Android开发之消息机制

转：http://stackvoid.com/introduction-to-Message-Handler-in-Android/

http://blog.dreamtobe.cn/2016/03/11/android_handler_looper/

Android应用程序主线程用来跟新UI，所以不能让主线程做费时操作，否则会出现ANR(App Not Response), 一般来说耗时操作都新开启一个线程，新线程执行结束，发消息给主线程来更新UI，常用方法有：

• Activity.runOnUiThread(Runnable)
• View.post(Runnable)
• View.postDelayed(Runnable, long)
• Hanlder机制

Activity.runOnUiThread源码

方法runOnUiThread()位于base/core/java/android/app/Activity.java中，发现此方法首先判断当前线程是不是主线程(UI线程)，不是的话使用Handler(post到消息队列中，后面会详解)，是的话调用run方法。

 public final void runOnUiThread(Runnable action) {
     if (Thread.currentThread() != mUiThread) {
         mHandler.post(action);
     } else {
         action.run();
     }
 }

View.post源码

抛开AttachInfo等这些与本文无关的信息，发现View.post最终还是使用handler来传送Runnable对象。同样View.postDelayed方法也同样使用Handler。

 public boolean post(Runnable action) {
     final AttachInfo attachInfo = mAttachInfo;
     if (attachInfo != null) {
         return attachInfo.mHandler.post(action);
         //postDelayed方法使用下面的方法
         //return attachInfo.mHandler.postDelayed(action, delayMillis);
     }
     // Assume that post will succeed later
     ViewRootImpl.getRunQueue().post(action);
     //postDelayed方法使用下面的方法
     //ViewRootImpl.getRunQueue().postDelayed(action, delayMillis);
     return true;
 }

分析到这里，我们发现Android中线程到主线程之间的消息传递虽然有这四种方法，其本质上都是使用了Handler。下面我们将揭开Handler的面纱。

如下图，Android使用消息机制(Handler-Looper机制)实现线程的通信，线程通过Looper建立自己的消息循环，MessageQueue是FIFO的消息队列，Looper负责从MessageQueue中取出消息，并且分发到消息指定目标Handler对象。Handler对象绑定到线程的局部变量Looper，封装了发送消息和处理消息的接口。

Handler类构造方法

 public Handler(Callback callback, boolean async) {

         .........

         mLooper = Looper.myLooper();
         //如果是普通线程，想成为Looper的线程，必须先调用Looper.prepare()
         //若是主线程(UI线程)，在Activity启动时，已经调用过Looper.prepare()
         if (mLooper == null) {
             throw new RuntimeException(
                 "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");
         }
         //不管new 多少个Handler，这些Handler都共用Looper里的消息队列，
         //由于一个线程只能有一个ThreadLocal<Looper>对象,则消息队列只有一个
         mQueue = mLooper.mQueue;
         mCallback = callback;
         mAsynchronous = async;
     }
     //myLooper方法返回Looper对象，Looper对象时线程本地存储(ThreadLocal)
     public static Looper myLooper() {
         return sThreadLocal.get();
     }

     //下面这个方法是Looper.java中的方法，prepare方法的作用就是创建线程中
     //唯一的Looper对象，若已经有Looper对象，再次调用prepare方法则抛出异常
     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));
     }

总结一下，Handler构造方法通过获取当前线程唯一的Looper对象来初始化消息队列(其实是共享Looper的mQueue，为什么这么做，读完本文你就明白了)。

应用程序启动自动加载Looper

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，定义在frameworks/base/core/java/android/app/ActivityThread.java文件中

 public final class ActivityThread {
     ......

     public static final void main(String[] args) {
         ......
         //将当前线程初始化为Looper线程。最终会调用Looper.prepare()
         Looper.prepareMainLooper();

         ......
     // 开始循环处理消息队列
         Looper.loop();

         ......
     }
 }

由前面Handler构造方法我们知道，应用程序的主线程中会始终存在一个Looper对象。

所以我们继承Activity实现我们自定义的Activity中，直接使用Handler就好了(Looper已经建立好了)。

[消息发送和接收}()

消息发送和接收流程相信大家也已经非常熟悉了，new出一个Message对象，然后使用setData()方法或arg参数等方式为消息携带一些数据，再借助Handler将消息发送出去就可以了，发出去后，主线程中创建Handler对象时实现其handleMessage方法即可。

 new Thread(new Runnable() {
     @Override
     public void run() {
         Message message = new Message();
         message.arg1 = 1;
         Bundle bundle = new Bundle();
         bundle.putString("data", "data");
         message.setData(bundle);
         handler.sendMessage(message);
     }
 }).start();

 Handler handler = new Handler(){
     @Override
     public void handleMessage(Message msg){
         ..........//处理Message的实现
     }
 }

我们现在来看一下发送到接收到这个数据的全过程，即从handler.sendMessage(message)到handleMessage(Message msg)的全过程。Handler中提供了很多个发送消息的方法，其中除了sendMessageAtFrontOfQueue()方法之外，其它的发送消息方法最终都会调用到sendMessageAtTime()方法中，方法的源码如下：

