android的消息处理机制（图+源码分析）——Looper,Handler,Message



作为一个大三的预备程序员，我学习android的一大乐趣是可以通过源码学习google大牛们的设计思想。android源码中包含了大量的设计模式，除此以外，android sdk还精心为我们设计了各种helper类，对于和我一样渴望水平得到进阶的人来说，都太值得一读了。这不，前几天为了了解android的消息处理机制，我看了Looper，Handler，Message这几个类的源码，结果又一次被googler的设计震撼了，特与大家分享。

android的消息处理有三个核心类：Looper,Handler和Message。其实还有一个Message Queue（消息队列），但是MQ被封装到Looper里面了，我们不会直接与MQ打交道，因此我没将其作为核心类。下面一一介绍：

线程的魔法师 Looper

Looper的字面意思是“循环者”，它被设计用来使一个普通线程变成Looper线程。所谓Looper线程就是循环工作的线程。在程序开发中（尤其是GUI开发中），我们经常会需要一个线程不断循环，一旦有新任务则执行，执行完继续等待下一个任务，这就是Looper线程。使用Looper类创建Looper线程很简单：

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public class LooperThread extends Thread {    @Override    public void run() {        // 将当前线程初始化为Looper线程        Looper.prepare();                // ...其他处理，如实例化handler                // 开始循环处理消息队列        Looper.loop();    }}

通过上面两行核心代码，你的线程就升级为Looper线程了！！！是不是很神奇？让我们放慢镜头，看看这两行代码各自做了什么。

1)Looper.prepare()

通过上图可以看到，现在你的线程中有一个Looper对象，它的内部维护了一个消息队列MQ。注意，一个Thread只能有一个Looper对象，为什么呢？咱们来看源码。

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public class Looper {    // 每个线程中的Looper对象其实是一个ThreadLocal，即线程本地存储(TLS)对象    private static final ThreadLocal sThreadLocal = new ThreadLocal();    // Looper内的消息队列    final MessageQueue mQueue;    // 当前线程    Thread mThread;    // 。。。其他属性    // 每个Looper对象中有它的消息队列，和它所属的线程    private Looper() {        mQueue = new MessageQueue();        mRun = true;        mThread = Thread.currentThread();    }    // 我们调用该方法会在调用线程的TLS中创建Looper对象    public static final void prepare() {        if (sThreadLocal.get() != null) {            // 试图在有Looper的线程中再次创建Looper将抛出异常            throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");        }        sThreadLocal.set(new Looper());    }    // 其他方法}

通过源码，prepare()背后的工作方式一目了然，其核心就是将looper对象定义为ThreadLocal。如果你还不清楚什么是ThreadLocal，请参考《理解ThreadLocal》。

2）Looper.loop()

调用loop方法后，Looper线程就开始真正工作了，它不断从自己的MQ中取出队头的消息(也叫任务)执行。其源码分析如下：

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  public static final void loop() {        Looper me = myLooper();  //得到当前线程Looper        MessageQueue queue = me.mQueue;  //得到当前looper的MQ                // 这两行没看懂= = 不过不影响理解        Binder.clearCallingIdentity();        final long ident = Binder.clearCallingIdentity();        // 开始循环        while (true) {            Message msg = queue.next(); // 取出message            if (msg != null) {                if (msg.target == null) {                    // message没有target为结束信号，退出循环                    return;                }                // 日志。。。                if (me.mLogging!= null) me.mLogging.println(                        ">>>>> Dispatching to " + msg.target + " "                        + msg.callback + ": " + msg.what                        );                // 非常重要！将真正的处理工作交给message的target，即后面要讲的handler                msg.target.dispatchMessage(msg);                // 还是日志。。。                if (me.mLogging!= null) me.mLogging.println(                        "<<<<< Finished to    " + msg.target + " "                        + msg.callback);                                // 下面没看懂，同样不影响理解                final long newIdent = Binder.clearCallingIdentity();                if (ident != newIdent) {                    Log.wtf("Looper", "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);                }                // 回收message资源                msg.recycle();            }        }    }

