深入Android的消息机制源码详解～Handler,MessageQueue与Looper关系

今天药忘吃喽~ 2022-08-20 15:10 138阅读 0赞

关联篇：[HandlerThread 使用及其源码完全解析][HandlerThread]

### 关联篇：[Handler内存泄漏详解及其解决方案][Handler] ###

一说到Android的消息机制，自然就会联想到Handler，我们知道Handler是Android消息机制的上层接口，因此我们在开发过程中也只需要和Handler交互即可，很多人认为Handler的作用就是更新UI,这也确实没错，但除了更新UI，Handler其实还有很多其他用途，比如我们需要在子线程进行耗时的I/O操作，可能是读取某些文件或者去访问网络等，当耗时操作完成后我们可能需要在UI上做出相应的改变，但由于Android系统的限制，我们是不能在子线程更新UI控件的，否则就会报异常，这个时候Handler就可以派上用场了，我们可以通过Handler切换到主线程中执行UI更新操作。

下面是Handler一些常用方法：

void  handleMessage(Message msg):处理消息的方法，该方法通常会被重写。

final boolean hasMessages(int what):检测消息队列中是否包含what属性为指定值的消息。

Message obtainMessage():获取消息的方法，此函数有多个重载方法。

sendEmptyMessage(int what):发送空消息。

final boolean sendEmptyMessageDelayed(int what , long delayMillis):指定多少毫秒后发送空消息。

final boolean sendMessage(Message msg):立即发送消息。

final boolean sendMessageDelayed(Message msg ,long delayMillis):指定多少毫秒后发送消息。

final boolean post(Runnable r):执行runnable操作。

final boolean postAtTime(Runnable r, long upTimeMillis):在指定时间执行runnable操作。

final boolean postDelayed(Runnable r, long delayMillis):指定多少毫秒后执行runnable操作。

介绍完方法后，我们就从一个简单的例子入手吧，然后一步步的分析：

public class MainActivity extends AppCompatActivity {
    
        public static final int MSG_FINISH = 0X001;
        //创建一个Handler的匿名内部类
        private Handler handler = new Handler() {
    
            @Override
            public void handleMessage(Message msg) {
                switch (msg.what) {
                    case MSG_FINISH:
                        LogUtils.e("handler所在的线程id是-->" + Thread.currentThread().getName());
                        break;
                }
            }
    
        };
    
        @Override
        protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
            super.onCreate(savedInstanceState);
            setContentView(R.layout.activity_main);
            //启动耗时操作
            consumeTimeThread(findViewById(R.id.tv));
    //        handler.post()
        }
    
        //启动一个耗时线程
        public void consumeTimeThread(View view) {
            new Thread() {
                public void run() {
                    try {
                        LogUtils.e("耗时子线程的Name是--->" + Thread.currentThread().getName());
                        //在子线程运行
                        Thread.sleep(2000);
                        //完成后，发送下载完成消息
                        handler.sendEmptyMessage(MSG_FINISH);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }.start();
        }
    }

运行结果：

![SouthEast][]

上面的例子其实就是Handler的基本使用，在主线中创建了一个Handler对象，然后通过在子线程中模拟一个耗时操作完成后通过sendEmptyMessage(int)方法发送一个消息通知主线程的Handler去执行相应的操作。通过运行结果我们也可以知道Handler确实也是在主线程运行的。

那么问题来了，通过Handler发送的消息是怎么到达主线程的呢？接下来我们就来掰掰其中的奥妙，前方高能，请集中注意力！为了更好的理解Handler的工作原理，我们先来介绍与Handler一起工作的几个组件：

