深入理解消息处理—LOOPER、HANDLER、THREAD

来源：互联网发布：建筑节能设计软件编辑：程序博客网时间：2024/06/11 04:25

深入理解Android消息处理机制对于应用程序开发非常重要，也可以让你对线程同步有更加深刻的认识。

主要结论：

1、如果通过工作线程刷新界面，推荐使用handler对象来实现。

2、注意工作线程和主线程之间的竞争关系。推荐handler对象在主线程中构造完成（并且启动工作线程之后不要再修改之，否则会出现数据不一致），然后在工作线程中可以放心的调用发送消息SendMessage等接口。

3、除了2所述的hanlder对象之外的任何主线程的成员变量如果在工作线程中调用，仔细考虑线程同步问题。如果有必要需要加入同步对象保护该变量。

4、handler对象的handleMessage接口将会在主线程中调用。在这个函数可以放心的调用主线程中任何变量和函数，进而完成更新UI的任务。

5、Android很多API也利用Handler这种线程特性，作为一种回调函数的变种，来通知调用者。这样Android框架就可以在其线程中将消息发送到调用者的线程消息队列之中，不用担心线程同步的问题。

Activity，Service属于主线程，在主线程中才能更新UI，如toast等。其他线程中不能直接使用，这时可以使用Handler来处理，Handler可以在Activity和Service中。

　　关于在非UI线程中进行UI操作会出现问题： Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()

这时有两种方式来解决：

（一）在该非UI线程中创建消息队列（因为创建的工作线程默认是没有消息循环和消息队列的），Looper.prepare();.....;Looper.loop();

newThread() {

public void run() {

Looper.prepare(); //创建消息队列

todo();

Looper.loop();//进入消息循环

}}.start();

（二）运用Handler机制：

package com.simon;

import android.app.Activity;
import android.os.Bundle;
import android.os.Message;
import android.util.Log;
import android.os.Handler;

public class MyHandler extends Activity {
    static final String TAG = "Handler";
    Handler h = new Handler(){
        public void handleMessage (Message msg)
        {
            switch(msg.what)
            {
            case HANDLER_TEST:
                Log.d(TAG, "The handler thread id = " + Thread.currentThread().getId() + "\n");
                break;
            }
        }
    };

    static final int HANDLER_TEST = 1;
    /** Called when the activity is first created. */
    @Override
    public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        Log.d(TAG, "The main thread id = " + Thread.currentThread().getId() + "\n");

        new myThread().start();
        setContentView(R.layout.main);
    }

    class myThread extends Thread
    {
        public void run()
        {
            Message msg = new Message();
            msg.what = HANDLER_TEST;
            h.sendMessage(msg);
            Log.d(TAG, "The worker thread id = " + Thread.currentThread().getId() + "\n");
        }
    }
}

实际上谷歌参考了Windows的消息循环机制，也在Android系统中实现了消息循环机制。Android通过Looper、Handler来实现消息循环机制，Android消息循环是针对线程的（每个线程都可以有自己的消息队列和消息循环）。本文深入介绍一下Android消息处理系统原理。

Android系统中Looper负责管理线程的消息队列和消息循环，具体实现请参考Looper的源码。可以通过Loop.myLooper()得到当前线程的Looper对象，通过Loop.getMainLooper()可以获得当前进程的主线程的Looper对象。

前面提到Android系统的消息队列和消息循环都是针对具体线程的，一个线程可以存在（当然也可以不存在）一个消息队列和一个消息循环（Looper），特定线程的消息只能分发给本线程，不能进行跨线程，跨进程通讯。但是创建的工作线程默认是没有消息循环和消息队列的，如果想让该线程具有消息队列和消息循环，需要在线程中首先调用Looper.prepare()来创建消息队列，然后调用Looper.loop()进入消息循环。如下例所示：

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();      }  }

Activity是一个UI线程，运行于主线程中，Android系统在启动的时候会为Activity创建一个消息队列和消息循环（Looper）。详细实现请参考ActivityThread.java文件
Android应用程序进程在启动的时候，会在进程中加载ActivityThread类，并且执行这个类的main函数，应用程序的消息循环过程就是在这个main函数里面实现的
public final class ActivityThread {......public static final void main(String[] args) {......Looper.prepareMainLooper();......ActivityThread thread = new ActivityThread();thread.attach(false);......Looper.loop();......thread.detach();......}}
这个函数做了两件事情，一是在主线程中创建了一个ActivityThread实例，二是通过Looper类使主线程进入消息循环中，这里我们只关注后者。

