【艺术探索笔记】第 10 章 Android 的消息机制 android开发艺术探索笔记

第 10 章 Android 的消息机制 Android 的消息机制主要是指 Handler 的运行机制。
Handler 的运行需要底层的 MessageQueue 和 Looper 的支撑。
MessageQueue 是消息队列，内部存储了一组消息，以队列的形式对外提供添加删除；存储消息使用的是单链表的结构。
Lopper 是消息循环。MessageQueue 只是消息存储，不能处理消息，Looper 就填充了这个功能。它以无限循环方式去查是否有新消息，有就处理，没有就阻塞。
ThreadLocal 可以在不同的线程中互不干扰的存储数据，通过 ThreadLocal 可以轻松获取每个线程的 Looper
【【艺术探索笔记】第 10 章 Android 的消息机制】线程默认是没有 Looper 的，如果要使用 Handler 必须先创建 Looper。主线程（ActivityThread）被创建时就会默认初始化 Looper，这也是在主线程中默认可以使用 Handler 的原因。
10.1 Android 的消息机制概述 Handler 的主要作用是将一个任务切换到某个指定的线程中去执行。
Android 中为什么需要这个功能？因为 Android 规定访问 UI 必须在主线程中进行，如果在子线程中访问 UI 会抛出异常，因为 ViewRootImpl 对 UI 操作进行了验证：

文章图片

系统提供 Handler 主要是为了解决子线程中我发访问 ui 的矛盾。

为什么不允许在子线程访问 ui？
Android 的 ui 控件不是线程安全的，在多线程中并发的访问可能导致 ui 控件处于不可预期状态。
为什么系统不对 ui 控件的访问加上锁机制？
1. 会使 ui 访问逻辑变得复杂
2. 锁机制降低 ui 访问效率，因为锁机制会阻塞某些线程的执行

Handler 创建时会采用当前线程的 Looper 来构建内部消息循环系统，如果当前线程没有 Looper，就会报错。
Handler 创建完成后，内部的 Looper 和 MessageQueue 就可以和 Handler 一起协同工作了，Handler 通过 post 方法将一个 Runnable 投递到 Handler 内部的 Looper 中去处理，也可以通过 Handler 的 send 方法发送一个消息，消息同样会在 Looper 中去处理。post 方法最终也是通过 send 方法来完成的
send 方法的工作过程：

当 Handler 的 send 方法被调用时，它会调用 MessageQueue 的 enqueueMessage 方法将这个消息放入消息队列，然后 Looper 发现有新消息到来时，就会处理这个消息，最终消息中的 Runnable 或者 Handler 中的 handleMessage 方法就会被调用。注意 Looper 是运行在创建 Handler 所在的线程中的，这样一来 Handler 中的业务逻辑就被切换到创建 Handler 所在的线程中去执行了。

10.2 Android 的消息机制分析 10.2.1 ThreadLocal 的工作原理
ThreadLocal 是一个线程内部的数据存储类，通过它可以在指定的线程中存储数据，数据存储以后，只有在存储数据的线程中可以获取到存储的数据，对于其他线程来说则无法获取到数据。
Looper、ActivityThread、AMS 中都用到了 ThreadLocal。
以 Handler 为例，它需要当前线程的 Looper，很显然 Looper 的作用域是线程并且不同的线程有不同的 Looper，这时候通过 ThreadLocal 就可以轻松实现 Looper 在线程中的存取。
如果不采用 ThreadLocal，那系统就必须提供一个全局的哈希表供 Handler 查找指定线程的 Looper，这样一来就必须提供一个类似 LooperManager 的类，系统并没有这么做而是选择了 ThreadLocal。
ThreadLocal 的另一个使用场景是复杂逻辑下的对象传递，比如监听器的传递，当一个线程中的任务比较复杂时，比如入口多样、调用栈比较深。此时监听器要贯穿整个线程的执行过程，用 ThreadLocal 可以让监听器作为线程内的全局对象而存在，线程内部只需要通过 get 方法就可以获取到监听器。
ThreadLocal 之所以有这种效果，是因为不同线程访问它的 get 方法时，ThreadLocal 内部会从各自的线程中取出一个数组，然后再从数组中根据当前 ThreadLocal 的索引去查找对应的 value 值。
ThreadLocal 的内部实现：
它是一个泛型类，定义为 public class ThreadLocal ，只要弄清楚它的 get 和 set 方法就可以知道它的工作原理。

ThreadLocal#set() api-27

文章图片

首先通过 getMap 方法获取当前线程中的 ThreadLocal 数据 ThreadLocalMap。Thread 类的内部有一个成员变量专门存储线程的 ThreadLocal 数据：ThreadLocal.ThreadLocalMap ，因此获取当前线程的 ThreadLocal 数据就异常简单了。
如果 map 的值为 null，就需要调用 createMap 方法用当前需要设置的值去为当前线程创建 ThreadLocalMap 对象；如果不为 null，就直接将当前值进行存储。
ThreadLocal.ThreadLocalMap#set() api-27

文章图片
ThreadLocal#get() api-27

文章图片

首先获取当前线程的 ThreadLocalMap 对象，如果不为 null 并且 ThreadLocal 存储的数据也不为 null，就返回存储的对象；否则调用 setInitialValue 初始化当前线程的 ThreadLocalMap 对象并初始化 ThreadLocalMap 对象里边的 value，返回初始的 value 值（null）。

