深入理解Android消息处理系统——Looper、Handler、Thread

最新推荐文章于 2016-01-13 15:59:15 发布

花果山总钻风

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本文深入解析Android中的消息机制，包括Looper、Handler、MessageQueue的工作原理及其交互方式。介绍了如何利用Handler实现线程间的消息传递与UI更新，以及Looper在消息循环中的作用。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

http://blog.sina.com.cn/s/blog_5da93c8f0100y4ul.html

Android Looper和Handler

Message：消息，其中包含了消息ID，消息处理对象以及处理的数据等，由MessageQueue统一列队，终由Handler处理。

Handler：处理者，负责Message的发送及处理。使用Handler时，需要实现handleMessage(Message msg)方法来对特定的Message进行处理，例如更新UI等。

MessageQueue：消息队列，用来存放Handler发送过来的消息，并按照FIFO规则执行。当然，存放Message并非实际意义的保存，而是将Message以链表的方式串联起来的，等待Looper的抽取。

Looper：消息泵，不断地从MessageQueue中抽取Message执行。因此，一个MessageQueue需要一个Looper。

Thread：线程，负责调度整个消息循环，即消息循环的执行场所。

Android 系统的消息队列和消息循环都是针对具体线程的，一个线程可以存在（当然也可以不存在）一个消息队列和一个消息循环（Looper），特定线程的消息只能分发给本线程，不能进行跨线程，跨进程通讯。但是创建的工作线程默认是没有消息循环和消息队列的，如果想让该线程具有消息队列和消息循环，需要在线程中首先调用Looper.prepare()来创建消息队列，然后调用Looper.loop()进入消息循环。如下例所示：

class LooperThread extends Thread {
public Handler mHandler;

public void run() {
  Looper.prepare();//给线程创建一个消息循环
  mHandler = new Handler() {
    public void handleMessage(Message msg) {
     // process incoming messages here
    }
  };
  Looper.loop();//使消息循环起作用，从消息队列里取消息，处理消息
  }
}

注：写在Looper.loop()之后的代码不会被立即执行，当调用后 mHandler.getLooper().quit()后，loop才会中止，其后的代码才能得以运行。Looper对象通过MessageQueue 来存放消息和事件。一个线程只能有一个Looper，对应一个MessageQueue。

这样你的线程就具有了消息处理机制了，在Handler中进行消息处理。

Activity是一个UI线程，运行于主线程中，Android系统在启动的时候会为Activity创建一个消息队列和消息循环（Looper）。详细实现请参考ActivityThread.java文件。

Android应用程序进程在启动的时候，会在进程中加载ActivityThread类，并且执行这个类的main函数，应用程序的消息循环过程就是在这个main函数里面实现的

public final class ActivityThread {
......

public static final void main(String[] args) {
......

Looper.prepareMainLooper();

......

ActivityThread thread = new ActivityThread();
thread.attach(false);

......

Looper.loop();

......

thread.detach();

......
}
}

这个函数做了两件事情，一是在主线程中创建了一个ActivityThread实例，二是通过Looper类使主线程进入消息循环中，这里我们只关注后者。

首先看Looper.prepareMainLooper函数的实现，这是一个静态成员函数，定义在frameworks/base/core/java/android/os/Looper.java文件中：