首先看Looper.prepareMainLooper函数的实现，这是一个静态成员函数，定义在frameworks/base/core/java/android/os/Looper.java文件中：

  1 //Looper类分析
  2 //没找到合适的分析代码的办法，只能这么来了。每个重要行的上面都会加上注释
  3 //功能方面的代码会在代码前加上一段分析
  4 public class Looper {
  5    //static变量，判断是否打印调试信息。
  6     private static final boolean DEBUG = false;
  7     private static final boolean localLOGV = DEBUG ? Config.LOGD : Config.LOGV;
  8 
  9     // sThreadLocal.get() will return null unless you've called prepare().
 10 //线程本地存储功能的封装，TLS，thread local storage,什么意思呢？因为存储要么在栈上，例如函数内定义的内部变量。要么在堆上，例如new或者malloc出来的东西
 11 //但是现在的系统比如Linux和windows都提供了线程本地存储空间，也就是这个存储空间是和线程相关的，一个线程内有一个内部存储空间，这样的话我把线程相关的东西就存储到
 12 //这个线程的TLS中，就不用放在堆上而进行同步操作了。
 13     private static final ThreadLocal sThreadLocal = new ThreadLocal();
 14 //消息队列，MessageQueue，看名字就知道是个queue..
 15     final MessageQueue mQueue;
 16     volatile boolean mRun;
 17 //和本looper相关的那个线程，初始化为null
 18     Thread mThread;
 19     private Printer mLogging = null;
 20 //static变量，代表一个UI Process（也可能是service吧，这里默认就是UI）的主线程
 21     private static Looper mMainLooper = null;
 22     
 23      /** Initialize the current thread as a looper.
 24       * This gives you a chance to create handlers that then reference
 25       * this looper, before actually starting the loop. Be sure to call
 26       * {@link #loop()} after calling this method, and end it by calling
 27       * {@link #quit()}.
 28       */
 29 //往TLS中设上这个Looper对象的，如果这个线程已经设过了ｌｏｏｐｅｒ的话就会报错
 30 //这说明，一个线程只能设一个looper
 31     public static final void prepare() {
 32         if (sThreadLocal.get() != null) {
 33             throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
 34         }
 35         sThreadLocal.set(new Looper());
 36     }
 37     
 38     /** Initialize the current thread as a looper, marking it as an application's main 
 39      *  looper. The main looper for your application is created by the Android environment,
 40      *  so you should never need to call this function yourself.
 41      * {@link #prepare()}
 42      */
 43  //由framework设置的UI程序的主消息循环，注意，这个主消息循环是不会主动退出的
 44 //    
 45     public static final void prepareMainLooper() {
 46         prepare();
 47         setMainLooper(myLooper());
 48 //判断主消息循环是否能退出....
 49 //通过quit函数向looper发出退出申请
 50         if (Process.supportsProcesses()) {
 51             myLooper().mQueue.mQuitAllowed = false;
 52         }
 53     }
 54 
 55     private synchronized static void setMainLooper(Looper looper) {
 56         mMainLooper = looper;
 57     }
 58     
 59     /** Returns the application's main looper, which lives in the main thread of the application.
 60      */
 61     public synchronized static final Looper getMainLooper() {
 62         return mMainLooper;
 63     }
 64 
 65     /**
 66      *  Run the message queue in this thread. Be sure to call
 67      * {@link #quit()} to end the loop.
 68      */
 69 //消息循环，整个程序就在这里while了。
 70 //这个是static函数喔！
 71     public static final void loop() {
 72         Looper me = myLooper();//从该线程中取出对应的looper对象
 73         MessageQueue queue = me.mQueue;//取消息队列对象...
 74         while (true) {
 75             Message msg = queue.next(); // might block取消息队列中的一个待处理消息..
 76             //if (!me.mRun) {//是否需要退出？mRun是个volatile变量，跨线程同步的，应该是有地方设置它。
 77             //    break;
 78             //}
 79             if (msg != null) {
 80                 if (msg.target == null) {
 81                     // No target is a magic identifier for the quit message.
 82                     return;
 83                 }
 84                 if (me.mLogging!= null) me.mLogging.println(
 85                         ">>>>> Dispatching to " + msg.target + " "
 86                         + msg.callback + ": " + msg.what
