Android消息机制之Looper、Handler、MessageQueen

た入场券 2023-06-23 07:00 11阅读 0赞

## 前言 ##

Android消息机制可以说是我们Android工程师面试题中的必考题，弄懂它的原理是我们避不开的任务，所以长痛不如短痛，花点时间干掉他，废话不多说，开车啦

## Android消息机制的简介 ##

在安卓开发中，常常会遇到获取数据后更新UI的问题，比如：在获取网络信息后，需要弹出一个Toast

HttpUtils.doGet("https://www.so.com/", new Callback() { 
        @Override
        public void onFailure(Call call, IOException e) { 
        }
        @Override
        public void onResponse(Call call, Response response) throws IOException { 
            Toast.makeText(OkHttpActivity.this,"",Toast.LENGTH_SHORT).show();
        }
    });
    
     
      
     
      
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这个时候程序就会报以下的错误

java.lang.RuntimeException: Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()
    
     
      
     
      
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这是因为Android规定了只允许UI线程修改Activity里的UI组件，而我们刚才的操作在子线程中修改Activity里的UI组件，才会导致UI操作的线程不安全，并报出错误。为了保证Android的UI操作是线程安全的，Android提供了Handler消息传递机制来解决这个问题

## Android消息机制的使用 ##

在获取网络信息后，需要弹出一个Toast，正确做法是

private static final int MAKE_TOAST = 0x01;
    private Handler mHandler = new Handler(){ 
        @Override
        public void handleMessage(Message msg) { 
            switch (msg.what){ 
                case MAKE_TOAST:
                    Toast.makeText(OkHttpActivity.this,"",Toast.LENGTH_SHORT).show();
                    break;
            }
        }
    };
    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) { 
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_gallery);
        HttpUtils.doGet("https://www.so.com/", new Callback() { 
            @Override
            public void onFailure(Call call, IOException e) { 
            }
            @Override
            public void onResponse(Call call, Response response) throws IOException { 
                mHandler.sendEmptyMessageDelayed(MAKE_TOAST,200);
            }
        });
    }
    
     
      
     
      
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在子线程中通过Handler发送消息，该消息会在Hanlder中的handleMessage()中被解析，并进行相对应的UI组件更新

## Android消息机制的相关概念 ##

**一、相关概念的解释**

1、主线程（UI线程）

1.  定义：当程序第一次启动时，Android会同时启动一条主线程（Main Thread）
2.  作用：主线程主要负责处理与UI相关的事件

2、Message（消息）

1.  定义：Handler接收和处理的消息对象（Bean对象）
2.  作用：通信时相关信息的存放和传递

3、ThreadLocal

1.  定义：线程内部的数据存储类
2.  作用：负责存储和获取本线程的Looper

4、Message Queue（消息队列）

1.  定义：采用单链表的数据结构来存储消息列表
2.  作用：用来存放通过Handler发过来的Message，按照先进先出执行

5、Handler（处理者）

1.  定义：Message的主要处理者
2.  作用：负责发送Message到消息队列&处理Looper分派过来的Message

6、Looper（循环器）

1.  定义：扮演Message Queue和Handler之间桥梁的角色
2.  作用：
    
     *  消息循环：循环取出Message Queue的Message
     *  消息派发：将取出的Message交付给相应的Handler

**二、图片解读它们之间的关系**

![20161129232344072][]

**三、文字解读它们之间的关系**

Looper中存放有MessageQueen，MessageQueen中又有很多Message，当我们的Handler发送消息的时候，会获取当前的Looper，并在当前的Looper的MessageQueen当中存放我们发送的消息，而我们的MessageQueen也会在Looper的带动下，一直循环的读取Message信息，并将Message信息发送给Handler，并执行HandlerMessage()方法

> 其实这是一个循环的过程，读懂这句话和看懂图解很重要，会给我们下面的源码分析带来很大的帮助，所以建议大家先读懂前面的内容

## Android消息机制的通信流程 ##

这里采用网上的一张图，个人感觉图片概括得很好，就没必要再去造同样的轮子了，在新窗口打开可浏览大图

![20161129184124711][]