Message:Handler接收和处理消息的对象。

Looper:每个线程只能有一个Looper。它的loop方法负责读取MessageQueue中的消息，读到消息后把消息发送给Handler进行处理。

MessageQueue：消息队列，它采用先进先出的方式来管理Message。程序创建Looper对象时，会在它的构造方法中创建MessageQueue对象。

Handler:它的作用有两个—发送消息和处理消息，程序使用Handler发送消息，由Handler发送的消息必须被送到指定的MessageQueue;否则消息就没有在MessageQueue进行保存了。而MessageQueue是由Looper负责管理的，也就是说，如果希望Handler正常工作的话，就必须在当前线程中有一个Looper对象。我们先对上面的几个组件有大概的了解就好，后面我们都会详细分析，既然消息是从Handler发送出去，那么我们就先从Handler入手吧。先来看看Handler 的构造方法源码：

public class Handler {
    	/**
    	 * 未实现的空方法handleMessage（）
    	 */
    	public void handleMessage(Message msg) {
    	}
    	/**
    	 * 我们通常用于创建Handler的构造方法之一
    	 */
    	public Handler() {
    		this(null, false);
    	}
    	// 构造方法的内调用的this(null, false)的具体实现
    	public Handler(Callback callback, boolean async) {
    //检查Handler是否是static的，如果不是的，那么有可能导致内存泄露
            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());  
                }  
            }  
            //重要的组件出现啦！Looper我们先理解成一个消息队列的管理者，用来从消息队列中取消息的，后续会详细分析
            mLooper = Looper.myLooper();  
            if (mLooper == null) {  
                //这个异常很熟悉吧，Handler是必须在有Looper的线程上执行，这个也就是为什么我在HandlerThread中初始化Handler  
                //而没有在Thread里面初始化，如果在Thread里面初始化需要先调用Looper.prepare方法  
                throw new RuntimeException(  
                    "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");  
            }  
            //将mLooper里面的消息队列复制到自身的mQueue,这也就意味着Handler和Looper是公用一个消息队列  
            mQueue = mLooper.mQueue;  
            //回调函数默认是Null  
            mCallback = null;  
    	}

分析：Handler的构造方法源码不是很多，也比较简单，但是我们从源码中也可以得知，在创建Handler时，Handler内部会去创建一个Looper对象，这个Looper对象是通过Looper.myLooper()创建的(后续会分析这个方法)，同时还会创建一个消息队列MessageQueue，而这个MessageQueue是从Looper中获取的，这也就意味着Handler和Looper共用一个消息队列，当然此时Handler,Looper以及MessageQueue已经捆绑到一起了。上面还有一个情况要说明的，那就是:

if (mLooper == null) {  
      //这个异常很熟悉吧，Handler是必须在有Looper的线程上执行，这个也就是为什么我在HandlerThread中初始化Handler  
      //而没有在Thread里面初始化，如果在Thread里面初始化需要先调用Looper.prepare方法  
      throw new RuntimeException(  
        "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");  
            }  </span>

这里先回去判断Looper是否为空，如果为null，那么就会报错，这个错误对我们来说应该比较熟悉吧，那为什么会报这个错误呢？我们在前面说过Handler的作用有两个—发送消息和处理消息，我们在使用Handler发送消息，由Handler发送的消息必须被送到指定的MessageQueue;否则就无法进行消息循环。而MessageQueue是由Looper负责管理的，也就是说，如果希望Handler正常工作的话，就必须在当前线程中有一个Looper对象。那么又该如何保障当前线程中一定有Looper对象呢？这里其实分两种情况：

（1）在主UI线程中，系统已经初始化好了一个Looper对象，因此我们可以直接创建Handler并使用即可。

（2）在子线程中，我们就必须自己手动去创建一个Looper对象，并且去启动它，才可以使用Handler进行消息发送与处理。使用事例如下：

class childThread extends Thread{
            public Handler mHandler;
    
            @Override
            public void run() {
                //子线程中必须先创建Looper
                Looper.prepare();
                
                mHandler =new Handler(){
                    @Override
                    public void handleMessage(Message msg) {
                        super.handleMessage(msg);
                        //处理消息
                    }
                };
                //启动looper循环
                Looper.loop();
            }
        }