  1 // Looper类分析
  2 // 没找到合适的分析代码的办法，只能这么来了。每个重要行的上面都会加上注释
  3 // 功能方面的代码会在代码前加上一段分析
  4 public class Looper {
  5 // static变量，判断是否打印调试信息。
  6 private static final boolean DEBUG = false;
  7 private static final boolean localLOGV = DEBUG ? Config.LOGD : Config.LOGV;
  8
  9 // sThreadLocal.get() will return null unless you've called prepare().
10 // 线程本地存储功能的封装，TLS，thread local storage,什么意思呢？因为存储要么在栈上，例如函数内定义的内部变量。要么在堆上，例如new或者malloc出来的东西。
11 // 但是现在的系统比如Linux和windows都提供了线程本地存储空间，也就是这个存储空间是和线程相关的，一个线程内有一个内部存储空间，这样的话我把线程相关的东西就存储到
12 // 这个线程的TLS中，就不用放在堆上而进行同步操作了。
    // ThreadLocal并不是一个Thread，而是Thread的局部变量。
13 private static final ThreadLocal sThreadLocal = new ThreadLocal();
14 // 消息队列，MessageQueue，看名字就知道是个queue..
15 final MessageQueue mQueue;
16 volatile boolean mRun;
17 // 和本looper相关的那个线程，初始化为null
18 Thread mThread;
19 private Printer mLogging = null;
20 // static变量，代表一个UI Process（也可能是service吧，这里默认就是UI）的主线程
21 private static Looper mMainLooper = null;
22
23
29 // 往TLS中设上这个Looper对象的，如果这个线程已经设过了Looper的话就会报错, 这说明，一个线程只能设一个looper 。
    //
31     public static final void prepare() {
32         if (sThreadLocal.get() != null) {
33             throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
34         }
35         sThreadLocal.set(new Looper());
36     }
37
38
43 // 由framework设置的UI程序的主消息循环，注意，这个主消息循环是不会主动退出的
44 //
45 public static final void prepareMainLooper() {
46 prepare();
47 setMainLooper(myLooper());
48 // 判断主消息循环是否能退出....
49 // 通过quit函数向looper发出退出申请
50 if (Process.supportsProcesses()) {
51 myLooper().mQueue.mQuitAllowed = false;
52 }
53 }
54
55 private synchronized static void setMainLooper(Looper looper) {
56 mMainLooper = looper;
57 }
58
59
61 public synchronized static final Looper getMainLooper() {
62 return mMainLooper;
63 }
64
65
69 // 消息循环，整个程序就在这里while了。
70 // 这个是static函数喔！
71 public static final void loop() {
72 Looper me = myLooper(); // 从该线程中取出对应的looper对象
73 MessageQueue queue = me.mQueue; // 取消息队列对象...
74 while ( true) {
75 Message msg = queue.next(); // might block取消息队列中的一个待处理消息..
76              // if (!me.mRun) { // 是否需要退出？mRun是个volatile变量，跨线程同步的，应该是有地方设置它。
77              //     break;
78              // }
79 if (msg != null) {
80 if (msg.target == null) {
81 // No target is a magic identifier for the quit message.
82 return;
83 }
84 if (me.mLogging!= null) me.mLogging.println(
85 ">>>>> Dispatching to " + msg.target + " "
86 + msg.callback + ": " + msg.what
87 );
88 msg.target.dispatchMessage(msg);
89 if (me.mLogging!= null) me.mLogging.println(
90 "<<<<< Finished to " + msg.target + " "
91 + msg.callback);
92 msg.recycle();
93 }
94 }
95 }
96
97
101 // 返回和线程相关的looper
102 public static final Looper myLooper() {
103 return (Looper)sThreadLocal.get();
104 }
105
106
115 // 设置调试输出对象，looper循环的时候会打印相关信息，用来调试用最好了。
116 public void setMessageLogging(Printer printer) {
117 mLogging = printer;
118 }
119
120
125 public static final MessageQueue myQueue() {
126 return myLooper().mQueue;
127 }
128 // 创建一个新的looper对象，
129 //内部分配一个消息队列，设置mRun为true
130     private Looper() {
131         mQueue = new MessageQueue();
132         mRun = true;
133         mThread = Thread.currentThread();
134     }
135
136 public void quit() {
137 Message msg = Message.obtain();
138 // NOTE: By enqueueing directly into the message queue, the
139          // message is left with a null target.  This is how we know it is
140          // a quit message.
141 mQueue.enqueueMessage(msg, 0);
142 }
143
144
147 public Thread getThread() {
148 return mThread;
149 }
150 // 后面就简单了，打印，异常定义等。
151 public void dump(Printer pw, String prefix) {
152 pw.println(prefix + this);
153 pw.println(prefix + "mRun=" + mRun);
154 pw.println(prefix + "mThread=" + mThread);
155 pw.println(prefix + "mQueue=" + ((mQueue != null) ? mQueue : "(null"));
156 if (mQueue != null) {
157 synchronized (mQueue) {
158 Message msg = mQueue.mMessages;
159 int n = 0;
160 while (msg != null) {
161 pw.println(prefix + " Message " + n + ": " + msg);
162 n++;
163 msg = msg.next;
164 }
165 pw.println(prefix + "(Total messages: " + n + ")");
166 }
167 }
168 }
169
170 public String toString() {
171 return "Looper{"
172 + Integer.toHexString(System.identityHashCode( this))
173 + "}";
174 }
175
176 static class HandlerException extends Exception {
177
178 HandlerException(Message message, Throwable cause) {
179 super(createMessage(cause), cause);
180 }
181
182 static String createMessage(Throwable cause) {
183 String causeMsg = cause.getMessage();
184 if (causeMsg == null) {
185 causeMsg = cause.toString();
186 }
187 return causeMsg;
188 }
189 }
190 }