 87                         );
 88                 msg.target.dispatchMessage(msg);
 89                 if (me.mLogging!= null) me.mLogging.println(
 90                         "<<<<< Finished to    " + msg.target + " "
 91                         + msg.callback);
 92                 msg.recycle();
 93             }
 94         }
 95     }
 96 
 97     /**
 98      * Return the Looper object associated with the current thread.  Returns
 99      * null if the calling thread is not associated with a Looper.
100      */
101 //返回和线程相关的looper
102     public static final Looper myLooper() {
103         return (Looper)sThreadLocal.get();
104     }
105 
106     /**
107      * Control logging of messages as they are processed by this Looper.  If
108      * enabled, a log message will be written to <var>printer</var> 
109      * at the beginning and ending of each message dispatch, identifying the
110      * target Handler and message contents.
111      * 
112      * @param printer A Printer object that will receive log messages, or
113      * null to disable message logging.
114      */
115 //设置调试输出对象，looper循环的时候会打印相关信息，用来调试用最好了。
116     public void setMessageLogging(Printer printer) {
117         mLogging = printer;
118     }
119     
120     /**
121      * Return the {@link MessageQueue} object associated with the current
122      * thread.  This must be called from a thread running a Looper, or a
123      * NullPointerException will be thrown.
124      */
125     public static final MessageQueue myQueue() {
126         return myLooper().mQueue;
127     }
128 //创建一个新的looper对象，
129 //内部分配一个消息队列，设置mRun为true
130     private Looper() {
131         mQueue = new MessageQueue();
132         mRun = true;
133         mThread = Thread.currentThread();
134     }
135 
136     public void quit() {
137         Message msg = Message.obtain();
138         // NOTE: By enqueueing directly into the message queue, the
139         // message is left with a null target.  This is how we know it is
140         // a quit message.
141         mQueue.enqueueMessage(msg, 0);
142     }
143 
144     /**
145      * Return the Thread associated with this Looper.
146      */
147     public Thread getThread() {
148         return mThread;
149     }
150     //后面就简单了，打印，异常定义等。
151     public void dump(Printer pw, String prefix) {
152         pw.println(prefix + this);
153         pw.println(prefix + "mRun=" + mRun);
154         pw.println(prefix + "mThread=" + mThread);
155         pw.println(prefix + "mQueue=" + ((mQueue != null) ? mQueue : "(null"));
156         if (mQueue != null) {
157             synchronized (mQueue) {
158                 Message msg = mQueue.mMessages;
159                 int n = 0;
160                 while (msg != null) {
161                     pw.println(prefix + "  Message " + n + ": " + msg);
162                     n++;
163                     msg = msg.next;
164                 }
165                 pw.println(prefix + "(Total messages: " + n + ")");
166             }
167         }
168     }
169 
170     public String toString() {
171         return "Looper{"
172             + Integer.toHexString(System.identityHashCode(this))
173             + "}";
174     }
175 
176     static class HandlerException extends Exception {
177 
178         HandlerException(Message message, Throwable cause) {
179             super(createMessage(cause), cause);
180         }
181 
182         static String createMessage(Throwable cause) {
183             String causeMsg = cause.getMessage();
184             if (causeMsg == null) {
185                 causeMsg = cause.toString();
186             }
187             return causeMsg;
188         }
189     }
190 }

