Android 异步消息处理机制 深入理解 Looper、Handler、Message三者关系

1、 概述

Handler 、 Looper 、Message 这三者都与Android异步消息处理线程相关的概念。那么什么叫异步消息处理线程呢？
异步消息处理线程启动后会进入一个无限的循环体之中，每循环一次，从其内部的消息队列中取出一个消息，然后回调相应的消息处理函数，执行完成一个消息后则继续循环。若消息队列为空，线程则会阻塞等待。

说了这一堆，那么和Handler 、 Looper 、Message有啥关系？其实Looper负责的就是创建一个MessageQueue，然后进入一个无限循环体不断从该MessageQueue中读取消息，而消息的创建者就是一个或多个Handler 。

2、 源码解析

1、Looper

对于Looper主要是prepare()和loop()两个方法。
首先看prepare()方法

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1. public static final void prepare() {  
2.         if (sThreadLocal.get() != null) {  
3.             throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");  
4.         }  
5.         sThreadLocal.set(new Looper(true));  
6. }  

sThreadLocal是一个ThreadLocal对象，可以在一个线程中存储变量。可以看到，在第5行，将一个Looper的实例放入了ThreadLocal，并且2-4行判断了sThreadLocal是否为null，否则抛出异常。这也就说明了Looper.prepare()方法不能被调用两次，同时也保证了一个线程中只有一个Looper实例。
下面看Looper的构造方法：

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1. private Looper(boolean quitAllowed) {  
2.         mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);  
3.         mRun = true;  
4.         mThread = Thread.currentThread();  
5. }  

在构造方法中，创建了一个MessageQueue（消息队列）。
然后我们看loop()方法：

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1. public static void loop() {  
2.         final Looper me = myLooper();  
3.         if (me == null) {  
4.             throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");  
5.         }  
6.         final MessageQueue queue = me.mQueue;  
7.   
8.         // Make sure the identity of this thread is that of the local process,  
9.         // and keep track of what that identity token actually is.  
10.         Binder.clearCallingIdentity();  
11.         final long ident = Binder.clearCallingIdentity();  
12.   
13.         for (;;) {  
14.             Message msg = queue.next(); // might block  
15.             if (msg == null) {  
16.                 // No message indicates that the message queue is quitting.  
17.                 return;  
18.             }  
19.   
20.             // This must be in a local variable, in case a UI event sets the logger  
21.             Printer logging = me.mLogging;  
22.             if (logging != null) {  
23.                 logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " +  
24.                         msg.callback + ": " + msg.what);  
25.             }  
26.   
27.             msg.target.dispatchMessage(msg);  
28.   
29.             if (logging != null) {  
30.                 logging.println("<<<<< Finished to " + msg.target + " " + msg.callback);  
31.             }  
32.   
33.             // Make sure that during the course of dispatching the  
34.             // identity of the thread wasn't corrupted.  
35.             final long newIdent = Binder.clearCallingIdentity();  
36.             if (ident != newIdent) {  
37.                 Log.wtf(TAG, "Thread identity changed from 0x"  
38.                         + Long.toHexString(ident) + " to 0x"  
39.                         + Long.toHexString(newIdent) + " while dispatching to "  
40.                         + msg.target.getClass().getName() + " "  
41.                         + msg.callback + " what=" + msg.what);  
42.             }  
43.   
44.             msg.recycle();  
45.         }  
46. }  

第2行：
public static Looper myLooper() {
return sThreadLocal.get();
}
方法直接返回了sThreadLocal存储的Looper实例，如果me为null则抛出异常，也就是说looper方法必须在prepare方法之后运行。
第6行：拿到该looper实例中的mQueue（消息队列）
13到45行：就进入了我们所说的无限循环。
14行：取出一条消息，如果没有消息则阻塞。
27行：使用调用 msg.target.dispatchMessage(msg);把消息交给msg的target的dispatchMessage方法去处理。Msg的target其实就是handler对象，下面会进行分析。
44行：释放消息占据的资源。