分析完Handler的构造方法，我们接着看看通过Handler发送的消息到底是发送到哪里了？我们先来看看Handler的几个主要方法源码：

// 发送一个空消息的方法，实际上添加到MessagerQueue队列中
    public final boolean sendEmptyMessage(int what) {
    	return sendEmptyMessageDelayed(what, 0);
    }
    // 给上一个方法调用
    public final boolean sendEmptyMessageDelayed(int what, long delayMillis) {
    	Message msg = Message.obtain();
    	msg.what = what;
    	return sendMessageDelayed(msg, delayMillis);
    }
    // 给上一个方法调用
    public final boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis) {
    	if (delayMillis < 0) {
    		delayMillis = 0;
    	}
    	return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis);
    }
    // 给上一个方法调用
    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);
    }
    // 最后调用此方法添加到消息队列中
    private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg,
    		long uptimeMillis) {
    	msg.target = this;// 设置发送目标对象是Handler本身
    	if (mAsynchronous) {
    		msg.setAsynchronous(true);
    	}
    	return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);// 添加到消息队列中
    }
    // 在looper类中的loop（）方法内部调用的方法
    public void dispatchMessage(Message msg) {
    	if (msg.callback != null) {
    		handleCallback(msg);
    	} else {
    		if (mCallback != null) {
    			if (mCallback.handleMessage(msg)) {
    				return;
    			}
    		}
    		handleMessage(msg);
    	}
    }

分析：通过源码我们可以知道，当我们调用sendEmptyMessage(int)发送消息后。最终Handler内部会去调用enqueueMessage(MessageQueue queue,Message msg)方法把发送的消息添加到消息队列MessageQueue中，同时还有设置msg.target=this此时就把当前handler对象绑定到msg.target中了，这样就完成了Handler向消息队列存放消息的过程。这个还有一个要注意的方法 dispatchMessage(Message),这个方法最终会在looper中被调用(这里我们先知道这点就行，后续还会分析)。话说我们一直在说MessageQueue消息队列，但这个消息队列到底是什么啊？其实在Android中的消息队列指的也是MessageQueue，MessageQueue主要包含了两种操作，插入和读取，而读取操作本身也会伴随着删除操作，插入和读取对应的分别是enqueueMessage和next，其中enqueueMessage是向消息队列中插入一条消息，而next的作用则是从消息队列中取出一条消息并将其从队列中删除。虽然我们一直称其为消息队列但是它的内部实现并不是队列，而是通过一个单链表的数据结构来维护消息列表的，因为我们知道单链表在插入和删除上比较有优势。至内MessageQueue的内部实现，这个属于数据结构的范畴，我们就不过多讨论了，还是回到原来的主题上来，到这里我们都知道Handler发送的消息最终会添加到MessageQueue中，但到达MessageQueue后消息又是如何处理的呢？还记得我们前面说过MessageQueue是由Looper负责管理的吧，现在我们就来看看Looper到底是如何管理MessageQueue的？

public final class Looper {
    	// sThreadLocal.get() will return null unless you've called prepare().
    	//存放线程的容器类,为确保获取的线程和原来的一样
    	static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();
    	private static Looper sMainLooper; // guarded by Looper.class
    	//消息队列
    	final MessageQueue mQueue;
    	final Thread mThread;
    	//perpare()方法，用来初始化一个Looper对象
    	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));
    	}
    	//handler调用的获取Looper对象的方法。实际是在ThreadLocal中获取。
    	public static Looper myLooper() {
    		return sThreadLocal.get();
    	}
    		
    	//Looper类的构造方法，可以发现创建Looper的同时也创建了消息队列MessageQueue对象
    	private Looper(boolean quitAllowed) {
    		mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
    		mRun = true;
    		mThread = Thread.currentThread();
    	}
    		
    //这个方法是给系统调用的，UI线程通过调用这个线程，从而保证UI线程里有一个Looper  
    //需要注意：如果一个线程是UI线程，那么myLooper和getMainLooper是同一个Looper 
          public static final void prepareMainLooper() {  
    	prepare();  
    	setMainLooper(myLooper());  
    	if (Process.supportsProcesses()) {  
    	 myLooper().mQueue.mQuitAllowed = false;  
    	        }  
    	}  
    	  