从 ThreadLocal 的 set 和 get 方法可以看出，他们所操作的对象都是当前线程的 threadLocals 对象的 table 数组，因此在不同线程中访问同一个 ThreadLocal 的 set 和 get 方法，它们对 ThreadLocal 所做的读/写操作仅限于各自线程的内部，这就是为什么 ThreadLocal 可以在多个线程中互不干扰的存储和修改数据
10.2.2 消息队列的工作原理
MessageQueue 主要包含两个操作：插入和读取。
读取操作本身会伴随着删除操作，插入和读取对应的方法分别为 enqueueMessage 和 next，enqueueMessage 的作用是往消息队列中插入一条消息，next 的作用是从消息队列中取出一条消息并将消息从消息队列移除。
内部实现是用单链表的数据结构来维护消息列表，单链表在插入删除上比较有优势。

MessageQueue#enqueueMessage() api-27

文章图片
MessageQueue#next() api-27

文章图片

next 方法是一个无限循环方法，如果消息队列没有消息，它会阻塞在这里，有消息时，next 方法返回这条消息并将其从单链表移除

10.2.3 Looper 的工作原理
Looper 扮演者消息循环的角色。它会不停的从 MessageQueue 中查看是否有新消息，有的话就立刻处理，否则就阻塞在那里。

Looper 构造方法 api-27

文章图片

创建一个 MEssageQueue；把当前线程的对象保存起来。

在主线程以外的线程中创建 Handler，需要手动创建 Looper。调用 Looper.prepare() 为当前线程创建 Looper，调用 Looper.loop() 开启消息循环
Looper 除了 prepare 方法外，还提供了 prepareMainLooper 方法，这个方法主要给主线程 ActivityThread 创建 Looper 使用，本质也是调用了 prepare 方法来实现的。主线程比较特殊，Looper 还提供 getMainLooper 方法，可以在任何地方获取到主线程 Looper。
Looper 也是可以退出的，通过 quit 和 quitSafely 来推出一个 Looper。二者区别：quit 会直接退出；quitSafely 只是设定一个退出标记，然后把消息队列里边的消息处理完毕后才安全的退出。
Looper 退出后，通过 Handler 发送消息会失败，send 方法会返回 false。
在子线程中如果手动创建了 Looper，在所有事情处理完后也应该主动调用 quit 来种植消息循环，否则这个线程会一直处于等待状态，退出 Looper 后，这个线程会立刻中止，因此建议不需要的时候终止 Looper。

Looper#loop() api-27

文章图片

loop 方法是一个死循环，唯一跳出循环的方式是 MessageQueue 的 next 方法返回了 null。当 Looper#quit() 调用时， Looper 就会调用 MessageQeue 的 quit 或 quitSafely 方法通知消息队列退出，当消息队列退出状态时，它的 next 方法就会返回 null。也就是说 Looper 必须退出，否则它会无限循环下去。
loop 内部调用 MessageQueue 的 next 方法获取新消息，next 方法是一个阻塞操作，当没有消息时，也会导致 Looper 一直阻塞；当 MessageQueue 的 next 返回了新消息，Looper 就会处理这条消息：msg.target.dispatchMessage(msg) ，这里的 msg.target 就是发送这条消息的 Handler 对象，这样 Handler 发送的消息最终由交给了它的 dispatchMessage 方法来处理了。
Handler 的 dispatchMessage 方法是在创建 Handler 时所使用的 Looper 中执行的，这样就成功将代码逻辑切换到指定线程中去执行了。

10.2.4 Handler 的工作原理
Handler 的工作主要包含消息的发送和接收过程。
消息的发送通过一系列的 send 和 post 方法来实现，post 的一系列方法最终都是通过 send 方法来实现的

消息发送 api-27

文章图片

发送过程只是向消息队列中插入了一条消息，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 交给 Handler 处理，Handler 的 dispatchMessage() 方法会被调用。
Handler#dispatchMessage() api-27

文章图片
Handler 消息处理流程图

文章图片

Handler 的构造方法：

文章图片

10.3 主线程的消息循环 Android 的主线程就是 ActivityThread，主线程的入口方法为 main，main 方法中会通过 Looper 的 prepareMainLooper() 来创建主线程的 Looper 以及 MessageQueue，并通过 Looper.loop() 方法来开启主线程的消息循环。

ActivityThread#main() api-27

文章图片

主线程消息循环开始以后，ActivityThread 还需要一个 Handler 和消息队列进行交互，这个 Handler 就是 ActivityThread.H，它内部定义了一组消息类型，包括四大组件的启动和停止等：

private class H extends Handler { public static final int LAUNCH_ACTIVITY= 100; public static final int PAUSE_ACTIVITY= 101; public static final int PAUSE_ACTIVITY_FINISHING= 102; public static final int STOP_ACTIVITY_SHOW= 103; public static final int STOP_ACTIVITY_HIDE= 104; public static final int SHOW_WINDOW= 105; public static final int HIDE_WINDOW= 106; public static final int RESUME_ACTIVITY= 107; public static final int SEND_RESULT= 108; public static final int DESTROY_ACTIVITY= 109; public static final int BIND_APPLICATION= 110; public static final int EXIT_APPLICATION= 111; public static final int NEW_INTENT= 112; public static final int RECEIVER= 113; public static final int CREATE_SERVICE= 114; public static final int SERVICE_ARGS= 115; public static final int STOP_SERVICE= 116; ... }

ActivityThread 通过 ApplicationThread 和 AMS 进行进程间通信，AMS 以进程间通信的方式完成 ActivityThread 的请求后调用 ApplicationThread 中的 Binder 方法，然后 ApplicationThread 会向 H 发送消息，H 姐收到消息后会将 ApplicationThread 中的逻辑切换到 ActivityThread 中去执行，即切换到主线程中去执行，这个过程就是主线程的消息循环模型。