Looper主要作用：
1、 与当前线程绑定，保证一个线程只会有一个Looper实例，同时一个Looper实例也只有一个MessageQueue。

2、 loop()方法，不断从MessageQueue中去取消息，交给消息的target属性的dispatchMessage去处理。

通过代码我们知道：looper方法是一个死循环，唯一跳出的循环的方式是MessageQueue的next方法返回null，但是基本上是不可能的。如果我们不手动调用quit或者quitSafely方法的话，MessageQueue的next方法是不可能返回null的。
因为当MessageQueue没有消息时，next方法会一直阻塞在那里，因为MessageQueue的next方法阻塞了，就导致Looper的loop方法也一直在阻塞了。
这里我们一分为二的谈，
loop轮询不到消息：那么处于阻塞状态，然后就没有然后了，除了又轮询到了新的消息
loop轮到了新的消息：Looper就会处理消息
1、msg.target.dispatchMessage(msg)，这里的 msg.targe就是指Handler对象
2、一圈下来，Handler发送的消息有交给了自己的dispatchMessage方法来处理了。（这个dispatchMessage方法不是Handler自己调用时，是与Handler相关的Looper间接调用的），这样下来，就成功地将逻辑切换到指定的线程[创建Handler对象时所传递的Looper对象参数所在的线程]当中去了。

好了，我们的异步消息处理线程已经有了消息队列（MessageQueue），也有了在无限循环体中取出消息的哥们，现在缺的就是发送消息的对象了，于是乎：Handler登场了。

2、Handler

使用Handler之前，我们都是初始化一个实例，比如用于更新UI线程，我们会在声明的时候直接初始化，或者在onCreate中初始化Handler实例。所以我们首先看Handler的构造方法，看其如何与MessageQueue联系上的，它在子线程中发送的消息（一般发送消息都在非UI线程）怎么发送到MessageQueue中的。

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1. public Handler() {  
2.         this(null, false);  
3. }  
4. public Handler(Callback callback, boolean async) {  
5.         if (FIND_POTENTIAL_LEAKS) {  
6.             final Class<? extends Handler> klass = getClass();  
7.             if ((klass.isAnonymousClass() || klass.isMemberClass() || klass.isLocalClass()) &&  
8.                     (klass.getModifiers() & Modifier.STATIC) == 0) {  
9.                 Log.w(TAG, "The following Handler class should be static or leaks might occur: " +  
10.                     klass.getCanonicalName());  
11.             }  
12.         }  
13.   
14.         mLooper = Looper.myLooper();  

       if (mLooper == null) {  

1.             throw new RuntimeException(  
2.                 "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");  
3.         }  
4.         mQueue = mLooper.mQueue;  
5.         mCallback = callback;  
6.         mAsynchronous = async;  
7.     }  

14行：通过Looper.myLooper()获取了当前线程保存的Looper实例，然后在19行又获取了这个Looper实例中保存的MessageQueue（消息队列），这样就保证了handler的实例与我们Looper实例中MessageQueue关联上了。

然后看我们最常用的sendMessage方法

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1. public final boolean sendMessage(Message msg)  
2.  {  
3.      return sendMessageDelayed(msg, 0);  
4.  }  

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1. public final boolean sendEmptyMessageDelayed(int what, long delayMillis) {  
2.      Message msg = Message.obtain();  
3.      msg.what = what;  
4.      return sendMessageDelayed(msg, delayMillis);  
5.  }  

[java] view plain copy

 

1. public final boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis)  
2.    {  
3.        if (delayMillis < 0) {  
4.            delayMillis = 0;  
5.        }  
6.        return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis);  
7.    }  

[java] view plain copy

 

1. public boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis) {  
2.        MessageQueue queue = mQueue;  
3.        if (queue == null) {  
4.            RuntimeException e = new RuntimeException(  
5.                    this + " sendMessageAtTime() called with no mQueue");  
6.            Log.w("Looper", e.getMessage(), e);  
7.            return false;  
8.        }  
9.        return enqueueMessage(queue, msg, uptimeMillis);  
10.    }  