那怎么往这个消息队列中发送消息呢？？调用looper的static函数myQueue可以获得消息队列，这样你就可用自己往里边插入消息了。不过这种方法比较麻烦，这个时候handler类就发挥作用了。先来看看handler的代码，就明白了。

1 class Handler{
2 ..........
3 // handler默认构造函数
4 public Handler() {
5 // 这个if是干嘛用的暂时还不明白，涉及到java的深层次的内容了应该
6 if (FIND_POTENTIAL_LEAKS) {
7 final Class<? extends Handler> klass = getClass();
8 if ((klass.isAnonymousClass() || klass.isMemberClass() || klass.isLocalClass()) &&
9 (klass.getModifiers() & Modifier.STATIC) == 0) {
10 Log.w(TAG, "The following Handler class should be static or leaks might occur: " +
11 klass.getCanonicalName());
12 }
13 }
14 // 获取本线程的looper对象
15 // 如果本线程还没有设置looper，这回抛异常
16 mLooper = Looper.myLooper();
17 if (mLooper == null) {
18 throw new RuntimeException(
19 "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");
20 }
21 // 无耻啊，直接把looper的queue和自己的queue搞成一个了
22 // 这样的话，我通过handler的封装机制加消息的话，就相当于直接加到了looper的消息队列中去了
23 mQueue = mLooper.mQueue;
24 mCallback = null;
25 }
26 // 还有好几种构造函数，一个是带callback的，一个是带looper的
27 // 由外部设置looper
28 public Handler(Looper looper) {
29 mLooper = looper;
30 mQueue = looper.mQueue;
31 mCallback = null;
32 }
33 // 带callback的，一个handler可以设置一个callback。如果有callback的话，
34 // 凡是发到通过这个handler发送的消息，都有callback处理，相当于一个总的集中处理
35 // 待会看dispatchMessage的时候再分析
36 public Handler(Looper looper, Callback callback) {
37 mLooper = looper;
38 mQueue = looper.mQueue;
39 mCallback = callback;
40 }
41 //
42 // 通过handler发送消息
43 // 调用了内部的一个sendMessageDelayed
44 public final boolean sendMessage(Message msg)
45 {
46 return sendMessageDelayed(msg, 0);
47 }
48 // FT，又封装了一层，这回是调用sendMessageAtTime了
49 // 因为延时时间是基于当前调用时间的，所以需要获得绝对时间传递给sendMessageAtTime
50 public final boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis)
51 {
52 if (delayMillis < 0) {
53 delayMillis = 0;
54 }
55 return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis);
56 }
57
58
59 public boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis)
60 {
61 boolean sent = false;
62 MessageQueue queue = mQueue;
63 if (queue != null) {
64 // 把消息的target设置为自己，然后加入到消息队列中
65 // 对于队列这种数据结构来说，操作比较简单了
66 msg.target = this;
67 sent = queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
68 }
69 else {
70 RuntimeException e = new RuntimeException(
71 this + " sendMessageAtTime() called with no mQueue");
72 Log.w("Looper", e.getMessage(), e);
73 }
74 return sent;
75 }
76 // 还记得looper中的那个消息循环处理吗
77 // 从消息队列中得到一个消息后，会调用它的target的dispatchMesage函数
78 // message的target已经设置为handler了，所以
79 // 最后会转到handler的msg处理上来
80 // 这里有个处理流程的问题
81 public void dispatchMessage(Message msg) {
82 // 如果msg本身设置了callback，则直接交给这个callback处理了
83 if (msg.callback != null) {
84 handleCallback(msg);
85 } else {
86 // 如果该handler的callback有的话，则交给这个callback处理了---相当于集中处理
87 if (mCallback != null) {
88 if (mCallback.handleMessage(msg)) {
89 return;
90 }
91 }
92 // 否则交给派生处理,基类默认处理是什么都不干
93 handleMessage(msg);
94 }
95 }
96 ..........
97 }