    //获得UI线程的Looper,通常我们想Hanlder的handleMessage在UI线程执行时通常会new  Handler(getMainLooper());  
           public synchronized static final Looper getMainLooper() {  
    	        return mMainLooper;  
          }  
    		
    //looper中最重要的方法loop()，该方法是个死循环，会不断去消息队列MessageQueue中获取消息，然后调dispatchMessage(msg)方法去执行
          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;
    	    //死循环
    	    for (;;) {
    		Message msg = queue.next(); // might block
    		if (msg == null) {
    		// No message indicates that the message queue is quitting.
    				return;
    		}
    //这里其实就是调用handler中的方法，而在Handler的源码中也可以知道dispatchMessage(msg)内部调用的就是handlerMessage()方法
    		msg.target.dispatchMessage(msg);
    		msg.recycle();
    	}
    }

分析：代码不算多，我们拆分开慢慢说，在Looper源码中我们可以得知其内部是通过一个ThreadLocal的容器来存放Looper的对象本身的，这样就可以确保每个线程获取到的looper都是唯一的。那么Looper对象是如何被创建的呢？通过源码我们可以知道perpare()方法就可以创建Looper对象：

//perpare()方法，用来初始化一个Looper对象
    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));
    }

在创建Looper对象前先会去判断ThreadLocal中是否已经存在Looper对象，如果不存在就新创建一个Looper对象并且存放ThreadLocal中。这里还有一个要注意的是在Looper创建的同时MessageQueue消息队列也被创建完成，这样的话Looper中就持有了MessageQueue对象。

//Looper类的构造方法，可以发现创建Looper的同时也创建了消息队列MessageQueue对象
    	private Looper(boolean quitAllowed) {
    		mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
    		mRun = true;
    		mThread = Thread.currentThread();
    	}

那么我们如何获取已经创建好的Looper对象呢？通过源码我们知道myLooper()方法就可以获取到Looper对象：

//handler调用的获取Looper对象的方法。实际是在ThreadLocal中获取。
    	public static Looper myLooper() {
    		return sThreadLocal.get();
    	}

Looper对象的创建和获取，还有MessageQueue对象的创建，现在我们都很清楚了，但是Looper到底是怎么管理MessageQueue对象的呢？这就要看looper()方法了：

//looper中最重要的方法loop()，该方法是个死循环，
    //会不断去消息队列MessageQueue中获取消息，
    //然后调dispatchMessage(msg)方法去执行
          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;
    	    //死循环
    	    for (;;) {
    		Message msg = queue.next(); // might block
    		if (msg == null) {
    		// No message indicates that the message queue is quitting.
    				return;
    		}
    //这里其实就是调用handler中的方法，而在Handler的源码中也可以知道dispatchMessage(msg)内部调用的就是handlerMessage()方法
    		msg.target.dispatchMessage(msg);
    		msg.recycle();
    	}

通过looper()方法内部源码我们可以知道，首先会通过myLoooper()去获取一个Looper对象，如果Looper对象为null，就会报出一个我们非常熟悉的错误提示，“No Looper;Looper.prepare() wasn't called on this thread”,要求我们先通过Looper.prepare()方法去创建Looper对象；如果Looper不为null，那么就会去获取消息队列MessageQueue对象，接着就进入一个for的死循环，不断从消息队列MessageQueue对象中获取消息，如果消息不为空，那么久会调用msg.target的dispatchMessage(Message)方法，那么这个target又是什么，没错target就是我们创建的Handler对象，还记得我们前面分析Handler源码时说过的那个方法嘛？

// 在looper类中的loop()方法内部调用的方法
    public void dispatchMessage(Message msg) {
    	if (msg.callback != null) {
    		handleCallback(msg);
    	} else {
    		if (mCallback != null) {
    			if (mCallback.handleMessage(msg)) {
    				return;
    			}
    		}
    		handleMessage(msg);
    	}

