深入理解Message, MessageQueue, Handler和Looper
做过Android的都知道Message, MessageQueue, Handler和Looper，但知道不代表你理解它们。有时觉得用得很顺手，但Android怎么实现又说不上来，总觉得似懂非懂。不把它们攻破实在浑身不舒服。
先让我们一句话总结，再开始分析。
Looper不断获取MessageQueue中的一个Message，然后交给Hanlder处理。
其实Message和Runnable可以一并压入MessageQueue中，形成一个集合，后面将有所体现。
本文所涉及的代码文件以及路径：
frameworks/base/core/java/android/os/Hanlder.java
frameworks/base/core/java/android/os/Message.java
frameworks/base/core/java/android/os/MessageQueue.java
frameworks/base/core/java/android/os/Looper.java
frameworks/base/core/java/android/app/ActivityThread.java
frameworks/base/core/jni/android_os_MessageQueue.cpp
1、Message
android.os.Message定义了消息必要的描述和属性数据。
public final class Message implements Parcelable { public int what; public int arg1; public int arg2; public Object obj; public Messenger replyTo; Bundle data; Handler target; Runnable callback; ...... }
请注意里面的target和callback，后面将对此进行关联。其中arg1和arg2是用来存放整型数据的，what用来保存消息标识，obj是Object类型的任意对象，replyTo是消息管理器，会关联到一个handler。通常Message对象不是直接new出来，只要调用handler中的obtainMessage方法来直接获得Message对象。这也是Android推荐的做法。
/** * Return a new Message instance from the global pool. Allows us to * avoid allocating new objects in many cases. */ public static Message obtain() { synchronized (sPoolSync) { if (sPool != null) { Message m = sPool; sPool = m.next; m.next = null; m.flags = 0; // clear in-use flag sPoolSize--; return m; } } return new Message(); }
你看，如果池中没有才会new一个Message。
2、MessageQueue
MessageQueue是一个final class，用来存放消息的消息队列，它具有队列的常规操作，包括：
- 新建队列
-
MessageQueue(boolean quitAllowed) { mQuitAllowed = quitAllowed; mPtr = nativeInit(); }
-
private native static long nativeInit();
由代码可以看出，由构造函数和本地方法nativeInit()组成。其中，nativeInit()会在本地创建一个NativeMessageQueue对象，然后赋给MessageQueue中的成员变量，这一系列通过内存指针进行。
-
static jlong android_os_MessageQueue_nativeInit(JNIEnv* env, jclass clazz) { NativeMessageQueue* nativeMessageQueue = new NativeMessageQueue(); if (!nativeMessageQueue) { jniThrowRuntimeException(env, "Unable to allocate native queue"); return 0; } nativeMessageQueue->incStrong(env); return reinterpret_cast<jlong>(nativeMessageQueue); }
- 元素入队
-
boolean enqueueMessage(Message msg, long when)
- 元素出队
-
Message next()
- 元素删除
-
void removeMessages(Handler h, Runnable r, Object object)void removeMessages(Handler h, int what, Object object)
- 销毁队列
-
// Disposes of the underlying message queue. // Must only be called on the looper thread or the finalizer. private void dispose() { if (mPtr != 0) { nativeDestroy(mPtr); mPtr = 0; } }
销毁队列也需要用到本地方法，此处就不展开了。
3、Handler
Handler作为消息处理者，一是处理Message，二是将某个Message压入MessageQueue中。Handler类中持有MessageQueue和Looper成员变量（后面再体现它们的作用）：
public class Handler { final MessageQueue mQueue; final Looper mLooper; final Callback mCallback; final boolean mAsynchronous; IMessenger mMessenger; ...... }
先让我们focus Handler如何处理Message
public void dispatchMessage(Message msg)
public void handleMessage(Message msg)
一个对Message进行分发，一个对Message进行处理。
还记得开始的一句话总结么？Looper从MessageQueue中取出一个Message后，首先会调用Handler.dispatchMessage进行消息分发。这里虽然还没涉及Looper的讨论，但可以先给出消息分发的代码，具体在Looper类的loop方法中
public static void loop() { ...... for (;;) { ...... msg.target.dispatchMessage(msg); ...... } }
好，回到Handler的dispatchMessage方法
public void dispatchMessage(Message msg) { if (msg.callback != null) { handleCallback(msg); } else { if (mCallback != null) { if (mCallback.handleMessage(msg)) { return; } } handleMessage(msg); } }
通过代码得知，默认情况下Handler的派发流程是：
- 如果Message中的callback不为空，通过callback来处理（开头我们提到Message中有一个callback）
- 如果Handler的mCallback不为空，通过mCallback来处理
- 如果上面两个都为空，才调用handleMessage来处理
其中mCallback为
public interface Callback { public boolean handleMessage(Message msg); }
而一般情况下，我们就是通过直接new Handler的方式重写handleMessage来处理Message，这个Handler就是消息处理责任人。
/** * Subclasses must implement this to receive messages. */ public void handleMessage(Message msg) { }
接着，Handler第二个作用是将某个Message压入MessageQueue中。大家注意没有，Message是Handler处理，而Message也是Handler压入到MessageQueue中，既然这样，为什么不直接执行？其实这样是体现程序设计的有序性，如果事件优先级较小，就需要排队，否则马上处理。
将Message压入到MessageQueue中，能调用的主要的方法有：
public final boolean post(Runnable r)
public final boolean postDelayed(Runnable r, long delayMillis)
public final boolean sendMessage(Message msg)