 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);
     }
     //这个enqueueMessage是Handler中的方法，仅仅是一个封装而已
     private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
         msg.target = this;//方便出队列的时候找到自己的Handler
         if (mAsynchronous) {
             msg.setAsynchronous(true);
         }
         return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
     }

sendMessageAtTime()方法接收两个参数，其中msg参数就是我们发送的Message对象，而uptimeMillis参数则表示发送消息的时间，它的值等于自系统开机到当前时间的毫秒数再加上延迟(Delay)时间，如果你调用的不是sendMessageDelayed()方法，延迟时间就为0，然后将这两个参数都传递到MessageQueue的enqueueMessage()方法中。MessageQueue就是我们说的消息队列啦，由于MessageQueue是在Looper中创建，所以一个线程中只有一个MessageQueue。

OK,现在我们的消息已经要如队列了，我们看看这个MessageQueue中的enqueueMessage()方法实现。

 boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
         if (msg.isInUse()) {//msg.when != 0
             throw new AndroidRuntimeException(msg + " This message is already in use.");
         }
         if (msg.target == null) {
             throw new AndroidRuntimeException("Message must have a target.");
         }

         synchronized (this) {
             if (mQuitting) {
                 RuntimeException e = new RuntimeException(
                         msg.target + " sending message to a Handler on a dead thread");
                 Log.w("MessageQueue", e.getMessage(), e);
                 return false;
             }

             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 {
                 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);//本地方法，MessageQueue本质是由JNI层实现
             }
         }
         return true;
     }

MessageQueue只使用了一个mMessages对象表示当前待处理的消息。分析以上代码可知：我们的msg入队的时候，如果当前MessageQueue中的mMessages对象不为空，说明有某个message正在入队，此时在for循环中等待，一直等到mMessages(也就是p)为空，此时将我们的msg插入队列中。其实所谓的入队就是将所有的消息按时间来进行排序，这个时间当然就是我们刚才介绍的uptimeMillis参数。

如果你是通过sendMessageAtFrontOfQueue()方法来发送消息的，它也会调用enqueueMessage()来让消息入队，只不过时间为0，这时会把mMessages赋值为新入队的这条消息，然后将这条消息的next指定为刚才的mMessages，这样也就完成了添加消息到队列头部的操作。

我们的msg消息已经入队了，那出对怎么出？（参见一开始的那幅图） 这个秘密就在Looper.loop()中。

 public static void loop() {
         final Looper me = myLooper();//从ThreadLocal中获取Looper
         if (me == null) {
             throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
         }
         final MessageQueue queue = me.mQueue;//获取消息队列
         Binder.clearCallingIdentity();
         final long ident = Binder.clearCallingIdentity();
         //重点就在这个for循环
         for (;;) {
             //我们的msg消息取出来了
             //当前MessageQueue中存在mMessages(即待处理消息)，
             //就将这个消息出队，然后让下一条消息成为mMessages，
             //否则就进入一个阻塞状态，一直等到有新的消息入队
             Message msg = queue.next(); // might block
             if (msg == null) {
                 // 取出的消息为null，说明消息队列已退出(异常或其他)
                 //结束for循环 loop也退出
                 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);
             }
             //分发消息到指定的Handler,msg.target其实就是Handler
             //sendMessageAtTime中指定msg.target
             msg.target.dispatchMessage(msg);

             if (logging != null) {
                 logging.println("<<<<< Finished to " + msg.target + " " + msg.callback);
             }

             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();
         }
     }
     /*如果mCallback不为空，则调用mCallback的handleMessage()
     *方法，否则直接调用Handler的handleMessage()方法，并将消息对象作为
     *参数传递过去。这样我相信大家就都明白了为什么handleMessage()
     *方法中可以获取到之前发送的消息了吧！
     */
     public void dispatchMessage(Message msg) {
         if (msg.callback != null) {//callback，下面会解释
             handleCallback(msg);
         } else {
             if (mCallback != null) {
                 if (mCallback.handleMessage(msg)) {
                     return;
                 }
             }
             handleMessage(msg);
         }
     }

因此，一个最标准的异步消息处理线程的写法应分为四步：

 class LooperThread extends Thread {
       public Handler mHandler;//1.定义Handler
       public void run() {
           Looper.prepare();//2.初始化Looper

           mHandler = new Handler() {//3.定义处理消息的方法
               public void handleMessage(Message msg) {
                   // process incoming messages here
               }
           };

           Looper.loop();//4.启动消息循环
       }
   }

总结一下：由于Handler总是依附于创建时所在的线程，比如我们的Handler是在主线程中创建的，而在子线程中又无法直接对UI进行操作，于是我们就通过一系列的发送消息、入队、出队等环节，最后调用到了Handler的handleMessage()方法中，这时的handleMessage()方法已经是在主线程中运行的，因而我们当然可以在这里进行UI操作了（对应上面的图应该理解的更清晰）。

还有一个问题，上上面代码中的callback是什么？

原来在View.post(Runnable r)中使用到的，View.post会调用attachInfo.mHandler.post(action),我们来看一下Handler中的post：

 public final boolean post(Runnable r)
     {
        return  sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);
     }
     private static Message getPostMessage(Runnable r) {
         Message m = Message.obtain();
         m.callback = r;//原来这个callback就是我们定义的Runnable任务呀！
         return m;
     }

在Handler的dispatchMessage()方法中要做一个检查，如果Message的callback等于null才会去调用handleMessage()方法，否则就调用handleCallback()方法。原来直接调用了Runnable对象的run方法。

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

通过分析部分源码，不管是使用什么方法在子线程中更新UI，其实背后的原理都是相同的，必须都要借助异步消息处理的机制来实现，再一次感叹异步消息处理机制的精妙！