## Looper源码分析 ##

**一、根据上面的例子，为什么Handler可以在主线程中直接可以使用呢？**

因为主线程（UI线程）的Looper在应用程序开启时创建好了，即在ActivityThread.main方法中创建的，该函数为Android应用程序的入口

public static void main(String[] args) { 
    	...
        Process.setArgV0("<pre-initialized>");
    	//1. 创建消息循环Looper
        Looper.prepareMainLooper();
        ActivityThread thread = new ActivityThread();
        thread.attach(false);
        if (sMainThreadHandler == null) { 
            sMainThreadHandler = thread.getHandler();
        }
    	...
    	//2. 执行消息循环
        Looper.loop();
        throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
    }
    
     
      
     
      
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Looper中最为重要的两个方法：

*  Looper.prepareMainLooper()：该方法是Looper对象的初始化
 *  Looper.loop()：该方法会循环取出Message Queue的Message，将取出的Message交付给相应的Handler（Looper的作用就体现在这里）

**二、Looper.prepareMainLooper()**

//在主线程中初始化Looper
    public static void prepareMainLooper() { 
    	//在这里会调用prepare(boolean quitAllowed)方法
        prepare(false);
        synchronized (Looper.class) { 
            if (sMainLooper != null) { 
                throw new IllegalStateException("The main Looper has already been prepared.");
            }
            sMainLooper = myLooper();
        }
    }
    //看下prepare(boolean quitAllowed)方法
    private static void prepare(boolean quitAllowed) { 
    	//判断sThreadLocal是否为null，否则抛出异常
    	//即Looper.prepare()方法不能被调用两次
    	//也就是说，一个线程中只能对应一个Looper实例
        if (sThreadLocal.get() != null) { 
            throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
        }
        //初始化Looper对象设置到ThreadLocal中
        sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));
    }
    //看下Looper的构造方法
    private Looper(boolean quitAllowed) { 
    	//创建了一个MessageQueue（消息队列）
    	//这说明，当创建一个Looper实例时，会自动创建一个与之配对的MessageQueue（消息队列）
        mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
        mThread = Thread.currentThread();
    }
    
     
      
     
      
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整个Looper的初始化准备工作就完了，这里做了哪几件事：

*  Looper的创建会关联一个MessageQueen的创建
 *  Looper对象只能被创建一次
 *  Looper对象创建后被存放在sThreadLocal中

**三、Looper.loop()**

public static void loop() { 
    	//myLooper()方法作用是返回sThreadLocal存储的Looper实例，如果me为null，loop()则抛出异常
    	//也就是说loop方法的执行必须在prepare方法之后运行
    	//也就是说，消息循环必须要先在线程当中创建Looper实例
        final Looper me = myLooper();
        if (me == null) { 
            throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
        }
    	//获取looper实例中的mQueue（消息队列）
        final MessageQueue queue = me.mQueue;
        Binder.clearCallingIdentity();
        final long ident = Binder.clearCallingIdentity();
    	//进入消息循环
        for (;;) { 
    	    //next()方法用于取出消息队列里的消息
    		//如果取出的消息为空，则线程阻塞
            Message msg = queue.next(); 
            if (msg == null) { 
                return;
            }
            final Printer logging = me.mLogging;
            if (logging != null) { 
                logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " +
                        msg.callback + ": " + msg.what);
            }
            final long traceTag = me.mTraceTag;
            if (traceTag != 0) { 
                Trace.traceBegin(traceTag, msg.target.getTraceName(msg));
            }
            try { 
    	        //消息派发：把消息派发给msg的target属性，然后用dispatchMessage方法去处理
    			//Msg的target其实就是handler对象，下面会继续分析
                msg.target.dispatchMessage(msg);
            } finally { 
                if (traceTag != 0) { 
                    Trace.traceEnd(traceTag);
                }
            }
            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);
            }
    		//释放消息占据的资源
            msg.recycleUnchecked();
        }
    }
    