那怎么往这个消息队列中发送消息呢？？调用looper的static函数myQueue可以获得消息队列，这样你就可用自己往里边插入消息了。不过这种方法比较麻烦，这个时候handler类就发挥作用了。先来看看handler的代码，就明白了。

 1 class Handler{
 2 ..........
 3 //handler默认构造函数
 4 public Handler() {
 5 //这个if是干嘛用的暂时还不明白，涉及到java的深层次的内容了应该
 6         if (FIND_POTENTIAL_LEAKS) {
 7             final Class<? extends Handler> klass = getClass();
 8             if ((klass.isAnonymousClass() || klass.isMemberClass() || klass.isLocalClass()) &&
 9                     (klass.getModifiers() & Modifier.STATIC) == 0) {
10                 Log.w(TAG, "The following Handler class should be static or leaks might occur: " +
11                     klass.getCanonicalName());
12             }
13         }
14 //获取本线程的looper对象
15 //如果本线程还没有设置looper，这回抛异常
16         mLooper = Looper.myLooper();
17         if (mLooper == null) {
18             throw new RuntimeException(
19                 "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");
20         }
21 //无耻啊，直接把looper的queue和自己的queue搞成一个了
22 //这样的话，我通过handler的封装机制加消息的话，就相当于直接加到了looper的消息队列中去了
23         mQueue = mLooper.mQueue;
24         mCallback = null;
25     }
26 //还有好几种构造函数，一个是带callback的，一个是带looper的
27 //由外部设置looper
28     public Handler(Looper looper) {
29         mLooper = looper;
30         mQueue = looper.mQueue;
31         mCallback = null;
32     }
33 // 带callback的，一个handler可以设置一个callback。如果有callback的话，
34 //凡是发到通过这个handler发送的消息，都有callback处理，相当于一个总的集中处理
35 //待会看dispatchMessage的时候再分析
36 public Handler(Looper looper, Callback callback) {
37         mLooper = looper;
38         mQueue = looper.mQueue;
39         mCallback = callback;
40     }
41 //
42 //通过handler发送消息
43 //调用了内部的一个sendMessageDelayed
44 public final boolean sendMessage(Message msg)
45     {
46         return sendMessageDelayed(msg, 0);
47     }
48 //FT，又封装了一层，这回是调用sendMessageAtTime了
49 //因为延时时间是基于当前调用时间的，所以需要获得绝对时间传递给sendMessageAtTime
50 public final boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis)
51     {
52         if (delayMillis < 0) {
53             delayMillis = 0;
54         }
55         return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis);
56     }
57 
58 
59 public boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis)
60     {
61         boolean sent = false;
62         MessageQueue queue = mQueue;
63         if (queue != null) {
64 //把消息的target设置为自己，然后加入到消息队列中
65 //对于队列这种数据结构来说，操作比较简单了
66             msg.target = this;
67             sent = queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
68         }
69         else {
70             RuntimeException e = new RuntimeException(
71                 this + " sendMessageAtTime() called with no mQueue");
72             Log.w("Looper", e.getMessage(), e);
73         }
74         return sent;
75     }
76 //还记得looper中的那个消息循环处理吗
77 //从消息队列中得到一个消息后，会调用它的target的dispatchMesage函数
78 //message的target已经设置为handler了，所以
79 //最后会转到handler的msg处理上来
80 //这里有个处理流程的问题
81 public void dispatchMessage(Message msg) {
82 //如果msg本身设置了callback，则直接交给这个callback处理了
83         if (msg.callback != null) {
84             handleCallback(msg);
85         } else {
86 //如果该handler的callback有的话，则交给这个callback处理了---相当于集中处理
87           if (mCallback != null) {
88                 if (mCallback.handleMessage(msg)) {
89                     return;
90                 }
91            }
92 //否则交给派生处理,基类默认处理是什么都不干
93             handleMessage(msg);
94         }
95     }
96 ..........
97 }

生成

Message msg = mHandler.obtainMessage();

msg.what = what;

msg.sendToTarget();

发送

MessageQueue queue = mQueue;

if (queue != null) {

msg.target = this;

sent = queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);

}

在Handler.java的sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis)方法中，我们看到，它找到它所引用的MessageQueue，然后将Message的target设定成自己（目的是为了在处理消息环节，Message能找到正确的Handler），再将这个Message纳入到消息队列中。

抽取

Looper me = myLooper();

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;

}

msg.target.dispatchMessage(msg);

msg.recycle();

}

在Looper.java的loop()函数里，我们看到，这里有一个死循环，不断地从MessageQueue中获取下一个（next方法）Message，然后通过Message中携带的target信息，交由正确的Handler处理（dispatchMessage方法）。

处理

if (msg.callback != null) {

handleCallback(msg);

} else {

if (mCallback != null) {

if (mCallback.handleMessage(msg)) {

return;

}

handleMessage(msg);

}

在Handler.java的dispatchMessage(Message msg)方法里，其中的一个分支就是调用handleMessage方法来处理这条Message，而这也正是我们在职责处描述使用Handler时需要实现handleMessage(Message msg)的原因。

至于dispatchMessage方法中的另外一个分支，我将会在后面的内容中说明。

至此，我们看到，一个Message经由Handler的发送，MessageQueue的入队，Looper的抽取，又再一次地回到Handler的怀抱。而绕的这一圈，也正好帮助我们将同步操作变成了异步操作。

3）剩下的部分，我们将讨论一下Handler所处的线程及更新UI的方式。

在主线程（UI线程）里，如果创建Handler时不传入Looper对象，那么将直接使用主线程（UI线程）的Looper对象（系统已经帮我们创建了）；在其它线程里，如果创建Handler时不传入Looper对象，那么，这个Handler将不能接收处理消息。在这种情况下，通用的作法是：

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();

}

在创建Handler之前，为该线程准备好一个Looper（Looper.prepare），然后让这个Looper跑起来（Looper.loop），抽取Message，这样，Handler才能正常工作。

因此，Handler处理消息总是在创建Handler的线程里运行。而我们的消息处理中，不乏更新UI的操作，不正确的线程直接更新UI将引发异常。因此，需要时刻关心Handler在哪个线程里创建的。

