Android中消息系统模型和Handler Looper
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Android中消息系统模型和Handler Looper
作为Android中大量使用的Handler，结合Thread使其具有众多的使用形式和方法，
让我一时感觉这个东西有些玄乎，不明所以然，这到底是一个什么样的存在呢？通过网上
资料和源码的学习，这个Handler也差不多弄清楚了，现在总结下这个学习结果。
一 Handler作用和概念
通过官方文档了解到Handler的大致概念是：
Handler能够让你发送和处理消息，以及Runnable对象；每个Handler对象对应一个Thread和
Thread的消息队列。当你创建一个Handler时，它就和Thread的消息队列绑定在一起，然后就可以
传递消息和runnable对象到消息队列中，执行消息后就从消息队列中退出。
Handler的作用就是：调度消息和runnable对象去被执行；使动作在不同的线程中被执行。
当一个应用程序中进程被创建时，它的主线程专门运行消息队列（messageQueue），去管
理顶层的应用程序相关的对象如：activity，broadcastReceiver，windows等，你可以创建你
的Thread，和主线程进行交互——通过Handler，交互的方法就是通过post或者sendMessage。
但是在你的新线程中，给定的Message或者Runnable，会在适当的时候的被调度和处理。
（即不会被立即处理——阻塞式）。
这是官方文档中对Handler描述的大致意思（英文比较烂翻译不定正确）。
从这些文档中我们大概了解到handler干了些什么：
- 运行在某个线程上，共享线程的消息队列；
- 接收消息、调度消息，派发消息和处理消息；
- 实现消息的异步处理；
基本上就是和消息有关，那么这实际上是在干什么呢？
——建立消息处理模型/系统。
要学习Handler，看到肯定是和消息有关，可能还是需要先熟悉一下消息系统的构成和简单原理。
下面就先学习一下消息系统的基本原理。
二 消息系统的基本原理和构成
从一般的消息系统模型的建立大致构成以下几个部分：
l 消息原型
l 消息队列
l 发送消息
l 消息循环
l 消息获取
l 消息派发
l 消息处理
大致模型图如下：
消息系统模型一般会包括以上七个部分（消息原型，消息队列，消息发送，消息循环，消息获取，
消息派发，消息处理）。实际上的核心是消息队列和消息循环，其余部分都是围绕这两部分进行的。
从前面文档的分析中我们知道Handler就是用来建立消息处理的系统模型，那么和这里基本消息
系统模型相比，那么Handler又是如何囊括这七个部分的呢？
在Android中对这六个部分进行了抽象成四个独立的部分：
Handler，Message，MessageQueue，Looper；
- Message就是消息原型，包含消息描述和数据，
- MessageQueue就是消息队列，
- Looper完成消息循环
- Handler就是驾驭整个消息系统模型，统领Message，MessgeQueue和Looper；
Handler能够实现消息系统模型，那么具体是如何进行工作的呢，下面探究一下这其中工作的方法和原理。
三 Handler工作原理分析
要了解Handler工作原理，先看一下这个系统模型具体组成的层次结构框架是个什么样的。
Looper：
实现Thread的消息循环和消息派发，缺省情况下Thread是没有这个消息循环的既没有Looper；
需要主动去创建，然后启动Looper的消息循环loop；与外部的交互通过Handler进行；
MessageQueue：
消息队列，由Looper所持有，但是消息的添加是通过Handler进行；
消息循环和消息队列都是属于Thread，而Handler本身并不具有Looper和MessageQueue；
但是消息系统的建立和交互，是Thread将Looper和MessageQueue交给某个Handler维护建立消息系统模型。
所以消息系统模型的核心就是Looper。消息循环和消息队列都是由Looper建立的，
而建立Handler的关键就是这个Looper。
一个Thread同时可以对应多个Handler，一个Handler同时只能属于一个Thread。Handler属于哪个
Thread取决于Handler在那个Thread中建立。
在一个Thread中Looper也是唯一的，一个Thread对应一个Looper，建立Handler的Looper来自哪个Thread，
Handler属于哪个Thread。
故建立Thread消息系统，就是将Thread的Looper交给Handler去打理，实现消息系统模型，完成消息的异步处理。
Handler与Thread及Looper的关系可以用下面图来表示：
Handler并不等于Thread，必须通过Thread的Looper及其MessageQueue，
用来实现Thread消息系统模型，依附于Thread上。
在线程建立Handler时：
使Handler满足消息系统需要的条件，将Thread中的Looper和MessageQueue交给Handler来负责维护。
在线程中建立Handler，需要做以下工作：
l 获取Thread中的Looper交给Handler的成员变量引用维护；
l 通过Looper获取MessageQueue交给Handler的成员变量引用维护。
那么消息系统模型建立完成之后，按照消息系统运行，
从Handler来看就是发送消息派发消息，与此线程消息系统的交互都由Handler完成。
消息发送和派发接口：
l post（runnable）消息，Runnable是消息回调，经过消息循环引发消息回调函数执行；