     
      
     
      
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整个Looper的循环过程就完了，这里做了哪几件事：

*  取出Looper和MessageQueen
 *  进入消息循环，有消息则分发出去
 *  消息资源的回收

**四、Looper的退出**

当然Looper也提供了两个方法可以退出一个Looper：

*  quit()：quit会直接退出Looper
 *  quitSafety()：quitSafety只是设定一个退出标记，然后把消息队列中的已有消息处理完毕后退出Looper

## MessageQueen源码分析 ##

**一、由于MessageQueen是用来存放Message的，那么是如何存储Message的呢？**

由于Handler使用Post()方法将Message传递到MessageQueen中，在MessageQueen中会使用enqueueMessage()方法存储Message，其实现的方式是通过单链表的数据结构来存储消息列表

boolean enqueueMessage(Message msg, long when) { 
    	...
        synchronized (this) { 
            ...
            msg.markInUse();
            msg.when = when;
            Message p = mMessages;
            boolean needWake;
            if (p == null || when == 0 || when < p.when) {     
                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; 
                prev.next = msg;
            }
            if (needWake) { 
                nativeWake(mPtr);
            }
        }
        return true;
    }
    
     
      
     
      
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整个进队列的过程就完了，这里做了哪几件事：

*  首先判断消息队列里有没有消息，没有的话则将当前插入的消息作为队头，并且这时消息队列如果处于等待状态的话则将其唤醒
 *  若是在中间插入，则根据Message创建的时间进行插入

**二、既然MessageQueen存了消息之后，是如何提供取出来的方法的呢？**

我们知道存消息是Handler存进来的，那么取消息就应该是Looper中取了，从Looper的源码可以看出，消息就是在Looper中取出的，其实现是用MessageQueen里面的next()方法

Message next() { 
        ......
        int nextPollTimeoutMillis = 0;
        for (;;) { 
            if (nextPollTimeoutMillis != 0) { 
                Binder.flushPendingCommands();
            }
    		// nativePollOnce方法在native层，若是nextPollTimeoutMillis为-1，这时候消息队列处于等待状态。 　　
            nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);
            synchronized (this) { 
                final long now = SystemClock.uptimeMillis();
                Message prevMsg = null;
                Message msg = mMessages;
                if (msg != null && msg.target == null) { 
                    do { 
                        prevMsg = msg;
                        msg = msg.next;
                    } while (msg != null && !msg.isAsynchronous());
                }
    			//按照我们设置的时间取出消息
                if (msg != null) { 
                    if (now < msg.when) { 
                        nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE);
                    } else { 
                        mBlocked = false;
                        if (prevMsg != null) { 
                            prevMsg.next = msg.next;
                        } else { 
                            mMessages = msg.next;
                        }
                        msg.next = null;
                        if (DEBUG) Log.v(TAG, "Returning message: " + msg);
                        msg.markInUse();
                        return msg;
                    }
                } else { 
    				// 如果消息队列中没有消息，将nextPollTimeoutMillis设为-1，下次循环消息队列则处于等待状态
                    nextPollTimeoutMillis = -1;
                }
    			//退出消息队列，返回null，这时候Looper中的消息循环也会终止。 
                if (mQuitting) { 
                    dispose();
                    return null;
                }
                ......
            }
            .....
        }
    }
    
     
      
     
      
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**三、在MessageQueen存消息的媒介当然是通过Message对象啦，那这个Message对象又是什么呢？**

其实这个Message就是用来存储Message中各种信息的Bean对象，从源码中可以其属性，这里例举我们常用的几个

public int what;
    public int arg1;
    public int arg2;
    public Object obj;
    public Messenger replyTo;
    int flags;
    long when;   
    Bundle data;    
    Handler target;
    Runnable callback;
    
     
      
     
      
