Android handler机制浅析

1、 概述

android系统提供的线程间通信方式，就是使用Handler，在同一个应用内部不同线程之间通信。下面介绍几个主要的概念，Handler 、 Looper 、MessageQueue、Message。
Handler：桥梁，在两个线程之间传递消息
Message：传递的消息体，内部有一个变量target存储发送消息的handler，等到消息处理的时候找到target存储的变量handler，发到内部重写的handlerMessage方法处理
MessageQueue：消息队列，用来存储handler发送的消息，
Looper：循环体，内部维护一个容器MessageQueue，需要遍历MessageQueue取出消息，进行处理。内部存在一个无限循环体，遍历取出消息。
Looper.prepare()：创建Looper对象，并存储在ThreadLocal中，后续取得时候也是从ThreadLocal中获取
Looper.loop():开启循环，循环从MessageQueue中取出消息

2、结构图

2.1 消息过程

从上面结构体中可以看出，存在两个线程，主线程和子线程，主线程内部存在一个Looper，内部维护消息队列MessageQueue，主线程内部可以定义几个handler全局变量，子线程持有handler，通过handler.sendMessage()发送消息到主线程的MessageQueue中，主线程的Looper无限循环，从消息队列中取消息，消息队列也有个无限循环取消息，如果有符合条件的消息，就返回给Looper进行处理；取到Message之后，通过Message.target找到对应的handler，通过内部重写的handleMessage方法处理消息。

2.2、handler发送消息机制

消息发送到队列中是按时间顺序排列，如果sendMessageDelayed()中when时间就是延迟后的时间，是会放在后面的。

2.3、handler取消息机制

消息也分为三类：
同步：发送的消息是同步的，会被障栅拦截
异步：发送异步消息，不会被障栅拦截
障栅(barrier)：message中target为空的消息，为了拦截同步消息

MessageQueue内部取消息也有个无限循环

每次都是从头开始取消息，如果是障栅就要继续遍历查找异步消息进行处理，如果不是在障栅就取第一个满足条件的消息进行处理。
取消息时候都是会判断message.when时间是否在当前时间之前，如果在就会进行处理，如果不是，就表示是需要延时处理的，这条消息就不会处理，继续等待。
障栅只有满足条件才能删除，比如延迟处理消息的时候。

3、源码解析

3.1 Looper

对于Looper主要是prepare()和loop()两个方法。
首先看prepare()方法

public static final void prepare() {  
       if (sThreadLocal.get() != null) {  
           throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");  
       }  
       sThreadLocal.set(new Looper(true));   }

sThreadLocal是一个ThreadLocal对象，可以在一个线程中存储变量，全局只有一个对象，因此才能每个线程维护一个Looper。可以看到，在第5行，将一个Looper的实例放入了ThreadLocal，并且2-4行判断了sThreadLocal是否为null，否则抛出异常。这也就说明了Looper.prepare()方法不能被调用两次，同时也保证了一个线程中只有一个Looper实例~相信有些哥们一定遇到这个错误。
下面看Looper的构造方法：

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

在构造方法中，创建了一个MessageQueue（消息队列）。
然后我们看loop()方法：

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.recycle();  
        }  
}  

第2行：

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

方法直接返回了sThreadLocal存储的Looper实例，如果me为null则抛出异常，也就是说looper方法必须在prepare方法之后运行。
第6行：拿到该looper实例中的mQueue（消息队列）
13到45行：就进入了我们所说的无限循环。
14行：取出一条消息，如果没有消息则阻塞。
27行：使用调用 msg.target.dispatchMessage(msg);把消息交给msg的target的dispatchMessage方法去处理。Msg的target是什么呢？其实就是handler对象，下面会进行分析。
44行：释放消息占据的资源。

Looper主要作用：
1、 与当前线程绑定，保证一个线程只会有一个Looper实例，同时一个Looper实例也只有一个MessageQueue。
2、 loop()方法，不断从MessageQueue中去取消息，交给消息的target属性的dispatchMessage去处理。
好了，我们的异步消息处理线程已经有了消息队列（MessageQueue），也有了在无限循环体中取出消息的哥们，现在缺的就是发送消息的对象了，于是乎：Handler登场了。

3.2、Handler

使用Handler之前，我们都是初始化一个实例，比如用于更新UI线程，我们会在声明的时候直接初始化，或者在onCreate中初始化Handler实例。所以我们首先看Handler的构造方法，看其如何与MessageQueue联系上的，它在子线程中发送的消息（一般发送消息都在非UI线程）怎么发送到MessageQueue中的。

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

14行：通过Looper.myLooper()获取了当前线程保存的Looper实例，然后在19行又获取了这个Looper实例中保存的MessageQueue（消息队列），这样就保证了handler的实例与我们Looper实例中MessageQueue关联上了。
然后看我们最常用的sendMessage方法
[java] view plain copy