除了prepare()和loop()方法，Looper类还提供了一些有用的方法，比如

Looper.myLooper()得到当前线程looper对象：

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    public static final Looper myLooper() {        // 在任意线程调用Looper.myLooper()返回的都是那个线程的looper        return (Looper)sThreadLocal.get();    }

getThread()得到looper对象所属线程：

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    public Thread getThread() {        return mThread;    }

quit()方法结束looper循环：

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    public void quit() {        // 创建一个空的message，它的target为NULL，表示结束循环消息        Message msg = Message.obtain();        // 发出消息        mQueue.enqueueMessage(msg, 0);    }

到此为止，你应该对Looper有了基本的了解，总结几点：

1.每个线程有且最多只能有一个Looper对象，它是一个ThreadLocal

2.Looper内部有一个消息队列，loop()方法调用后线程开始不断从队列中取出消息执行

3.Looper使一个线程变成Looper线程。

那么，我们如何往MQ上添加消息呢？下面有请Handler！（掌声~~~）

异步处理大师 Handler

什么是handler？handler扮演了往MQ上添加消息和处理消息的角色（只处理由自己发出的消息），即通知MQ它要执行一个任务(sendMessage)，并在loop到自己的时候执行该任务(handleMessage)，整个过程是异步的。handler创建时会关联一个looper，默认的构造方法将关联当前线程的looper，不过这也是可以set的。默认的构造方法：

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public class handler {    final MessageQueue mQueue;  // 关联的MQ    final Looper mLooper;  // 关联的looper    final Callback mCallback;     // 其他属性    public Handler() {        // 没看懂，直接略过，，，        if (FIND_POTENTIAL_LEAKS) {            final Class<? extends Handler> klass = getClass();            if ((klass.isAnonymousClass() || klass.isMemberClass() || klass.isLocalClass()) &&                    (klass.getModifiers() & Modifier.STATIC) == 0) {                Log.w(TAG, "The following Handler class should be static or leaks might occur: " +                    klass.getCanonicalName());            }        }        // 默认将关联当前线程的looper        mLooper = Looper.myLooper();        // looper不能为空，即该默认的构造方法只能在looper线程中使用        if (mLooper == null) {            throw new RuntimeException(                "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");        }        // 重要！！！直接把关联looper的MQ作为自己的MQ，因此它的消息将发送到关联looper的MQ上        mQueue = mLooper.mQueue;        mCallback = null;    }        // 其他方法}

下面我们就可以为之前的LooperThread类加入Handler：

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public class LooperThread extends Thread {    private Handler handler1;    private Handler handler2;    @Override    public void run() {        // 将当前线程初始化为Looper线程        Looper.prepare();                // 实例化两个handler        handler1 = new Handler();        handler2 = new Handler();                // 开始循环处理消息队列        Looper.loop();    }}

加入handler后的效果如下图：

可以看到，一个线程可以有多个Handler，但是只能有一个Looper！

Handler发送消息

有了handler之后，我们就可以使用 post(Runnable),postAtTime(Runnable, long),postDelayed(Runnable, long),sendEmptyMessage(int),sendMessage(Message),sendMessageAtTime(Message, long)和sendMessageDelayed(Message, long)这些方法向MQ上发送消息了。光看这些API你可能会觉得handler能发两种消息，一种是Runnable对象，一种是message对象，这是直观的理解，但其实post发出的Runnable对象最后都被封装成message对象了，见源码：

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    // 此方法用于向关联的MQ上发送Runnable对象，它的run方法将在handler关联的looper线程中执行    public final boolean post(Runnable r)    {       // 注意getPostMessage(r)将runnable封装成message       return  sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);    }    private final Message getPostMessage(Runnable r) {        Message m = Message.obtain();  //得到空的message        m.callback = r;  //将runnable设为message的callback，        return m;    }    public boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis)    {        boolean sent = false;        MessageQueue queue = mQueue;        if (queue != null) {            msg.target = this;  // message的target必须设为该handler！            sent = queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);        }        else {            RuntimeException e = new RuntimeException(                this + " sendMessageAtTime() called with no mQueue");            Log.w("Looper", e.getMessage(), e);        }        return sent;    }

其他方法就不罗列了，总之通过handler发出的message有如下特点：

1.message.target为该handler对象，这确保了looper执行到该message时能找到处理它的handler，即loop()方法中的关键代码

msg.target.dispatchMessage(msg);

