Android Handler,Message,MessageQueue,Loper源碼解析詳解
本文主要是對Handler和消息循環的實現原理進行源碼分析，如果不熟悉Handler可以參見博文《 Android中Handler的使用》，裡面對Android為何以引入Handler機制以及如何使用Handler做瞭講解。
概括來說，Handler是Android中引入的一種讓開發者參與處理線程中消息循環的機制。我們在使用Handler的時候與Message打交道最多，Message是Hanlder機制向開發人員暴露出來的相關類，可以通過Message類完成大部分操作Handler的功能。但作為程序員，我不能隻知道怎麼用Handler，還要知道其內部如何實現的。Handler的內部實現主要涉及到如下幾個類: Thread、MessageQueue和Looper。這幾類之間的關系可以用如下的圖來簡單說明：
Thread是最基礎的，Looper和MessageQueue都構建在Thread之上，Handler又構建在Looper和MessageQueue之上，我們通過Handler間接地與下面這幾個相對底層一點的類打交道。
MessageQueue
MessageQueue源碼鏈接
最基礎最底層的是Thread，每個線程內部都維護瞭一個消息隊列——MessageQueue。消息隊列MessageQueue，顧名思義，就是存放消息的隊列（好像是廢話…）。那隊列中存儲的消息是什麼呢？假設我們在UI界面上單擊瞭某個按鈕，而此時程序又恰好收到瞭某個廣播事件，那我們如何處理這兩件事呢？ 因為一個線程在某一時刻隻能處理一件事情，不能同時處理多件事情，所以我們不能同時處理按鈕的單擊事件和廣播事件，我們隻能挨個對其進行處理，隻要挨個處理就要有處理的先後順序。 為此Android把UI界面上單擊按鈕的事件封裝成瞭一個Message，將其放入到MessageQueue裡面去，即將單擊按鈕事件的Message入棧到消息隊列中，然後再將廣播事件的封裝成以Message，也將其入棧到消息隊列中。也就是說一個Message對象表示的是線程需要處理的一件事情，消息隊列就是一堆需要處理的Message的池。線程Thread會依次取出消息隊列中的消息，依次對其進行處理。MessageQueue中有兩個比較重要的方法，一個是enqueueMessage方法，一個是next方法。enqueueMessage方法用於將一個Message放入到消息隊列MessageQueue中，next方法是從消息隊列MessageQueue中阻塞式地取出一個Message。在Android中，消息隊列負責管理著頂級程序對象（Activity、BroadcastReceiver等）以及由其創建的所有窗口。需要註意的是，消息隊列不是Android平臺特有的，其他的平臺框架也會用到消息隊列，比如微軟的MFC框架等。
Looper
Looper源碼鏈接
消息隊列MessageQueue隻是存儲Message的地方，真正讓消息隊列循環起來的是Looper，這就好比消息隊列MessageQueue是個水車，那麼Looper就是讓水車轉動起來的河水，如果沒有河水，那麼水車就是個靜止的擺設，沒有任何用處，Looper讓MessageQueue動瞭起來，有瞭活力。
Looper是用來使線程中的消息循環起來的。默認情況下當我們創建一個新的線程的時候，這個線程裡面是沒有消息隊列MessageQueue的。為瞭能夠讓線程能夠綁定一個消息隊列，我們需要借助於Looper：首先我們要調用Looper的prepare方法，然後調用Looper的Loop方法。典型的代碼如下所示：
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();
}
}
需要註意的是Looper.prepare()和Looper.loop()都是在新線程的run方法內調用的，這兩個方法都是靜態方法。我們通過查看Looper的源碼可以發現，Looper的構造函數是private的，也就是在該類的外部不能用new Looper()的形式得到一個Looper對象。根據我們上面的描述，我們知道線程Thread和Looper是一對一綁定的，也就是一個線程中最多隻有一個Looper對象，這也就能解釋Looper的構造函數為什麼是private的瞭，我們隻能通過工廠方法Looper.myLooper()這個靜態方法獲取當前線程所綁定的Looper。
Looper通過如下代碼保存瞭對當前線程的引用：
static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();
所以在Looper對象中通過sThreadLocal就可以找到其綁定的線程。ThreadLocal中有個set方法和get方法，可以通過set方法向ThreadLocal中存入一個對象，然後可以通過get方法取出存入的對象。ThreadLocal在new的時候使用瞭泛型，從上面的代碼中我們可以看到此處的泛型類型是Looper，也就是我們通過ThreadLocal的set和get方法隻能寫入和讀取Looper對象類型，如果我們調用其ThreadLocal的set方法傳入一個Looper，將該Looper綁定給瞭該線程，相應的get就能獲得該線程所綁定的Looper對象。
我們再來看一下Looper.prepare()，該方法是讓Looper做好準備，隻有Looper準備好瞭之後才能調用Looper.loop()方法，Looper.prepare()的代碼如下:
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));
}