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

[java] view plain copy

public final boolean sendEmptyMessageDelayed(int what, long delayMillis) {  
     Message msg = Message.obtain();  
     msg.what = what;  
     return sendMessageDelayed(msg, delayMillis);  
 }  

[java] view plain copy

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

[java] view plain copy

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);      }

辗转反则最后调用了sendMessageAtTime，在此方法内部有直接获取MessageQueue然后调用了enqueueMessage方法，我们再来看看此方法：
[java] view plain copy

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

enqueueMessage中首先为meg.target赋值为this，【如果大家还记得Looper的loop方法会取出每个msg然后交给msg,target.dispatchMessage(msg)去处理消息】，也就是把当前的handler作为msg的target属性。最终会调用queue的enqueueMessage的方法，也就是说handler发出的消息，最终会保存到消息队列中去。

现在已经很清楚了Looper会调用prepare()和loop()方法，在当前执行的线程中保存一个Looper实例，这个实例会保存一个MessageQueue对象，然后当前线程进入一个无限循环中去，不断从MessageQueue中读取Handler发来的消息。然后再回调创建这个消息的handler中的dispathMessage方法，下面我们赶快去看一看这个方法：
[java] view plain copy

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

可以看到，第10行，调用了handleMessage方法，下面我们去看这个方法：

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

可以看到这是一个空方法，为什么呢，因为消息的最终回调是由我们控制的，我们在创建handler的时候都是复写handleMessage方法，然后根据msg.what进行消息处理。
例如：

private Handler mHandler = new Handler()  
    {  
        public void handleMessage(android.os.Message msg)  
        {  
            switch (msg.what)  
            {  
            case value:  
                  
                break;  
  
            default:  
                break;  
            }  
        };  
    };  

到此，这个流程已经解释完毕，让我们首先总结一下
1、首先Looper.prepare()在本线程中保存一个Looper实例，然后该实例中保存一个MessageQueue对象；因为Looper.prepare()在一个线程中只能调用一次，所以MessageQueue在一个线程中只会存在一个。
2、Looper.loop()会让当前线程进入一个无限循环，不端从MessageQueue的实例中读取消息，然后回调msg.target.dispatchMessage(msg)方法。
3、Handler的构造方法，会首先得到当前线程中保存的Looper实例，进而与Looper实例中的MessageQueue想关联。
4、Handler的sendMessage方法，会给msg的target赋值为handler自身，然后加入MessageQueue中。
5、在构造Handler实例时，我们会重写handleMessage方法，也就是msg.target.dispatchMessage(msg)最终调用的方法。
好了，总结完成，大家可能还会问，那么在Activity中，我们并没有显示的调用Looper.prepare()和Looper.loop()方法，为啥Handler可以成功创建呢，这是因为在Activity的启动代码中，已经在当前UI线程调用了Looper.prepare()和Looper.loop()方法。

3.3、Handler post

今天有人问我，你说Handler的post方法创建的线程和UI线程有什么关系？
其实这个问题也是出现这篇博客的原因之一；这里需要说明，有时候为了方便，我们会直接写如下代码：

mHandler.post(new Runnable()  
        {  
            @Override  
            public void run()  
            {  
                Log.e("TAG", Thread.currentThread().getName());  
                mTxt.setText("yoxi");  
            }  
        });  

然后run方法中可以写更新UI的代码，其实这个Runnable并没有创建什么线程，而是发送了一条消息，下面看源码：

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

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

可以看到，在getPostMessage中，得到了一个Message对象，然后将我们创建的Runable对象作为callback属性，赋值给了此message.
注：产生一个Message对象，可以new ，也可以使用Message.obtain()方法；两者都可以，但是更建议使用obtain方法，因为Message内部维护了一个Message池用于Message的复用，避免使用new 重新分配内存。
[java] view plain copy

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);  
   } 

最终和handler.sendMessage一样，调用了sendMessageAtTime，然后调用了enqueueMessage方法，给msg.target赋值为handler，最终加入MessagQueue.
可以看到，这里msg的callback和target都有值，那么会执行哪个呢？
其实上面已经贴过代码，就是dispatchMessage方法：

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

第2行，如果不为null，则执行callback回调，也就是我们的Runnable对象。

4、后话

其实Handler不仅可以更新UI，你完全可以在一个子线程中去创建一个Handler，然后使用这个handler实例在任何其他线程中发送消息，最终处理消息的代码都会在你创建Handler实例的线程中运行。这个就是HandlerThread的实现原理。

new Thread()  
        {  
            private Handler handler;  
            public void run()  
            {  
  
                Looper.prepare();  
                  
                handler = new Handler()  
                {  
                    public void handleMessage(android.os.Message msg)  
                    {  
                        Log.e("TAG",Thread.currentThread().getName());  
                    };  
                };
            Looper.loop();                                                                                                                              }