Android中的消息机制 _android

欠伸展肢体，吟咏心自愉。这篇文章主要讲述Android中的消息机制相关的知识，希望能为你提供帮助。
最近写博客的时间，都是在晚上图书馆学习回到宿舍后，大概是11点半开始写，写着写着就1点多了，这还是我积累的比较充分了的情况下的，然后自己要看一遍再睡觉。第二天早上还要审稿后再发表。下星期开始调整写作时间，早睡早起学习效率才高。
写一篇文章真的不容易，我会陆续写一个路线的博客，如事件分发机制，自定义View，View的绘制机制和加载过程，Activity的加载过程等等。
进入正题。执行耗时的操作，比如网络请求，IO操作等，需要在子线程中运行，不然会阻塞主线程。
而执行完网络请求等耗时操作后通常需要更新UI，如果在子线程中更新UI，那么程序会崩溃。因为android的UI是线程不安全的。
解决的方案是只需把更新UI的操作切换到主线程即可，这时就轮到Handler出场了，相信大家都对Handler的用法很熟悉了。当我们在子线程向服务端拉取数据后，主线程是不知道的，这时handler在子线程发送一个消息到主线程告诉主线程：我已经请求数据完毕，现在你要更新UI了。然后handlerMessage方法接收到消息即可处理数据更新UI。
这一切都是那么的自然。
Android中的消息机制，由四个角色承担。分别是Handler，Looper（消息循环），MessageQueue（消息队列），Thread。
看到下图这四个角色的关联，先有一个大概的认识

文章图片

那接下来就从源码（Api-23）的角度一起来学习消息机制吧
先从handler对象的创建开始，接着再分析handler怎么发送消息。
我们通常在主线程中创建handler，看看他的构造方法。

public Handler() { this(null, false); }

可以看到这个无参数的构造方法，内部使用this关键字调用含有两个参数的构造方法。那就找到两个参数的构造方法，源码如下：

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; }

可以看到Looper调用myLooper方法获取到Looper对象，如果mLooper == null的话，会抛出

Can‘t create handler inside thread that has not called Looper.prepare()

的异常。大概的意思就是无法在没有调用Looper.prepare()的线程中创建handler。
我在刚开始学习Handler的时候经常会遇到这个错误。不急，等下在分析到底为什么，现在我们只需要知道如果Looper.myLooper()没有获取到Looper对象的话就会报这个错。
到了这里，Handler和Looper就建立起了关联。接着往下看完最后几行代码

mQueue = mLooper.mQueue;

从Looper对象中取出MessageQueue对象并赋值。MessageQueue就是消息队列，那么他里面存储着很多消息吗？
到了这一步，Handler通过Looper与MessageQueue也建立起了关联。
我们跟踪Looper的myLooper方法进去，解决为什么会抛出Can’t create handler inside thread that has not called Looper.prepare()异常。
myLooper方法源码如下：

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

只有一行代码，从线程中取出Looper对象，那么我们有理由相信，这个ThreadLocal是通过set方法把Looper对象设置进去的。
想一想ThreadLocal在哪里把Looper对象设置进去了呢。回到刚才想要解决的问题：Can’t create handler inside thread that has not called Looper.prepare()。那会不会是Looper的prepare方法呢？

public static void prepare() { prepare(true); }

prepare方法调用了它的一个参数的重载，那么我们就看看那个重载的方法

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)); }

找到了线索，ThreadLocal确实是在Looper的prepare方法里把Looper对象设置进去的，而且从第一行的判断可以知道，一个线程只有一个Looper对象。
到了这里，Looper与ThreadLocal建立起了关联。可以看下Looper的构造方法