辗转反则最后调用了sendMessageAtTime，在此方法内部有直接获取MessageQueue然后调用了enqueueMessage方法，我们再来看看此方法：

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1. private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {  
2.        msg.target = this;  
3.        if (mAsynchronous) {  
4.            msg.setAsynchronous(true);  
5.        }  
6.        return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);  
7.    }  

enqueueMessage中首先为meg.target赋值为this，【如果大家还记得Looper的loop方法会取出每个msg然后交给msg,target.dispatchMessage(msg)去处理消息】，也就是把当前的handler作为msg的target属性。最终会调用queue的enqueueMessage的方法，也就是说handler发出的消息，最终会保存到消息队列中去。

现在已经很清楚了Looper会调用prepare()和loop()方法，在当前执行的线程中保存一个Looper实例，这个实例会保存一个MessageQueue对象，然后当前线程进入一个无限循环中去，不断从MessageQueue中读取Handler发来的消息。然后再回调创建这个消息的handler中的dispathMessage方法，下面我们赶快去看一看这个方法：

[java] view plain copy

 

1. public void dispatchMessage(Message msg) {  
2.         if (msg.callback != null) {  
3.             handleCallback(msg);  
4.         } else {  
5.             if (mCallback != null) {  
6.                 if (mCallback.handleMessage(msg)) {  
7.                     return;  
8.                 }  
9.             }  
10.             handleMessage(msg);  
11.         }  
12.     }  

可以看到，第10行，调用了handleMessage方法，下面我们去看这个方法：

[java] view plain copy

 

1. /** 
2.    * Subclasses must implement this to receive messages. 
3.    */  
4.   public void handleMessage(Message msg) {  
5.   }  
6.     

可以看到这是一个空方法，为什么呢，因为消息的最终回调是由我们控制的，我们在创建handler的时候都是复写handleMessage方法，然后根据msg.what进行消息处理。

例如：

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1. private Handler mHandler = new Handler()  
2.     {  
3.         public void handleMessage(android.os.Message msg)  
4.         {  
5.             switch (msg.what)  
6.             {  
7.             case value:  
8.                   
9.                 break;  
10.   
11.             default:  
12.                 break;  
13.             }  
14.         };  
15.     };  

到此，这个流程已经解释完毕，让我们首先总结一下

1、首先Looper.prepare()在本线程中保存一个Looper实例，然后该实例中保存一个MessageQueue对象；因为Looper.prepare()在一个线程中只能调用一次，所以MessageQueue在一个线程中只会存在一个。

2、Looper.loop()会让当前线程进入一个无限循环，不断从MessageQueue的实例中读取消息，然后回调msg.target.dispatchMessage(msg)方法。

3、Handler的构造方法，会首先得到当前线程中保存的Looper实例，进而与Looper实例中的MessageQueue想关联。

4、Handler的sendMessage方法，会给msg的target赋值为handler自身，然后加入MessageQueue中。

5、在构造Handler实例时，我们会重写handleMessage方法，也就是msg.target.dispatchMessage(msg)最终调用的方法。

好了，总结完成，大家可能还会问，那么在Activity中，我们并没有显示的调用Looper.prepare()和Looper.loop()方法，为啥Handler可以成功创建呢，这是因为在Activity的启动代码中，已经在当前UI线程调用了Looper.prepare()和Looper.loop()方法。

3、Handler post

今天有人问我，你说Handler的post方法创建的线程和UI线程有什么关系？

其实这个问题也是出现这篇博客的原因之一；这里需要说明，有时候为了方便，我们会直接写如下代码：

[java] view plain copy

 

1. mHandler.post(new Runnable()  
2.         {  
3.             @Override  
4.             public void run()  
5.             {  
6.                 Log.e("TAG", Thread.currentThread().getName());  
7.                 mTxt.setText("yoxi");  
8.             }  
9.         });  

然后run方法中可以写更新UI的代码，其实这个Runnable并没有创建什么线程，而是发送了一条消息，下面看源码：

[java] view plain copy

 

1. public final boolean post(Runnable r)  
2.    {  
3.       return  sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);  
4.    }  

[java] view plain copy

 

1. private static Message getPostMessage(Runnable r) {  
2.       Message m = Message.obtain();  
3.       m.callback = r;  
4.       return m;  
5.   }  

可以看到，在getPostMessage中，得到了一个Message对象，然后将我们创建的Runable对象作为callback属性，赋值给了此message.

