【Android -- 多线程】Handler 消息机制

提起 Android 消息机制，想必都不陌生。其中包含三个部分：Handler，MessageQueue 以及 Looper，三者共同协作，完成消息机制的运行。

一、简介

在 Android 中使用消息机制，我们首先想到的就是 Handler 。没错，Handler 是 Android 消息机制的上层接口。Handler 的使用过程很简单，通过它可以轻松地将一个任务切换到 Handler 所在的线程中去执行。通常情况下，Handler 的使用场景就是更新 UI 。

public class TestActivity extends AppCompatActivity { private static final String TAG = "TestActivity"; private Handler mHandler = new Handler() { @Override public void handleMessage(@NonNull Message msg) { super.handleMessage(msg); Log.d(TAG, msg.what + ""); } }; @Override protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) { super.onCreate(savedInstanceState); setContentView(R.layout.activity_test); new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { Message message = Message.obtain(); message.what = 1; mHandler.sendMessage(message); } }).start(); } } 

在子线程中，进行耗时操作，执行完操作后，发送消息，通知主线程更新 UI。这便是消息机制的典型应用场景。我们通常只会接触到 Handler 和 Message 来完成消息机制，其实内部还有两大助手来共同完成消息传递。

二、消息机制的模型

• 消息（Message） 需要传递的消息，可以传递数据；

• 消息队列（Message Queue） 消息队列，但是它的内部实现并不是用的队列，实际上是通过一个单链表的数据结构来维护消息列表，因为单链表在插入和删除上比较有优势。主要功能向消息池投递消息(MessageQueue.enqueueMessage)和取走消息池的消息(MessageQueue.next)；

• 处理者（Handler） 消息辅助类，主要功能向消息池发送各种消息事件(Handler.sendMessage)和处理相应消息事件(Handler.handleMessage)

• 循环器（Looper） 不断循环执行(Looper.loop)，从MessageQueue中读取消息，按分发机制将消息分发给目标处理者。

三、消息机制的架构

消息机制的运行流程：在子线程执行完耗时操作，当Handler发送消息时，将会调用MessageQueue.enqueueMessage，向消息队列中添加消息。当通过Looper.loop开启循环后，会不断地从线程池中读取消息，即调用MessageQueue.next，然后调用目标Handler（即发送该消息的Handler）的dispatchMessage方法传递消息，然后返回到Handler所在线程，目标Handler收到消息，调用handleMessage方法，接收消息，处理消息。 MessageQueue，Handler 和 Looper 三者之间的关系：每个线程中只能存在一个 Looper，Looper是保存在 ThreadLocal 中的。主线程（UI线程）已经创建了一个 Looper ，所以在主线程中不需要再创建 Looper ，但是在其他线程中需要创建 Looper 。每个线程中可以有多个 Handler ，即一个 Looper 可以处理来自多个 Handler 的消息。 Looper 中维护一个 MessageQueue ，来维护消息队列，消息队列中的 Message 可以来自不同的 Handler 。

下面是消息机制的整体架构图

四、消息机制的源码解析 1.Looper

要想使用消息机制，首先要创建一个 Looper。 初始化 Looper 无参情况下，默认调用 prepare(true) ;表示的是这个Looper可以退出，而对于false的情况则表示当前Looper不可以退出。

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

这里看出，不能重复创建 Looper，只能创建一个。创建 Looper,并保存在 ThreadLocal 。其中 ThreadLocal 是线程本地存储区（Thread Local Storage，简称为TLS），每个线程都有自己的私有的本地存储区域，不同线程之间彼此不能访问对方的 TLS 区域。

开启 Looper

public static void loop() { final Looper me = myLooper(); //获取TLS存储的Looper对象  if (me == null) { throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread."); } final MessageQueue queue = me.mQueue; //获取Looper对象中的消息队列 Binder.clearCallingIdentity(); final long ident = Binder.clearCallingIdentity(); for (;;) { //进入loop的主循环方法 Message msg = queue.next(); //可能会阻塞,因为next()方法可能会无限循环 if (msg == null) { //消息为空，则退出循环 return; } Printer logging = me.mLogging; //默认为null，可通过setMessageLogging()方法来指定输出，用于debug功能 if (logging != null) { logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " + msg.callback + ": " + msg.what); } msg.target.dispatchMessage(msg); //获取msg的目标Handler，然后用于分发Message  if (logging != null) { logging.println("<<<<< Finished to " + msg.target + " " + msg.callback); } final long newIdent = Binder.clearCallingIdentity(); if (ident != newIdent) { } msg.recycleUnchecked(); } } 

loop() 进入循环模式，不断重复下面的操作，直到消息为空时退出循环: 读取 MessageQueue 的下一条 Message（关于next()，后面详细介绍）； 把 Message 分发给相应的 target 。