上面的代碼首先通過sThreadLocal.get()拿到線程sThreadLocal所綁定的Looper對象，由於初始情況下sThreadLocal並沒有綁定Looper，所以第一次調用prepare方法時，sThreadLocal.get()返回null，不會拋出異常。重點是下面的代碼sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed))，首先通過私有的構造函數創建瞭一個Looper對象的實例，然後通過sThreadLocal的set方法將該Looper綁定到sThreadLocal中。
這樣就完成瞭線程sThreadLocal與Looper的雙向綁定：
a. 在Looper內通過sThreadLocal可以獲取Looper所綁定的線程；
b.線程sThreadLocal通過sThreadLocal.get()方法可以獲取該線程所綁定的Looper對象。
上面的代碼執行瞭Looper的構造函數，我們看一下其代碼：
private Looper(boolean quitAllowed) {
mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
mThread = Thread.currentThread();
}
我們可以看到在其構造函數中實例化一個消息隊列MessageQueue，並將其賦值給其成員字段mQueue,這樣Looper也就與MessageQueue通過成員字段mQueue進行瞭關聯。
在執行完瞭Looper.prepare()之後，我們就可以在外部通過調用Looper.myLooper()獲取當前線程綁定的Looper對象。
myLooper的代碼如下所示：
public static Looper myLooper() {
return sThreadLocal.get();
}
需要註意的是，在一個線程中，隻能調用一次Looper.prepare()，因為在第一次調用瞭Looper.prepare()之後，當前線程就已經綁定瞭Looper，在該線程內第二次調用Looper.prepare()方法的時候，sThreadLocal.get()會返回第一次調用prepare的時候綁定的Looper，不是null，這樣就會走的下面的代碼throw new RuntimeException(“Only one Looper may be created per thread”)，從而拋出異常，告訴開發者一個線程隻能綁定一個Looper對象。
在調用瞭Looper.prepare()方法之後，當前線程和Looper就進行瞭雙向的綁定，這時候我們就可以調用Looper.loop()方法讓消息隊列循環起來瞭。
需要註意的是Looper.loop()應該在該Looper所綁定的線程中執行。
Looper.loop()的代碼如下:
public static void loop() {
final Looper me = myLooper();
if (me == null) {
throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
}
//註意下面這行
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();
//註意下面這行
for (;;) {
//註意下面這行
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);
}
//註意下面這行
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.recycleUnchecked();
}
}
上面有幾行代碼是關鍵代碼:
1. final MessageQueue queue = me.mQueue;
變量me是通過靜態方法myLooper()獲得的當前線程所綁定的Looper，me.mQueue是當前線程所關聯的消息隊列。
2. for (;;)
我們發現for循環沒有設置循環終止的條件，所以這個for循環是個死循環。
3. Message msg = queue.next(); // might block
我們通過消息隊列MessageQueue的next方法從消息隊列中取出一條消息，如果此時消息隊列中有Message，那麼next方法會立即返回該Message，如果此時消息隊列中沒有Message，那麼next方法就會阻塞式地等待獲取Message。
4. msg.target.dispatchMessage(msg);
msg的target屬性是Handler，該代碼的意思是讓Message所關聯的Handler通過dispatchMessage方法讓Handler處理該Message，關於Handler的dispatchMessage方法將會在下面詳細介紹。
Handler
Handler源碼鏈接
Handler是暴露給開發者最頂層的一個類，其構建在Thread、Looper與MessageQueue之上。
Handler具有多個構造函數，簽名分別如下所示：
1. publicHandler()
2. publicHandler(Callbackcallback)
3. publicHandler(Looperlooper)
4. publicHandler(Looperlooper, Callbackcallback)
第1個和第2個構造函數都沒有傳遞Looper，這兩個構造函數都將通過調用Looper.myLooper()獲取當前線程綁定的Looper對象，然後將該Looper對象保存到名為mLooper的成員字段中。
第3個和第4個構造函數傳遞瞭Looper對象，這兩個構造函數會將該Looper保存到名為mLooper的成員字段中。