注：产生一个Message对象，可以new  ，也可以使用Message.obtain()方法；两者都可以，但是更建议使用obtain方法，因为Message内部维护了一个Message池用于Message的复用，避免使用new 重新分配内存。

[java] view plain copy

 

1. public final boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis)  
2.    {  
3.        if (delayMillis < 0) {  
4.            delayMillis = 0;  
5.        }  
6.        return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis);  
7.    }  

[java] view plain copy

 

1. public boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis) {  
2.        MessageQueue queue = mQueue;  
3.        if (queue == null) {  
4.            RuntimeException e = new RuntimeException(  
5.                    this + " sendMessageAtTime() called with no mQueue");  
6.            Log.w("Looper", e.getMessage(), e);  
7.            return false;  
8.        }  
9.        return enqueueMessage(queue, msg, uptimeMillis);  
10.    }  

最终和handler.sendMessage一样，调用了sendMessageAtTime，然后调用了enqueueMessage方法，给msg.target赋值为handler，最终加入MessagQueue.

可以看到，这里msg的callback和target都有值，那么会执行哪个呢？

其实上面已经贴过代码，就是dispatchMessage方法：

[java] view plain copy

 

1. public void dispatchMessage(Message msg) {  
2.        if (msg.callback != null) {  
3.            handleCallback(msg);  
4.        } else {  
5.            if (mCallback != null) {  
6.                if (mCallback.handleMessage(msg)) {  
7.                    return;  
8.                }  
9.            }  
10.            handleMessage(msg);  
11.        }  
12.    }  

第2行，如果不为null，则执行callback回调，也就是我们的Runnable对象。

好了，关于Looper , Handler , Message 这三者关系上面已经叙述的非常清楚了。

最后来张图解：

希望图片可以更好的帮助大家的记忆~~

4、后话

其实Handler不仅可以更新UI，你完全可以在一个子线程中去创建一个Handler，然后使用这个handler实例在任何其他线程中发送消息，最终处理消息的代码都会在你创建Handler实例的线程中运行。

[java] view plain copy

 

1. new Thread()  
2.         {  
3.             private Handler handler;  
4.             public void run()  
5.             {  
6.   
7.                 Looper.prepare();  
8.                   
9.                 handler = new Handler()  
10.                 {  
11.                     public void handleMessage(android.os.Message msg)  
12.                     {  
13.                         Log.e("TAG",Thread.currentThread().getName());  
14.                     };  
15.                 };<pre code_snippet_id="445431" snippet_file_name="blog_20140808_19_1943618" name="code" class="java">                               Looper.loop();                                                                                                                              }             </pre>  

Android不仅给我们提供了异步消息处理机制让我们更好的完成UI的更新，其实也为我们提供了异步消息处理机制代码的参考

下面有几种对Handler对象的构造方法需要了解一下：

a、如果new一个无参构造函数的Handler对象，那么这个Handler将自动与当前运行线程相关联，也就是说这个Handler将与当前运行的线程使用同一个消息队列，并且可以处理该队列中的消息。

[plain] view plain copy

1. private Handler handler = new Handler();     

我们做这样一个实验，在主用户界面中创建一个带有无参构造函数的Handler对象，该Handler对象向消息队列推送一个Runnable对象，在Runnable对象的run函数中打印当前线程 Id，我们比较主用户界面线程ID和Runnable线程ID是否相同。具体代码如下：