当next()取出下一条消息时，队列中已经没有消息时，next()会无限循环，产生阻塞。等待MessageQueue中加入消息，然后重新唤醒。

主线程中不需要自己创建Looper，这是由于在程序启动的时候，系统已经帮我们自动调用了Looper.prepare()方法。查看ActivityThread中的main()方法，代码如下所示：

public static void main(String[] args) { .......................... Looper.prepareMainLooper(); .......................... Looper.loop(); .......................... } 

其中prepareMainLooper()方法会调用prepare(false)方法。

2.Handler

创建 Handler

public Handler() { this(null, false); } public Handler(Callback callback, boolean async) { ................................. //必须先执行Looper.prepare()，才能获取Looper对象，否则为null. mLooper = Looper.myLooper(); //从当前线程的TLS中获取Looper对象 if (mLooper == null) { throw new RuntimeException(""); } mQueue = mLooper.mQueue; //消息队列，来自Looper对象 mCallback = callback; //回调方法 mAsynchronous = async; //设置消息是否为异步处理方式 } 

对于 Handler 的无参构造方法，默认采用当前线程TLS中的 Looper 对象，并且 callback 回调方法为null，且消息为同步处理方式。只要执行的Looper.prepare()方法，那么便可以获取有效的 Looper 对象。

3. 发送消息

发送消息有几种方式，但是归根结底都是调用了sendMessageAtTime()方法。

在子线程中通过Handler的post()方式或send()方式发送消息，最终都是调用了sendMessageAtTime()方法。

post 方法

public final boolean post(Runnable r) { return sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0); } public final boolean postAtTime(Runnable r, long uptimeMillis) { return sendMessageAtTime(getPostMessage(r), uptimeMillis); } public final boolean postAtTime(Runnable r, Object token, long uptimeMillis) { return sendMessageAtTime(getPostMessage(r, token), uptimeMillis); } public final boolean postDelayed(Runnable r, long delayMillis) { return sendMessageDelayed(getPostMessage(r), delayMillis); } 

send 方法

public final boolean sendMessage(Message msg) { return sendMessageDelayed(msg, 0); } public final boolean sendEmptyMessage(int what) { return sendEmptyMessageDelayed(what, 0); } public final boolean sendEmptyMessageDelayed(int what, long delayMillis) { Message msg = Message.obtain(); msg.what = what; return sendMessageDelayed(msg, delayMillis); } public final boolean sendEmptyMessageAtTime(int what, long uptimeMillis) { Message msg = Message.obtain(); msg.what = what; return sendMessageAtTime(msg, uptimeMillis); } public final boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis) { if (delayMillis < 0) { delayMillis = 0; } return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis); } 

就连子线程中调用Activity中的runOnUiThread()中更新UI，其实也是发送消息通知主线程更新UI，最终也会调用sendMessageAtTime()方法。

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

如果当前的线程不等于UI线程(主线程)，就去调用Handler的post()方法，最终会调用sendMessageAtTime()方法。否则就直接调用Runnable对象的run()方法。

下面我们就来一探究竟，到底sendMessageAtTime()方法有什么作用？ sendMessageAtTime()

public boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis) { //其中mQueue是消息队列，从Looper中获取的 MessageQueue queue = mQueue; if (queue == null) { RuntimeException e = new RuntimeException( this + " sendMessageAtTime() called with no mQueue"); Log.w("Looper", e.getMessage(), e); return false; } //调用enqueueMessage方法 return enqueueMessage(queue, msg, uptimeMillis); } 