public final boolean sendEmptyMessage(int what)
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); }
post系列的方法会调用相应的sendEmptyMessage、sendEmptyMessageDelayed等方法，最终进入sendMessageAtTime中，然后调用enqueueMessage，把Message压入队列中。
由于post方法的参数是Runnable对象，所以Hander内部提供了getPostMessage方法把Runnable对象转化为Message
private static Message getPostMessage(Runnable r) { Message m = Message.obtain(); m.callback = r; return m; }
最终，Handler形成了一个循环：Handler->MessageQueue->Message->Handler
4、Looper
Looper也是一个final class，并且持有一个MessageQueue，MessageQueue作为线程的消息存储仓库，配合Handler, Looper一起完成一系列操作。值得注意的是，还有一个final Thread和一个final ThreadLocal<Looper>的成员变量，其中ThreadLocal负责创建一个只针对当前线程的Looper及其它相关数据对象，其它线程无法访问。
Looper类中的注释还给了一个使用Looper的普通线程范例：
/*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(); * } * } */
其实就是三个步骤：
- Looper.prepare()准备工作
- 创建消息处理的handler
- 调用Looper.loop()进入消息循环
看起来简单吧？可是你能看出mHandler是怎样把消息投递到Looper所管理的MessageQueue中的么？Looper在什么时候创建呢？
先看一下Looper.prepare()到底做了什么事情
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)); }
private Looper(boolean quitAllowed) { mQueue = new MessageQueue(quitAllowed); mThread = Thread.currentThread(); }
首先通过sThreadLocal.get()判断保证一个Thread只能有一个Looper实例，最后new Looper完成Looper的实例化。同时MessageQueue就在Looper的构造函数中创建出来。
再来看handler的创建。还记得前面提到的Handler类中的成员变量么？Handler中就持有一个Looper，这样一来，Handler就和Looper关联起来了。Handler一共有7个构造函数，看其中一个：
public Handler(Callback callback, boolean async) { ...... mLooper = Looper.myLooper(); if (mLooper == null) { throw new RuntimeException( "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()"); } mQueue = mLooper.mQueue; mCallback = callback; mAsynchronous = async; }
Looper中的myLooper()
public static @Nullable Looper myLooper() { return sThreadLocal.get(); }
这样一来，Handler中的构造函数通过Looper.myLooper()获取当前线程中的Looper实例，实际上就是Looper中的sThreadLocal.get()调用；然后把mLooper.mQueue赋给Handler的mQueue，最终Handler, Looper和MessageQueue就联系起来了。后续Handler执行post/send系列的方法时，会将消息投递给mQueue，也就是mLooper.mQueue中。一旦Looper处理到消息，它又从中调用Handler来进行处理。
最后看Looper.loop()。
它有两个作用，一是创建处理消息的环境；二是循环处理消息。
public static void loop() { final Looper me = myLooper(); if (me == null) { throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread."); } 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(); for (;;) { 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); } 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(); } }
由前面得知，myLooper()就是调用sThreadLocal.get()来获取与之匹配的Looper实例。me.mQueue验证了每一个Looper中都自带了一个MessageQueue。进入for循环后，开始从MessageQueue中取出一个消息（可能会阻塞），如果当前消息队列中没有Message，线程退出；否则分发消息。msg.target.dispatchMessage(msg)中的target就是一个Handler。最后消息处理完毕，进行回收。
平时我们在Activity中使用Handler处理Message时，为什么看不到Looper呢？这只能说Android偷偷为我们做了一些背后的工作。好了，UI线程要上场了。
5、ActivityThread
没错，ActivityThread就是我们熟悉的UI线程，它在应用程序启动的时候由系统创建出来。先来看一下这个UI线程的main函数
public static void main(String[] args) { ...... Looper.prepareMainLooper(); ActivityThread thread = new ActivityThread(); thread.attach(false); if (sMainThreadHandler == null) { sMainThreadHandler = thread.getHandler(); } ...... Looper.loop(); throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited"); }
有两点与普通线程不一样的地方。
普通线程只要prepare就可以了，而主线程使用的是prepareMainLooper；普通线程生成一个与Looper绑定的Handler对象就行，而主线程是从当前线程中获取Handler（thread.getHandler()）。
public static void prepareMainLooper() { prepare(false); synchronized (Looper.class) { if (sMainLooper != null) { throw new IllegalStateException("The main Looper has already been prepared."); } sMainLooper = myLooper(); } }
其实prepareMainLooper也是调用prepare，只是不让该线程退出。经过prepare后，myLooper()就得到一个本地线程<ThreadLocal>的Looper对象，然后赋给sMainLooper，也就是UI线程的Looper。如果其它线程想获得主线程的Looper，只需调用getMainLooper()。
public static Looper getMainLooper() { synchronized (Looper.class) { return sMainLooper; } }
再来看thread.getHandler()。
其实ActivityThead内部有一个继承Handler的H类
private class H extends Handler { ...... public void handleMessage(Message msg) { ...... } ...... }
final H mH = new H();
所以thread.getHandler()返回的就是mH，这样ActivityThread也有一个Handler处理各种消息了。
总结一下。
- 每个Thread只对应一个Looper
- 每个Looper只对应一个MessageQueue
- 每个MessageQueue有N个Message
- 每个Message最多指定一个Handler来处理
而Thread和Handler是一对多的关系。
到这里，是不是对Message, MessageQueue, Handler和Looper有了更深的认识呢？
参考：
《深入理解Android内核设计思想》 林学森 编著