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

创建了一个MessageQueue对象。
好，结合我们的分析可以知道，如果Looper没有调用prepare方法，ThreadLocal的get方法就会返回空，那么Looper.myLooper()也会返回空，所以就抛出了Can‘t create handler inside thread that has not called Looper.prepare()的异常。
那么问题又来了，我们写程序时好像没有手动调用Looper.prepare()吧，也不会抛出异常。前面提到，我们通常都是在主线程，也就是UI线程中创建handler的。而在主线程中，系统已经为我们创建了一个Looper对象，所以不会抛出异常了。。。而那些会抛出异常报错的情况，是在子线程中创建的handler，但是又没有调用Looper.prepare()去创建Looper对象。
继续前进。那就来看看，主线程在什么时候创建了Looper对象吧。
在ActivityThread的main方法，这个方法是应用程序的入口。
main方法的源码如下：

public static void main(String[] args) {//代码省略Looper.prepareMainLooper(); ActivityThread thread = new ActivityThread(); thread.attach(false); if (sMainThreadHandler == null) { sMainThreadHandler = thread.getHandler(); }if (false) { Looper.myLooper().setMessageLogging(new LogPrinter(Log.DEBUG, "ActivityThread")); }// End of event ActivityThreadMain. Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER); Looper.loop(); throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited"); }

找到了Looper.prepareMainLooper()，这和Looper.prepare()太像了吧，跟进去看看

public static void prepareMainLooper() { prepare(false); synchronized (Looper.class) { if (sMainLooper != null) { throw new IllegalStateException("The main Looper has already been prepared."); } sMainLooper = myLooper(); } }

又兜了回来，还是调用了prepare方法的。所以主线程是已经创建了一个Looper对象的。
Handler的创建过程分析完毕，现在总算搞明白了。
那先总结一下，Handler的创建是依赖于Looper的。而主线程是默认创建了一个Looper对象的。每一个Looper会关联一个线程（ThreadLocal中封装了Looper)。每一个Looper中又会封装一个消息队列。
这样一来，handler，Looper，MessageQueue，Thread四个角色就关联了起来，你中有我，我中有你。
handler在主线程中创建，是因为要和主线程的消息队列关联起来，那样handler的handleMessage方法才会在主线程中执行，那么这样在更新UI就是线程安全的了。
接着继续吧，还很多问题没有解决
相信你更想了解Handler是怎么发送消息的。通常我们是创建一个Message对象，并将一些从服务端拉取的数据，标记，参数等赋值到Message的一些字段what，arg1，obj等，handler调用sendMessage方法发送，就能将这个数据发送到主线程，然后在handlerMessage方法处理更新UI即可。
那我们就从handler的sendMessage方法开始寻找信息

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

sendMessage会调用sendMessageDelayed方法并将message对象传进去，第二个参数是延时时间，使用sendMessage方法时默认为0的。
那么来到sendMessageDelayed方法

public final boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis) { if (delayMillis < 0) { delayMillis = 0; } return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis); }

兜兜转转，最终会调用sendMessageAtTime方法，并将message对象传进。
继续跟进sendMessageAtTime方法，

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); }

上面分析了，在创建Looper对象的时候，会创建一个MessageQueue，所以只要Looper是正常创建的话，消息队列是不为空的。
那么到最后一行的enqueueMessage方法，源码如下：

private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) { msg.target = this; if (mAsynchronous) { msg.setAsynchronous(true); } return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis); }

可以看到最后一行调用了MessageQueue的enqueueMessage方法。
注意：上面贴出的enqueueMessage是Handler的方法，不是MessageQueue的，只是做了一层包装而已，真正的入队消息队列的操作当然是在MessageQueue中。而且从第一行的msg.target = this中可以知道，msg的target字段，其实就是handler。
MessageQueue的enqueueMessage方法源码如下：

boolean enqueueMessage(Message msg, long when) { if (msg.target == null) { throw new IllegalArgumentException("Message must have a target."); } if (msg.isInUse()) { throw new IllegalStateException(msg + " This message is already in use."); }synchronized (this) { if (mQuitting) { IllegalStateException e = new IllegalStateException( msg.target + " sending message to a Handler on a dead thread"); Log.w(TAG, e.getMessage(), e); msg.recycle(); return false; }msg.markInUse(); msg.when = when; Message p = mMessages; boolean needWake; if (p == null || when == 0 || when < p.when) { // New head, wake up the event queue if blocked. msg.next = p; mMessages = msg; needWake = mBlocked; } else { // Inserted within the middle of the queue.Usually we don‘t have to wake // up the event queue unless there is a barrier at the head of the queue // and the message is the earliest asynchronous message in the queue. needWake = mBlocked & & p.target == null & & msg.isAsynchronous(); Message prev; for (; ; ) { prev = p; p = p.next; if (p == null || when < p.when) { break; } if (needWake & & p.isAsynchronous()) { needWake = false; } } msg.next = p; // invariant: p == prev.next prev.next = msg; }// We can assume mPtr != 0 because mQuitting is false. if (needWake) { nativeWake(mPtr); } } return true; }