第2個和第4個構造函數還傳遞瞭Callback對象，Callback是Handler中的內部接口，需要實現其內部的handleMessage方法，Callback代碼如下:
public interface Callback {
public boolean handleMessage(Message msg);
}
Handler.Callback是用來處理Message的一種手段，如果沒有傳遞該參數，那麼就應該重寫Handler的handleMessage方法，也就是說為瞭使得Handler能夠處理Message，我們有兩種辦法：
1. 向Hanlder的構造函數傳入一個Handler.Callback對象，並實現Handler.Callback的handleMessage方法
2. 無需向Hanlder的構造函數傳入Handler.Callback對象，但是需要重寫Handler本身的handleMessage方法
也就是說無論哪種方式，我們都得通過某種方式實現handleMessage方法，這點與Java中對Thread的設計有異曲同工之處。
在Java中，如果我們想使用多線程，有兩種辦法：
1. 向Thread的構造函數傳入一個Runnable對象，並實現Runnable的run方法
2. 無需向Thread的構造函數傳入Runnable對象，但是要重寫Thread本身的run方法
所以隻要用過多線程Thread，應該就對Hanlder這種需要實現handleMessage的兩種方式瞭然於心瞭。
我們知道通過sendMessageXXX系列方法可以向消息隊列中添加消息，我們通過源碼可以看出這些方法的調用順序，
sendMessage調用瞭sendMessageDelayed，sendMessageDelayed又調用瞭sendMessageAtTime。
Handler中還有一系列的sendEmptyMessageXXX方法，而這些sendEmptyMessageXXX方法在其內部又分別調用瞭其對應的sendMessageXXX方法。
通過以下調用關系圖我們可以看的更清楚些:
由此可見所有的sendMessageXXX方法和sendEmptyMessageXXX最終都調用瞭sendMessageAtTime方法。
我們再來看看postXXX方法，會發現postXXX方法在其內部又調用瞭對應的sendMessageXXX方法，我們可以查看下sendMessage的源碼:
public final boolean post(Runnable r)
{
return sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);
}
可以看到內部調用瞭getPostMessage方法，該方法傳入一個Runnable對象，得到一個Message對象，getPostMessage的源碼如下:
private static Message getPostMessage(Runnable r) {
Message m = Message.obtain();
m.callback = r;
return m;
}
通過上面的代碼我們可以看到在getPostMessage方法中，我們創建瞭一個Message對象，並將傳入的Runnable對象賦值給Message的callback成員字段，然後返回該Message，然後在post方法中該攜帶有Runnable信息的Message傳入到sendMessageDelayed方法中。由此我們可以看到所有的postXXX方法內部都需要借助sendMessageXXX方法來實現，所以postXXX與sendMessageXXX並不是對立關系，而是postXXX依賴sendMessageXXX，所以postXXX方法可以通過sendMessageXXX方法向消息隊列中傳入消息，隻不過通過postXXX方法向消息隊列中傳入的消息都攜帶有Runnable對象（Message.callback）。
我們可以通過如下關系圖看清楚postXXX系列方法與sendMessageXXX方法之間的調用關系：
通過分別分析sendEmptyMessageXXX、postXXX方法與sendMessageXXX方法之間的關系，我們可以看到在Handler中所有可以直接或間接向消息隊列發送Message的方法最終都調用瞭sendMessageAtTime方法，該方法的源碼如下：
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;
}
//註意下面這行代碼
return enqueueMessage(queue, msg, uptimeMillis);
}
該方法內部調用瞭enqueueMessage方法，該方法的源碼如下：
private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
//註意下面這行代碼
msg.target = this;
if (mAsynchronous) {
msg.setAsynchronous(true);
}
//註意下面這行代碼
return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}
在該方法中有兩件事需要註意：
1. msg.target = this
該代碼將Message的target綁定為當前的Handler
2. queue.enqueueMessage
變量queue表示的是Handler所綁定的消息隊列MessageQueue，通過調用queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis)我們將Message放入到消息隊列中。