l sendMessage（Message）消息，经过消息循环派发消息处理函数中处理消息；
l dispatchMessage 派发消息，若是post或带有回调函数则执行回调函数，否则执行
消息处理函数Handler的handleMessage（通常派生类重写）。
以上就是Handler如何实现Thread消息系统模型的大致介绍。
下面将具体分析是如何实现消息系统模型运行的。
四 Handler实现流程分析
我们知道Handler就是一个消息系统的外壳，属于某个Thread并包装了Thread的Looper
及其MessageQueue；与外部进行交互（同一个线程内或者线程之间），接收派发和处理消息，
消息系统模型的核心是Looper。
下面看看Handler是如何建立跑起来的，以msg消息为例，runnable实质是一样。
1 Handler的建立
Handler唯一属于某个Thread，在某个Thread中建立Handler时，需要获取Thread的Looper
及其MessageQueue，建立Handler关键是Looper的来源。
Handler提供了好几个构造函数但其本质一致：
由外部传入Looper：当前线程或其他线程
public Handler(Looper looper) {
//初始化构建消息系统参数
mLooper = looper;
mQueue = looper.mQueue;
mCallback = null;
}
从当前线程获取：由创建Handler的Thread决定
public Handler() {
//初始化构建消息系统参数
mLooper = Looper.myLooper();
mQueue = mLooper.mQueue;
mCallback = null;
}
public static Looper myLooper() {
return sThreadLocal.get();
}
不管哪种方式，我们知道Thread在默认情况下是没有建立消息循环Looper实例的。
要实现消息循环必须确保Thread的Looper建立。如何确保呢？
Looper提供了静态函数：
public static void prepare() {
if (sThreadLocal.get() != null) {
throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
}
sThreadLocal.set(new Looper());
}
//存储线程的局部变量
static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();
看到这里刚开始让我很是奇怪和迷惑：
Looper一个独立的类，又不属于某个Thread，而这里创建Looper的函数又是静态的，
属于整个Looper类；创建Looper之后交给静态成员变量sThreadLocal保存，获取
sThreadLocal.get()，那么一个静态变量属于整个类，属性更改始终有效。一次创建之后
sThreadLocal.get()永远都不等于null！
而Thread和Looper是唯一对应的，那这里岂不是所有的Thread都是用同一个Looper，不可能！
所以肯定这个ThreadLocal是有玄机的。网上一查：
ThreadLocal：
维护线程的变量，为每个使用该变量的线程实例提供独立的变量副本，每个线程都能够独立使用该变量，
而互不影响。（详细可参考：http://blog.csdn.net/qjyong/article/details/2158097）
所以每一个线程调用Looper.prepare时，都会创建为其唯一的Looper。
要建立Handler，需要先创建线程的Looper，才能建立消息系统模型。通过Looper我们建立了
Thread上的消息系统模型Handler，可以来进行消息系统的一系列流程了。
2 消息发送
消息发送两种方式：post和sendMessage；
post：针对runnable对象；Runnable是一个接口，就是一个回调函数（提供了run方法）
sendMessage：针对Message对象；
下面通过代码具体看一下这个过程：
public final boolean post(Runnable r){
return sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);
}
public final boolean sendMessage(Message msg){
return sendMessageDelayed(msg, 0);
}
看到post和sendMessage发送消息时，仅仅是对象不同而已，Runnable和Message；
但实际上都是Message的形式来描述。
这跟我通常理解的消息机制不同：
通常post消息是将消息加入到消息队列中并不立即执行就返回，send消息是立即执行等待消息执行完才返回。
而这里post或者send都是将消息放入到消息队列中，然后立即返回，等待消息循环时获取消息被执行。
这里提供了众多的消息发送方法来指定消息的执行时间和顺序，具体可以查看源代码。
消息执行顺序是根据消息队列中消息的排列顺序而定。
下面看一下发送消息后将消息加入到消息队列中的代码：
由Handler调用MessageQueue的enqueueMessage方法：
final boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
Message p = mMessages;
if (p == null || when == 0 || when < p.when) {
msg.next = p;
mMessages = msg;
}
else {
Message prev = null;