生成

Message msg = mHandler.obtainMessage();

msg.what = what;

msg.sendToTarget();

发送

MessageQueue queue = mQueue;

if (queue != null) {

msg.target = this;

sent = queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);

}

在Handler.java的sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis)方法中，我们看到，它找到它所引用的MessageQueue，然后将Message的target设定成自己（目的是为了在处理消息环节，Message能找到正确的Handler），再将这个Message纳入到消息队列中。

抽取

Looper me = myLooper();

MessageQueue queue = me.mQueue;

while (true) {

Message msg = queue.next(); // might block

if (msg != null) {

if (msg.target == null) {

// No target is a magic identifier for the quit message.

return;

}

msg.target.dispatchMessage(msg);

msg.recycle();

}

在Looper.java的loop()函数里，我们看到，这里有一个死循环，不断地从MessageQueue中获取下一个（next方法）Message，然后通过Message中携带的target信息，交由正确的Handler处理（dispatchMessage方法）。

处理

if (msg.callback != null) {

handleCallback(msg);

} else {

if (mCallback != null) {

if (mCallback.handleMessage(msg)) {

return;

}

handleMessage(msg);

}

在Handler.java的dispatchMessage(Message msg)方法里，其中的一个分支就是调用handleMessage方法来处理这条Message，而这也正是我们在职责处描述使用Handler时需要实现handleMessage(Message msg)的原因。

至于dispatchMessage方法中的另外一个分支，我将会在后面的内容中说明。

至此，我们看到，一个Message经由Handler的发送，MessageQueue的入队，Looper的抽取，又再一次地回到Handler的怀抱。而绕的这一圈，也正好帮助我们将同步操作变成了异步操作。

Handler的作用是把消息加入特定的（Looper）消息队列中，并分发和处理该消息队列中的消息。构造Handler的时候可以指定一个Looper对象，如果不指定则利用当前线程的Looper创建。详细实现请参考Looper的源码。 

     一个Activity中可以创建多个工作线程或者其他的组件，如果这些线程或者组件把他们的消息放入Activity的主线程消息队列，那么该消息就会在 主线程中处理了。因为主线程一般负责界面的更新操作，并且Android系统中的weget不是线程安全的，所以这种方式可以很好的实现Android界 面更新。在Android系统中这种方式有着广泛的运用。 
     那么另外一个线程怎样把消息放入主线程的消息队列呢？答案是通过Handle对象，只要Handler对象以主线程的Looper创建，那么调用 Handler的sendMessage等接口，将会把消息放入队列都将是放入主线程的消息队列。并且将会在Handler主线程中调用该handler 的handleMessage接口来处理消息。

3）剩下的部分，我们将讨论一下Handler所处的线程及更新UI的方式。

在主线程（UI线程）里，如果创建Handler时不传入Looper对象，那么将直接使用主线程（UI线程）的Looper对象（系统已经帮我们创建了）；在其它线程里，如果创建Handler时不传入Looper对象，那么，这个Handler将不能接收处理消息。在这种情况下，通用的作法是：

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之前，为该线程准备好一个Looper（Looper.prepare），然后让这个Looper跑起来（Looper.loop），抽取Message，这样，Handler才能正常工作。

因此，Handler处理消息总是在创建Handler的线程里运行。而我们的消息处理中，不乏更新UI的操作，不正确的线程直接更新UI将引发异常。因此，需要时刻关心Handler在哪个线程里创建的。

如何更新UI才能不出异常呢？SDK告诉我们，有以下4种方式可以从其它线程访问UI线程：

· Activity.runOnUiThread(Runnable)

· View.post(Runnable)

· View.postDelayed(Runnable, long)

· Handler

其中，重点说一下的是View.post(Runnable)方法。在post(Runnable action)方法里，View获得当前线程（即UI线程）的Handler，然后将action对象post到Handler里。在Handler里，它将传递过来的action对象包装成一个Message（Message的callback为action），然后将其投入UI线程的消息循环中。在Handler再次处理该Message时，有一条分支（未解释的那条）就是为它所设，直接调用runnable的run方法。而此时，已经路由到UI线程里，因此，我们可以毫无顾虑的来更新UI。