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

可以看到sendMessageAtTime()方法的作用很简单，就是调用MessageQueue的enqueueMessage()方法，往消息队列中添加一个消息。 下面来看enqueueMessage()方法的具体执行逻辑。 enqueueMessage()

boolean enqueueMessage(Message msg, long when) { // 每一个Message必须有一个target 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) { //正在退出时，回收msg，加入到消息池 msg.recycle(); return false; } msg.markInUse(); msg.when = when; Message p = mMessages; boolean needWake; if (p == null || when == 0 || when < p.when) { //p为null(代表MessageQueue没有消息） 或者msg的触发时间是队列中最早的， 则进入该该分支 msg.next = p; mMessages = msg; needWake = mBlocked; } else { //将消息按时间顺序插入到MessageQueue。一般地，不需要唤醒事件队列，除非 //消息队头存在barrier，并且同时Message是队列中最早的异步消息。 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; } 

MessageQueue是按照Message触发时间的先后顺序排列的，队头的消息是将要最早触发的消息。当有消息需要加入消息队列时，会从队列头开始遍历，直到找到消息应该插入的合适位置，以保证所有消息的时间顺序。

4. 获取消息

当发送了消息后，在MessageQueue维护了消息队列，然后在Looper中通过loop()方法，不断地获取消息。上面对loop()方法进行了介绍，其中最重要的是调用了queue.next()方法,通过该方法来提取下一条信息。下面我们来看一下next()方法的具体流程。 next()

Message next() { final long ptr = mPtr; if (ptr == 0) { //当消息循环已经退出，则直接返回 return null; } int pendingIdleHandlerCount = -1; // 循环迭代的首次为-1 int nextPollTimeoutMillis = 0; for (;;) { if (nextPollTimeoutMillis != 0) { Binder.flushPendingCommands(); } //阻塞操作，当等待nextPollTimeoutMillis时长，或者消息队列被唤醒，都会返回 nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis); synchronized (this) { final long now = SystemClock.uptimeMillis(); Message prevMsg = null; Message msg = mMessages; if (msg != null && msg.target == null) { //当消息Handler为空时，查询MessageQueue中的下一条异步消息msg，为空则退出循环。 do { prevMsg = msg; msg = msg.next; } while (msg != null && !msg.isAsynchronous()); } if (msg != null) { if (now < msg.when) { //当异步消息触发时间大于当前时间，则设置下一次轮询的超时时长 nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE); } else { // 获取一条消息，并返回 mBlocked = false; if (prevMsg != null) { prevMsg.next = msg.next; } else { mMessages = msg.next; } msg.next = null; //设置消息的使用状态，即flags |= FLAG_IN_USE msg.markInUse(); return msg; //成功地获取MessageQueue中的下一条即将要执行的消息 } } else { //没有消息 nextPollTimeoutMillis = -1; } //消息正在退出，返回null if (mQuitting) { dispose(); return null; } ............................... } } 

nativePollOnce是阻塞操作，其中nextPollTimeoutMillis代表下一个消息到来前，还需要等待的时长；当nextPollTimeoutMillis = -1时，表示消息队列中无消息，会一直等待下去。 可以看出next()方法根据消息的触发时间，获取下一条需要执行的消息,队列中消息为空时，则会进行阻塞操作。

5. 分发消息

在loop()方法中，获取到下一条消息后，执行msg.target.dispatchMessage(msg)，来分发消息到目标 Handler 对象。 下面就来具体看下dispatchMessage(msg)方法的执行流程。 dispatchMessage()

public void dispatchMessage(Message msg) { if (msg.callback != null) { //当Message存在回调方法，回调msg.callback.run()方法； handleCallback(msg); } else { if (mCallback != null) { //当Handler存在Callback成员变量时，回调方法handleMessage()； if (mCallback.handleMessage(msg)) { return; } } //Handler自身的回调方法handleMessage() handleMessage(msg); } } 

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

分发消息流程：

• 当Message的msg.callback不为空时，则回调方法msg.callback.run();
• 当Handler的mCallback不为空时，则回调方法mCallback.handleMessage(msg)；
• 最后调用Handler自身的回调方法handleMessage()，该方法默认为空，Handler子类通过覆写该方法来完成具体的逻辑。

消息分发的优先级：

• Message的回调方法：message.callback.run()，优先级最高；
• Handler中Callback的回调方法：Handler.mCallback.handleMessage(msg)，优先级仅次于1；
• Handler的默认方法：Handler.handleMessage(msg)，优先级最低。