如何更新UI才能不出异常呢？SDK告诉我们，有以下4种方式可以从其它线程访问UI线程：

· Activity.runOnUiThread(Runnable)

· View.post(Runnable)

· View.postDelayed(Runnable, long)

· Handler

其中，重点说一下的是View.post(Runnable)方法。在post(Runnable action)方法里，View获得当前线程（即UI线程）的Handler，然后将action对象post到Handler里。在Handler里，它将传递过来的action对象包装成一个Message（Message的callback为action），然后将其投入UI线程的消息循环中。在Handler再次处理该Message时，有一条分支（未解释的那条）就是为它所设，直接调用runnable的run方法。而此时，已经路由到UI线程里，因此，我们可以毫无顾虑的来更新UI。

4）几点小结

· Handler的处理过程运行在创建Handler的线程里

· 一个Looper对应一个MessageQueue

· 一个线程对应一个Looper

· 一个Looper可以对应多个Handler

· 不确定当前线程时，更新UI时尽量调用post方法

handler是线程通讯工具类。用于传递消息。它有两个队列：
1.消息队列
2.线程队列

消息队列使用sendMessage和HandleMessage的组合来发送和处理消息。
线程队列类似一段代码，或者说一个方法的委托，用户传递方法。使用post,postDelayed 添加委托，使用 removeCallbacks移除委托。

由上面的特性我们可以简单看出handler类似一个容器对象，它携带了消息的集合和委托的集合。java里没有委托delegate的概念，但是可以通过class来持有一个可执行的方法代理。
handler更像是一个传递者，在另外的线程里和主线程之间传递消息和可执行的代码。它不仅仅携带了数据，而且封装了一些操作行为，比如说在适当的时机（...)来执行线程队列里的“委托”的代码。

handler可能是和消息队列交互的，我们在new Handler实例化对象时，这个对象应该就和主线程的消息队列建立了关系。当我们使用handler.Post(runnabler1)，发送一个委托的方法runnabler1代理给handler时，主消息队列会在适当的时候执行这个runnabler1里的委托方法，即执行了runnabler.run方法。

Handler与Thread的区别:
Handler与调用者处于同一线程，如果Handler里面做耗时的动作，调用者线程会阻塞。Android UI操作不是线程安全的，并且这些操作必须在UI线程中执行。Android提供了几种基本的可以在其他线程中处理UI操作的方案，包括Activity 的runOnUiThread(Runnable),View的post以及1.5版本的工具类AsyncTask等方案都采用了 Handler，Handler的post对线程的处理也不是真正start一个新的线程，而是直接调用了线程的run方法，这正是google煞费苦心搞一套Handler的用意。

Handler对于Message的处理不是并发的。一个Looper 只有处理完一条Message才会读取下一条，所以消息的处理是阻塞形式的。但是如果用不同的Looper则能达到并发的目的。Service 中，onStart的执行也是阻塞的。如果一个startService在onStart执行完成之前，再次条用startService也会阻塞。如果希望能尽快的执行onStart则可以在onStart中使用handler,因为Message的send是非阻塞的。如果要是不同消息的处理也是并发的，则可以用不同的Looper实例化Handler。

1. Message Message消息
理解为线程间交流的信息，处理数据后台线程需要更新UI，则发送Message内含一些数据给UI线程。

2. Handler Handler处理者
是Message的主要处理者，负责Message的发送，Message内容的执行处理。后台线程就是通过传进来的Handler对象引用来sendMessage(Message)。而使用Handler，需要implement 该类的 handleMessage(Message) 方法，它是处理这些Message的操作内容，例如Update UI。通常需要子类化Handler来实现handleMessage方法。

3. Message Queue Message Queue消息队列
用来存放通过Handler发布的消息，按照先进先出执行。每个message queue都会有一个对应的Handler。Handler会向message queue通过两种方法发送消息：sendMessage或post。这两种消息都会插在message queue队尾并按先进先出执行。但通过这两种方法发送的消息执行的方式略有不同：通过sendMessage发送的是一个message对象,会被Handler的handleMessage()函数处理；而通过post方法发送的是一个runnable对象，则会自己执行。

4. Looper Looper是每条线程里的Message Queue的管家。
Android没有Global的Message Queue，而Android会自动替主线程(UI线程)建立Message Queue，但在子线程里并没有建立Message Queue。所以调用Looper.getMainLooper()得到的主线程的Looper不为NULL，但调用Looper.myLooper()得到当前线程的Looper就有可能为NULL。

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