所以我們通過下圖可以看到完整的方法調用順序：
我們在分析Looper.loop()的源碼時發現，Looper一直在不斷的從消息隊列中通過MessageQueue的next方法獲取Message，然後通過代碼msg.target.dispatchMessage(msg)讓該msg所綁定的Handler（Message.target）執行dispatchMessage方法以實現對Message的處理。
Handler的dispatchMessage的源碼如下：
public void dispatchMessage(Message msg) {
//註意下面這行代碼
if (msg.callback != null) {
handleCallback(msg);
} else {
//註意下面這行代碼
if (mCallback != null) {
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
}
}
//註意下面這行代碼
handleMessage(msg);
}
}
我們來分析下這段代碼：
1.首先會判斷msg.callback存不存在，msg.callback是Runnable類型，如果msg.callback存在，那麼說明該Message是通過執行Handler的postXXX系列方法將Message放入到消息隊列中的，這種情況下會執行handleCallback(msg), handleCallback源碼如下：
private static void handleCallback(Message message) {
message.callback.run();
}
這樣我們我們就清楚地看到我們執行瞭msg.callback的run方法，也就是執行瞭postXXX所傳遞的Runnable對象的run方法。
2.如果我們不是通過postXXX系列方法將Message放入到消息隊列中的，那麼msg.callback就是null，代碼繼續往下執行，接著我們會判斷Handler的成員字段mCallback存不存在。mCallback是Hanlder.Callback類型的，我們在上面提到過，在Handler的構造函數中我們可以傳遞Hanlder.Callback類型的對象，該對象需要實現handleMessage方法，如果我們在構造函數中傳遞瞭該Callback對象，那麼我們就會讓Callback的handleMessage方法來處理Message。
3.如果我們在構造函數中沒有傳入Callback類型的對象，那麼mCallback就為null,那麼我們會調用Handler自身的hanldeMessage方法，該方法默認是個空方法，我們需要自己是重寫實現該方法。
綜上，我們可以看到Handler提供瞭三種途徑處理Message，而且處理有前後優先級之分：首先嘗試讓postXXX中傳遞的Runnable執行，其次嘗試讓Handler構造函數中傳入的Callback的handleMessage方法處理，最後才是讓Handler自身的handleMessage方法處理Message。
一圖勝千言
我們在本文討論瞭Thread、MessageQueue、Looper以及Hanlder的之間的關系，我們可以通過如下一張傳送帶的圖來更形象的理解他們之間的關系。
在現實生活的生產生活中，存在著各種各樣的傳送帶，傳送帶上面灑滿瞭各種貨物，傳送帶在發動機滾輪的帶動下一直在向前滾動，不斷有新的貨物放置在傳送帶的一端，貨物在傳送帶的帶動下送到另一端進行收集處理。
我們可以把傳送帶上的貨物看做是一個個的Message，而承載這些貨物的傳送帶就是裝載Message的消息隊列MessageQueue。傳送帶是靠發送機滾輪帶動起來轉動的，我們可以把發送機滾輪看做是Looper，而發動機的轉動是需要電源的，我們可以把電源看做是線程Thread，所有的消息循環的一切操作都是基於某個線程的。一切準備就緒，我們隻需要按下電源開關發動機就會轉動起來，這個開關就是Looper的loop方法，當我們按下開關的時候，我們就相當於執行瞭Looper的loop方法，此時Looper就會驅動著消息隊列循環起來。
那Hanlder在傳送帶模型中相當於什麼呢？我們可以將Handler看做是放入貨物以及取走貨物的管道：貨物從一端順著管道劃入傳送帶，貨物又從另一端順著管道劃出傳送帶。我們在傳送帶的一端放入貨物的操作就相當於我們調用瞭Handler的sendMessageXXX、sendEmptyMessageXXX或postXXX方法，這就把Message對象放入到瞭消息隊列MessageQueue中瞭。當貨物從傳送帶的另一端順著管道劃出時，我們就相當於調用瞭Hanlder的dispatchMessage方法，在該方法中我們完成對Message的處理。
囉囉嗦嗦說瞭很多，希望本文對於大傢理解Android中的Handler和消息循環機制有所幫助。
到此這篇關於Android Handler,Message,MessageQueue,Loper源碼解析詳解的文章就介紹到這瞭,更多相關Android Handler,Message,MessageQueue,Loper內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet！
推薦閱讀：
- Android handle-message的發送與處理案例詳解
- Android Handle原理(Looper,Handler和Message三者關系案例詳解
- Android消息機制Handler深入理解
- Android消息機制Handler用法總結
- Android Loop機制中Looper與handler詳細分析