每个Looper又会关联一个线程（Looper通过ThreadLocal封装）。默认情况下，MessageQueue只有一个，即主线程的消息队列。

上面就是Android消息机制的基本原理，如果想了解更详细，我们从源码开始看。

2.源码解读

（1）ActivityThread主线程中启动启动消息循环Looper

public final class ActivityThread {
  public static void main(String[] args) {
    //代码省略
    //1.创建消息循环的Looper
    Looper.prepareMainLooper();

    ActivityThread thread = new ActivityThread();
    thread.attach(false);
    if (sMainThreadHandler == null) {
      sMainThreadHandler = thread.getHandler();
    }
    AsyncTask.init();

    //2.执行消息循环
    Looper.loop();
    throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
  }
}

ActivityThread通过Looper.prepareMainLooper()创建主线程的消息队列，最后执行Looper.loop()来启动消息队列。Handler关联消息队列和线程。

（2）Handler关联消息队列和线程

public Handler(Callback callback, boolean async) {
    //代码省略
    //获取Looper
    mLooper = Looper.myLooper();
    if (mLooper == null) {
      throw new RuntimeException(
        "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");
    }
    //获取消息队列
    mQueue = mLooper.mQueue;
  }

Handler会在内部通过Looper.getLooper()方法来获取Looper对象，并且与之关联，并获取消息队列。那么Looper.getLooper()如何工作的呢？

  public static @Nullable Looper myLooper() {
    return sThreadLocal.get();
  }

  public static @NonNull MessageQueue myQueue() {
    return myLooper().mQueue;
  }
  public static void prepare() {
    prepare(true);
  }
  //为当前线程设置一个Looper
  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));
  }
  //设置UI线程的Looper
  public static void prepareMainLooper() {
    prepare(false);
    synchronized (Looper.class) {
      if (sMainLooper != null) {
        throw new IllegalStateException("The main Looper has already been prepared.");
      }
      sMainLooper = myLooper();
    }
  }

在Looper类中，myLooper()方法，通过sThreadLocal.get()来获取的，在prepareMainLooper()中调用prepare()方法，在这个方法中创建了一个Looper对象，并将对象设置了sThreadLocal()。这样队列就和线程关联起来了。通过sThreadLocal.get()方法，保证不同的线程不能访问对方的消息队列。

为什么要更新UI的Handler必须在主线程中创建？

因为Handler要与主线程的消息队列关联上，这样handlerMessage才会执行在UI线程，此时UI线程才是安全的。

（3）消息循环，消息处理

消息循环的建立就是通过Looper.loop()方法。源代码如下：

/**
   * Run the message queue in this thread. Be sure to call
   * {@link #quit()} to end the loop.
   */
  public static void loop() {
    final Looper me = myLooper();
    if (me == null) {
      throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
    }
    //1.获取消息队列
    final MessageQueue queue = me.mQueue;
    //2.死循环，即消息循环
    for (;;) {
      //3.获取消息，可能阻塞
      Message msg = queue.next(); // might block
      if (msg == null) {
        // No message indicates that the message queue is quitting.
        return;
      }
      //4.处理消息
      msg.target.dispatchMessage(msg);
      //回收消息
      msg.recycleUnchecked();
    }
  }

从上述程序我们可以看出，loop()方法的实质上是建立一个死循环，然后通过从消息队列中逐个取出消息，最后处理消息。对于Looper：通过Looper.prepare()来创建Looper对象（消息队列封装在Looper对象中），并且保存在sThreadLocal中，然后通过通过Looper.loop()进行消息循环，这两步通常成对出现。

public final class Message implements Parcelable {
  //target处理
  Handler target;
  //Runnable类型的callback
  Runnable callback;
  //下一条消息，消息队列是链式存储的
  Message next;
}

从源码中可以看出，target是Handler类型。实际上就是转了一圈，通过Handler发送消息给消息队列，消息队列又将消息分发给Handler处理。在Handle类中：

//消息处理函数，子类覆写
public void handleMessage(Message msg) {
}

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

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

从上述程序可以看出，dispatchMessage只是一个分发的方法，如果Run nable类型的callback为空，则执行handleMessage来处理消息，该方法为空，我们会将更新UI的代码写在该函数中；如果callback不为空，则执行handleCallback来处理，该方法会调用callback的run方法。其实这是Handler分发的两种类型，比如post(Runnable callback)则callback就不为空，当我们使用Handler来sendMessage时通常不设置callback，因此，执行handlerMessage。

 public final boolean post(Runnable r)
  {
    return sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);
  }

  public String getMessageName(Message message) {
    if (message.callback != null) {
      return message.callback.getClass().getName();
    }
    return "0x" + Integer.toHexString(message.what);
  }

  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);
  }

从上述程序可以看到，在post(Runnable r)时，会将Runnable包装成Message对象，并且将Runnable对象设置给Message对象的callback，最后会将该对象插入消息队列。sendMessage也是类似实现：

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

不管是post一个Runnable还是Message，都会调用sendMessageDelayed(msg, time)方法。Handler最终将消息追加到MessageQueue中，而Looper不断地从MessageQueue中读取消息，并且调用Handler的dispatchMessage分发消息，这样消息就源源不断地被产生、添加到MessageQueue、被Handler处理，Android应用就运转起来了。

3.检验

new Thread(){
  Handler handler = null;
  public void run () {
    handler = new Handler();
  };
}.start();

上述代码有问题吗？

Looper对象是ThreadLocal的，即每个线程都用自己的Looper，这个Looper可以为空。但是，当在子线程中创建Handler对象时，如果Looper为空，那么会出现异常。

public Handler(Callback callback, boolean async) {
    //代码省略
    //获取Looper
    mLooper = Looper.myLooper();
    if (mLooper == null) {
      throw new RuntimeException(
        "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");
    }
    //获取消息队列
    mQueue = mLooper.mQueue;
  }

当mLooper为空时，抛出异常。这是因为Looper对象没有创建，因此，sThreadLocal.get()会返回null。Handler的基本原理就是要与MessageQueue建立关联，并且将消息投递给MessageQueue，如果没有MessageQueue，则Handler没有存在的必要，而MessageQueue又被封住在Looper中，因此创建Handler时，Looper一定不能为空。解决办法如下：

new Thread(){
  Handler handler = null;
  public void run () {
    //为当前线程创建Looper，并且绑定到ThreadLocal中
    Looper.prepare()
    handler = new Handler();
    //启动消息循环
    Looper.loop();
  };
}.start();

如果只创建Looper不启动消息循环，虽然不抛出异常，但是通过handler来post或者sendMessage()也不会有效。因为虽然消息会被追加到消息队列，但是并没有启动消息循环，也就不会从消息队列中获取消息并且执行了。

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