while (p != null && p.when <= when) {
prev = p;
p = p.next;
}
msg.next = prev.next;
prev.next = msg;
}
……
}
可以看到是按照时间顺序将消息加入到MessageQueue中;
现在将消息加入到消息队列中存储起来，消息并未得到处理，下一步必然是如何派发消息和处理消息。
3 消息派发
建立Thread消息循环由Looper完成，存在一个消息调度死循环：
public static void loop() {
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;
}
//派发消息 到target（Handler）
msg.target.dispatchMessage(msg);
//回收Msg到msgPool
msg.recycle();
}
}
}
这里看到消息派发是由Message的target完成，这个target是什么呢？是一个Handler。
消息系统是通过Handler用来与外部交互，把消息派发出去。可以看到没有这个Handler，消息循环将结束。
消息派发由Looper通过Handler完成：
public void dispatchMessage(Message msg) {
//首先判断runnable对象
if (msg.callback != null) {
handleCallback(msg);
}
else {
//整个消息系统的回调函数 可以不用实现自己Handler
if (mCallback != null) {
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
}
}
//消息处理 通常交给Handler派生类
handleMessage(msg);
}
}
通过消息派发，这样就实现消息的异步处理。
4 消息原型
前面看到消息发送有两种方式：
post（Runnable对象），sendMessage（Message对象），而中间都是通过Message对象
保存在MessageQueue中。然后消息派发时处理方式不同。如果在sendMessage时将将消息对象
附上Runnable对象，则post和sendMessage没有区别了。所以这两种方式很好理解基本一致，处理的方式不同罢了。
消息系统模型中，我们的真正的消息原型是什么，都具有那些功能，下面看一下Message中到底
包含了那些东西，能有效帮助我们合理的运用消息系统来完成一些任务和处理。
Message消息原型：
public final class Message implements Parcelable {
//标识消息
public int what;
int flags;
long when;
//传递简单数据
public int arg1;
public int arg2;
//传递较复杂数据 对象
public Object obj;
Bundle data;
//处理消息的目标Handler
Handler target;
//消息派发时 执行的Runnable对象
Runnable callback;
//使消息形成链表
Message next;
//建立一个消息pool，回收msg，以避免重复创建节约开销
private static Message sPool;
private static int sPoolSize = 0;
private static final int MAX_POOL_SIZE = 10;
}
看到提供了很丰富的属性来描述消息，针对具体问题选择使用那些属性去怎么样描述消息了。
获取新的Message对象时，Message提供了obtain方法：避免我们自己去分配Message新的对象，
通过obtain获取，可能从MessagePool中获取，节约开销。
下面看一下这个MessagePool是如何建立的：
通常消息处理完毕的时候，消息也基本上处于无用状态可以释放回收了。对于需要频繁的创建释放的对象来说，
创建和释放类实例都是要开销的，太频繁的使开销增大不好，像Message这种很有可能会频繁的创建。
于是我们可以将创建的对象用完之后保存在一个Pool里面，以便再重复利用节约频繁创建释放开销。
是如何建立的呢？必然是在消息处理完毕之后才能进行。
MessagePool建立：
public static void loop() {
while (true) {
//派发消息
msg.target.dispatchMessage(msg);
//消息处理完毕 回收
msg.recycle();
}
}
public void recycle() {
//回收Message 建立全局的MessagePool
if (sPoolSize < MAX_POOL_SIZE) {
next = sPool;
sPool = this;
sPoolSize++;
}
}
五 Handler的应用
以上这就是整个Handler作用及消息系统模型的建立。
使用也非常简单，虽然有很多方式，但只要理解Handler是建立在Looper上，实现Thread的
消息系统处理模型，实现消息异步处理，我想对与Handler基本应用上没有什么不能理解的了。
其他方面可以去看源码了。
Handler使用起来是非常简单的，关键就是如何利用消息的异步处理，来合理的完成我们
需要功能和任务。对于一个Thread，我们使用好几个Handler来进行异步处理，也可以创建新的Thread，
通过Handler来实现消息异步处理等等，应用场景很多如何用的好用的合理，这就没什么经验了。
至于如何使用，源码中很多例子可以看一下AsyncQueryHandler这个类，其中两个线程，
完成查询工作，通过Handler进行线程之间有消息传递。感觉这个利用的很好很巧妙。