[java] view plain copy

1. HandlerTest01.java
2.   
3. public class HandlerTest01 extends Activity {  
4.     @Override  
5.     public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {  
6.         super.onCreate(savedInstanceState);  
7.         setContentView(R.layout.main);  
8.           
9.         System.out.println("Activity ---> " + Thread.currentThread().getId());  
10.         handler.post(r);  
11.     }  
12.   
13.     private Handler handler = new Handler();  
14.     private Runnable r = new Runnable() {  
15.         @Override  
16.         public void run() {  
17.             try {  
18.                 Thread.sleep(2000);  
19.             } catch (InterruptedException e) {  
20.                 e.printStackTrace();  
21.             }  
22.             System.out.println("Runnalbe ---> " + Thread.currentThread().getId());  
23.         }  
24.     };  
25. }

 

通过这个例子的输出可以发现，Runnable对象和主用户界面线程的ID是相同。在这个例子中，我们直接利用handler对象post了一个runnable对象，相当于直接调用了Runnable对象的run函数，也就说没有经过start函数调用run()，那么就不会创建一个新线程，而是在原有线程内部直接调用 run()方法，因此输出的线程Id是相同的。

b、如果new一个带参构造函数的Handler对象，那么这个Handler对象将与参数所表示的Looper相关联。注意：此时线程类应该是一个特殊类HandlerThread类，一个Looper类的Thread类，它继承自Thread类。

[java] view plain copy

1. HandlerThread handlerthread = new HandlerThread("MyThread");
2. handlerthread.start();  
3. private MyHandler handler = new MyHandler(handlerthread.getLooper());  
4.   
5. class MyHandler extends Handler {  
6.     public MyHandler() {  
7.   
8.     }  
9.   
10.     public MyHandler(Looper looper) {  
11.         super(looper);  
12.     }  
13. } 

下面这个例子，将介绍如何开启一个新的线程，并通过Handler处理消息。

[java] view plain copy

1. HandlerTest02.java  
2.   
3. public class HandlerTest02 extends Activity {  
4.   
5.     private MyHandler myhandler = null;  
6.     @Override  
7.     protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {    
8.         super.onCreate(savedInstanceState);  
9.         this.setContentView(R.layout.main);  
10.         System.out.println("Activity ---> " + Thread.currentThread().getId());  
11.           
12.         // 生成一个HandlerThread对象，使用Looper来处理消息队列  
13.         HandlerThread thread = new HandlerThread("MyThread");  
14.         // 必须启动这个线程  
15.         thread.start();  
16.         // 将一个线程绑定到Handler对象上，则该Handler对象就可以处理线程的消息队列  
17.         myhandler = new MyHandler(thread.getLooper());  
18.         // 从Handler中获取消息对象  
19.         Message msg = myhandler.obtainMessage();  
20.         // 将msg对象发送给目标对象Handler  
21.         msg.sendToTarget();  
22.     }  
23.   
24.     class MyHandler extends Handler {  
25.         public MyHandler() {  
26.               
27.         }  
28.           
29.         // 带有参数的构造函数  
30.         public MyHandler(Looper looper) {  
31.             super(looper);  
32.         }  
33.           
34.         @Override  
35.         public void handleMessage(Message msg) {  
36.             System.out.println("MyHandler ---> " + Thread.currentThread().getId());  
37.         }  
38.     }  
39. }

 

根据这个例子返回的结果，可以看出，新线程Id与主用户界面的线程Id不同。由于我们调用了thread.start()方法，真正的创建了一个新线程，与原来的线程处于不同的线程上下文中，因此打印输出的线程Id是不同的。

c、如果需要Handler对象去处理消息，那么就要重载Handler类的handleMessage函数。

[java] view plain copy

1. private Handler handler = new Handler() {  
2.   
3.     @Override  
4.     public void handleMessage(Message msg) {  
5.         // TODO : Handle the msg  
6.         // Usually we update UI here.  
7.     }  
8. }  

 

注意到注释部分，我们通常在handleMessage中处理更新UI界面的操作。