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## Handler源码分析 ##

**一、Handler的创建**

Handler的创建会关联一个Looper对象，而Looper对象是关联着MessageQueen对象，所以在Handler创建时候，取出Looper和MessageQueen

public Handler(Callback callback, boolean async) { 
        ...
        //取出Looper
        mLooper = Looper.myLooper();
        if (mLooper == null) { 
            throw new RuntimeException(
                "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");
        }
        //取出Looper中的MessageQueen
        mQueue = mLooper.mQueue;
        mCallback = callback;
        mAsynchronous = async;
    }
    
     
      
     
      
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前面我们也说过了Looper是存放在ThreadLocal里面的，可以看到下面的源码就知道了

public static @Nullable Looper myLooper() { 
        return sThreadLocal.get();
    }
    
     
      
     
      
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整个创建的过程就完了，这里做了哪几件事：

*  取出Looper
 *  取出Looper中的MessageQueen

**二、Handler发送消息**

**1、方式一：sendMessage(Message msg)**

public final boolean sendEmptyMessage(int what)
    { 
        return sendEmptyMessageDelayed(what, 0);
    }
    //往下追踪
    public final boolean sendEmptyMessageDelayed(int what, long delayMillis) { 
        Message msg = Message.obtain();
        msg.what = what;
        return sendMessageDelayed(msg, delayMillis);
    }
    //往下追踪
    public final boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis)
    { 
        if (delayMillis < 0) { 
            delayMillis = 0;
        }
        return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis);
    }
    //往下追踪
    public boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis) { 
    	//直接获取MessageQueue
        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);
    }
    //调用sendMessage方法其实最后是调用了enqueueMessage方法
    private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) { 
    	//为msg.target赋值为this，也就是把当前的handler作为msg的target属性
    	//如果大家还记得Looper的loop()方法会取出每个msg然后执行msg.target.dispatchMessage(msg)去处理消息，其实就是派发给相应的Handler
        msg.target = this;
        if (mAsynchronous) { 
            msg.setAsynchronous(true);
        }
        //最终调用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
        return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
    }
    
     
      
     
      
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**2、方式二：post(Ruunable r)**

public final boolean post(Runnable r)
    { 
       return  sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);
    }
    
     
      
     
      
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其实post()方法最终也会保存到消息队列中去，和上面不同的是它传进来的一个Runnable对象，执行了getPostMessage()方法，我们往下追踪

private static Message getPostMessage(Runnable r) { 
        Message m = Message.obtain();
        m.callback = r;
        return m;
    }
    
     
      
     
      
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实质上就是将这个Runnable保存在Message的变量中，这就导致了我们下面处理消息的时候有两种不同方案

**三、Handler处理消息**

你还记得前面所说Looper中msg.target.dispatchMessage()方法吗？这个方法就是调用Handler的dispatchMessage()

public void dispatchMessage(Message msg) { 
        if (msg.callback != null) { 
    	    //1. post()方法的处理方法
            handleCallback(msg);
        } else { 
            if (mCallback != null) { 
                if (mCallback.handleMessage(msg)) { 
                    return;
                }
            }
            //2. sendMessage()方法的处理方法
            handleMessage(msg);
        }
    }
    //1. post()方法的最终处理方法
    private static void handleCallback(Message message) { 
        message.callback.run();
    }
    //2. sendMessage()方法的最终处理方法
    public void handleMessage(Message msg) { 
    }
    
     
      
     
      
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整个处理的过程就完了，这里做了哪几件事：

*  post()方法的处理方法就是将传进来的Runnable执行run()方法
 *  sendMessage()方法的处理方法就是执行handleMessage()空方法，这也是我们为什么要在Handler重写这个方法的原因

## 面试题 ##

**一、请解释下Android通信机制中Message、Handler、MessageQueen、Looper的之间的关系？**

首先，是这个MessageQueen，MessageQueen是一个消息队列，它可以存储Handler发送过来的消息，其内部提供了进队和出队的方法来管理这个消息队列，其出队和进队的原理是采用单链表的数据结构进行插入和删除的，即enqueueMessage()方法和next()方法。这里提到的Message，其实就是一个Bean对象，里面的属性用来记录Message的各种信息。