现在明白了吧？首先，检测Message的callback是否为null，不为null就通过handleCallback方法来处理消息，那么Message的callback是什么？其实就是一个Runnable对象，实际上就是Handler的post方法所传递的Runnable参数,我们顺便看看post方法源码：

public final boolean post(Runnable r)
    {
           return  sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);
        }

getPostMessage(Runnable r)方法源码：

private static Message getPostMessage(Runnable r) {
            Message m = Message.obtain();
            m.callback = r;
            return m;
        }

现在明白Message的callback是什么了吧？而对应handleCallback方法逻辑也比较简单：

private static void handleCallback(Message message) {
            message.callback.run();
        }

嗯，是的，因此最终执行的还是通过post方法传递进来的Runnable参数的run方法。好了，我们继续dispatchMessage()方法的分析，接着会去检查mCallback是否为null，不为null，则调用mCallback的handleMessage方法来处理消息。至于Callback则就是一个接口定义如下：

/**
         * Callback interface you can use when instantiating a Handler to avoid
         * having to implement your own subclass of Handler.
         *
         * @param msg A {@link android.os.Message Message} object
         * @return True if no further handling is desired
         */
        public interface Callback {
            public boolean handleMessage(Message msg);
        }

这个接口有什么用呢？其实通过Callback接口我们就可以采取如下方法来创建Handler对象：

Handler handler =new Handler(callback)

那么这样做到底有什么意义，其实这样做可以用callback来创建一个Handler的实例而无需派生Handler的子类。在我们的开发过程中，我们经常使用的方法就是派生一个Hanlder子类并重写其handleMessage方法来处理具体的消息，而Callback给我们提供了另外一种方式，那就是当我们不想派生子类的时候，可以通过Callback来实现。 继续dispatchMessage()方法的分析，最后如果以上条件都不成立的话，就会去调用Handler的handleMessage方法来处理消息。而 我们的Handler是在主线程创建的，也就是说Looper也是主线程的Looper，因此handleMessage内部处理最终都会在主线程上执行，就这样整个流程都执行完了。下面提供一个图解帮助大家理解：

![SouthEast 1][]

最后我们来个小总结：Android中的Looper类主要作用是来封装消息循环和消息队列的，用于在android线程中进行消息处理。handler是用来向消息队列中插入消息的并最好对消息进行处理。

(1) Looper类主要是为每个线程开启的单独的消息循环。 默认情况下android中新诞生的线程是没有开启消息循环的。（主线程除外，主线程系统会自动为其创建Looper对象，开启消息循环） Looper对象负责管理MessageQueue，而MessageQueue主要是用来存放handler发送的消息，而且一个线程只能有一个Looper，对应一个MessageQueue。

(2) 我们通常是通过Handler对象来与Looper进行交互的。Handler可看做是Looper的一个接口，用来向指定的Looper中的MessageQueue发送消息并且Handler还必须定义自己的处理方法。 默认情况下Handler会与其被定义时所在线程的Looper绑定，如Handler在主线程中定义，它是与主线程的Looper绑定。

mainHandler = new Handler() 等价于 new Handler（Looper.myLooper()）

Looper.myLooper()：获取当前进程的looper对象， Looper.getMainLooper() 用于获取主线程的Looper对象。

(3) 在非主线程中直接new Handler() 会报如下的错误:  Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare() 原因是非主线程中默认没有创建Looper对象，需要先调用Looper.prepare()启用Looper，然后再调用Looper.loop()。

(4) Looper.loop():启动looper中的循环线程，Handler就会从消息队列里取消息并进行对应处理。

最后要注意的是写在Looper.loop()之后的代码不会被执行，这个函数内部应该是一个循环，当调用mHandler.getLooper().quit()后，loop()才会中止，其后的代码才能得以运行。

[HandlerThread]: http://blog.csdn.net/javazejian/article/details/50813444
[Handler]: http://blog.csdn.net/javazejian/article/details/50839443
[SouthEast]: /images/20220731/a4431966d5e04a288d0b9a883ee90343.png
[SouthEast 1]: /images/20220731/9ba2cdec709043f6a462096b9c1c745f.png