2.post发出的message，其callback为Runnable对象

Handler处理消息

说完了消息的发送，再来看下handler如何处理消息。消息的处理是通过核心方法dispatchMessage(Message msg)与钩子方法handleMessage(Message msg)完成的，见源码

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    // 处理消息，该方法由looper调用    public void dispatchMessage(Message msg) {        if (msg.callback != null) {            // 如果message设置了callback，即runnable消息，处理callback！            handleCallback(msg);        } else {            // 如果handler本身设置了callback，则执行callback            if (mCallback != null) {                 /* 这种方法允许让activity等来实现Handler.Callback接口，避免了自己编写handler重写handleMessage方法。见http://alex-yang-xiansoftware-com.iteye.com/blog/850865 */                if (mCallback.handleMessage(msg)) {                    return;                }            }            // 如果message没有callback，则调用handler的钩子方法handleMessage            handleMessage(msg);        }    }        // 处理runnable消息    private final void handleCallback(Message message) {        message.callback.run();  //直接调用run方法！    }    // 由子类实现的钩子方法    public void handleMessage(Message msg) {    }

可以看到，除了handleMessage(Message msg)和Runnable对象的run方法由开发者实现外（实现具体逻辑），handler的内部工作机制对开发者是透明的。这正是handler API设计的精妙之处！

Handler的用处

我在小标题中将handler描述为“异步处理大师”，这归功于Handler拥有下面两个重要的特点：

1.handler可以在任意线程发送消息，这些消息会被添加到关联的MQ上。

              

2.handler是在它关联的looper线程中处理消息的。

这就解决了android最经典的不能在其他非主线程中更新UI的问题。android的主线程也是一个looper线程(looper在android中运用很广)，我们在其中创建的handler默认将关联主线程MQ。因此，利用handler的一个solution就是在activity中创建handler并将其引用传递给worker thread，worker thread执行完任务后使用handler发送消息通知activity更新UI。(过程如图)

下面给出sample代码，仅供参考：

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public class TestDriverActivity extends Activity {    private TextView textview;        @Override    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {        super.onCreate(savedInstanceState);        setContentView(R.layout.main);        textview = (TextView) findViewById(R.id.textview);        // 创建并启动工作线程        Thread workerThread = new Thread(new SampleTask(new MyHandler()));        workerThread.start();    }        public void appendText(String msg) {        textview.setText(textview.getText() + "\n" + msg);    }        class MyHandler extends Handler {        @Override        public void handleMessage(Message msg) {            String result = msg.getData().getString("message");            // 更新UI            appendText(result);        }    }}

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public class SampleTask implements Runnable {    private static final String TAG = SampleTask.class.getSimpleName();    Handler handler;        public SampleTask(Handler handler) {        super();        this.handler = handler;    }    @Override    public void run() {        try {  // 模拟执行某项任务，下载等            Thread.sleep(5000);            // 任务完成后通知activity更新UI            Message msg = prepareMessage("task completed!");            // message将被添加到主线程的MQ中            handler.sendMessage(msg);        } catch (InterruptedException e) {            Log.d(TAG, "interrupted!");        }    }    private Message prepareMessage(String str) {        Message result = handler.obtainMessage();        Bundle data = new Bundle();        data.putString("message", str);        result.setData(data);        return result;    }}

当然，handler能做的远远不仅如此，由于它能post Runnable对象，它还能与Looper配合实现经典的Pipeline Thread(流水线线程)模式。请参考此文《Android Guts: Intro to Loopers and Handlers》

封装任务 Message

在整个消息处理机制中，message又叫task，封装了任务携带的信息和处理该任务的handler。message的用法比较简单，这里不做总结了。但是有这么几点需要注意（待补充）：

1.尽管Message有public的默认构造方法，但是你应该通过Message.obtain()来从消息池中获得空消息对象，以节省资源。

2.如果你的message只需要携带简单的int信息，请优先使用Message.arg1和Message.arg2来传递信息，这比用Bundle更省内存

3.擅用message.what来标识信息，以便用不同方式处理message。

（完） PS：写了好久啊，觉得还不错的话给个推荐哦亲