然后，是这个Looper，Looper是一个循环器，它可以循环的取出MessageQueen中的Message，其内部提供了Looper的初始化和循环出去Message的方法，即prepare()方法和loop()方法。在prepare()方法中，Looper会关联一个MessageQueen，而且将Looper存进一个ThreadLocal中，在loop()方法中，通过ThreadLocal取出Looper，使用MessageQueen的next()方法取出Message后，判断Message是否为空，如果是则Looper阻塞，如果不是，则通过dispatchMessage()方法分发该Message到Handler中，而Handler执行handlerMessage()方法，由于handlerMessage()方法是个空方法，这也是为什么需要在Handler中重写handlerMessage()方法的原因。这里要注意的是Looper只能在一个线程中只能存在一个。这里提到的ThreadLocal，其实就是一个对象，用来在不同线程中存放对应线程的Looper。

最后，是这个Handler，Handler是Looper和MessageQueen的桥梁，Handler内部提供了发送Message的一系列方法，最终会通过MessageQueen的enqueueMessage()方法将Message存进MessageQueen中。我们平时可以直接在主线程中使用Handler，那是因为在应用程序启动时，在入口的main方法中已经默认为我们创建好了Looper。

**二、Handler能在子线程创建吗？**

Handler是不可以直接在子线程创建的，由于Handler在子线程没有Looper，所以在子线程中会报错。但是可以通过间接的方式在子线程中创建Handler，有两种方式可以在子线程中创建Handler

方式一：在子线程创建Handler的时候使用主线程的Looper，这样handlerMessage的回调就在主线程运行

new Thread(new Runnable() {   
        public void run() {  
            // Looper.getMainLooper()获取主线程的Looper
            Handler handler = new Handler(Looper.getMainLooper()){ 
                @Override  
                public void handleMessage(Message msg) { 
                    // 在主线程中执行，可以做UI操作
                    Toast.makeText(getApplicationContext(), "handler msg", Toast.LENGTH_LONG).show();  
                }  
            };  
            handler.sendEmptyMessage(1);  
        };  
    }).start();  
    
     
      
     
      
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方式二：在子线程创建Handler的时候创建子线程的Looper，这样handlerMessage的回调就在子线程运行

new Thread(new Runnable() {   
        public void run() {   
            // 创建子线程Looper
            Looper.prepare();  
            Handler handler = new Handler(){   
                @Override  
                public void handleMessage(Message msg) {   
                    // 在子线程中执行，不可以做UI操作
                    Toast.makeText(getApplicationContext(), "handler msg", Toast.LENGTH_LONG).show();  
                }  
            };  
            // 开始循环Looper
            Looper.loop();  
        };  
    }).start();  
    
     
      
     
      
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易错点：在子线程去创建对象，对象本身又实例化Handler，问题又会回到子线程创建Handler导致报错的问题

public class MainActivity extends AppCompatActivity { 
        @Override
        protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) { 
            super.onCreate(savedInstanceState);
            setContentView(R.layout.activity_main);
            new Thread(new Runnable() { 
                @Override
                public void run() { 
                    // 子线程实例化对象
                    Stub stub = new Stub();
                    stub.startAction();
                }
            }).start();
        }
    }
    public class Stub { 
        // 在子线程中创建Handler，会报错
        public Handler mHanlder = new Handler(){ 
            @Override
            public void handleMessage(Message msg) { 
                super.handleMessage(msg);
            }
        };
        public void startAction(){ 
        }
    }
    
     
      
     
      
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## 结语 ##

学习完了消息机制，回过头来看还是挺简单的。由于每个人都有惧怕困难的天性，一开始我也是看不懂，很怕看源码，但是我还是坚持了2天时间，借助书本知识和网上的知识，将这个消息机制给克服了。慢慢的，我们会将养成这种习惯，那么你离大神的脚步就不远了，加油吧

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