Messagequeue中有一个对象mMessage用于指向当前传进的msg，即最新的消息。而刚才的sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis)方法，第二个参数指定了时间，然后在这里按照这个uptimeMillis来进行消息的排序，而我分析的结果msg.next是指向下一个消息，这样每一个消息都是按照时间的排序关联了起来，排在前面的消息指向了排在后面的消息。
以上是进入消息队列的分析，handler调用sendMessage方法的最终将message对象传进messagequeue。
完毕，那么消息是怎么从消息队列出来的呢？
这时我们要回看ActiviryThread的main方法，去寻找点线索。源码在上面已贴出。
发现了倒数第二行的Looper.loop()，简单理解就是消息循环执行循环操作。
这里一定能满足我们的好奇心。那么跟进。loop方法的源码如下：

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.recycleUnchecked(); } }

抓重点看就好。首先是调用myLooper方法获取到Looper对象，这里是没问题的，那就继续

MessageQueue queue = me.mQueue

然后从Looper对象中取出关联的消息队列，
接着进入了一个死循环，调用messagequeue的next方法取出message对象。这个next方法我没看懂，所以不贴源码出来分析了，反正next方法的作用就是取出message对象的。有兴趣的同学自己去研究研究吧。
到这里可以总结一下：通过Looper.prepare()来创建Looper（消息循环）对象，然后通过Looper.loop()来执行消息循环，Looper.prepare()和Looper.loop()通常是成对出现的。
好，回来继续
经过一系列的判断后会来到这里，很重点

msg.target.dispatchMessage(msg);

上面已经分析，msg.target就是handler，那么这行代码的意义就是调用handler的dispatchMessgage的方法去分发消息，
那么看到dispatchMessage的方法源码，相信谜底就要揭开了

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

从上述的代码跟踪中，都没有发现给message的callback字段赋值，那么我们就先不搭理，默认callback为空，那么就一定会来到handleMessage方法。
message对象传递到了handleMessage方法。

/** * Subclasses must implement this to receive messages. */ public void handleMessage(Message msg) { }

handleMessage是一个空方法，需要我们去重写。
至此，海阔天空。完美的从子线程切换到主线程，我不得不说Android的源码设计是多么精彩。
以上就是handler使用sendMessage方法发送消息的源码分析。
为什么我会这么说呢？因为handler还有一种方法可以发送消息，是post方法，理解这个方法。可以解决刚才没搭理的那个message的callback字段的问题。看到post方法源码

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

接收一个实现了Runable接口的对象，然后将其传进getPostMessage()方法。跟进getPostMessage()方法看看

private static Message getPostMessage(Runnable r) { Message m = Message.obtain(); m.callback = r; return m; }

其实就是将Runable包装成message的callback嘛。
所以，如果我们使用post方法发送消息，callback字段是不为空的，那么就会执行handleCallback()方法，而不是执行handleMessage方法了。
handleCallback方法源码如下：

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

直接是调用run方法，表明我们直接在run方法里进行UI操作就行了。
我们发现不管是使用post方法还是sendMessage方法来发送消息，最终都会调用sendMessageDelayed方法。handler将消息追加到消息队列中的过程都是一样的，然后Looper不断的从MessageQueue中取出消息，并由handler去分发消息，处理消息，这样就构成了完善的Android消息机制体系。
【Android中的消息机制】呼，终于结束了，搞定了Android的消息机制，才能更深刻的理解Android中的多线程。以后的时间里一起打怪升级。