Android Handler机制-Looper、Handler、MessageQueue、Message的关系

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照亮你的路灯 2021-09-24 17:10:56 博主文章分类：程序员 ©著作权

文章标签 队列多线程 android proxy java 文章分类 Android 移动开发

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一、概述

Handler是Android中处理异步消息的机制。Looper、Handler、MessageQueue、Message概括来说就是：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Message，然后回调相应的消息处理函数，而消息的创建者就是一个或多个Handler，执行完成一个消息后则继续循环。

二、MessageQueue详解

消息队列MessageQueue就是存放消息的队列。那队列中存储的消息是什么呢？假设我们在UI界面上单击了某个按钮，而此时程序又恰好收到了某个广播事件，那我们如何处理这两件事呢？因为一个线程在某一时刻只能处理一件事情，不能同时处理多件事情，所以我们不能同时处理按钮的单击事件和广播事件，我们只能挨个对其进行处理，只要挨个处理就要有处理的先后顺序。为此Android把UI界面上单击按钮的事件封装成了一个Message，将其放入到MessageQueue里面去，即将单击按钮事件的Message入栈到消息队列中，然后再将广播事件的封装成以Message，也将其入栈到消息队列中。也就是说一个Message对象表示的是线程需要处理的一件事情，消息队列就是一堆需要处理的Message的池。线程Thread会依次取出消息队列中的消息，依次对其进行处理。

MessageQueue中有两个比较重要的方法，一个是enqueueMessage方法，一个是next方法。enqueueMessage方法用于将一个Message放入到消息队列MessageQueue中，next方法是从消息队列MessageQueue中阻塞式地取出一个Message。

三、Looper详解

消息队列MessageQueue只是存储Message的地方，真正让消息队列循环起来的是Looper，这就好比消息队列MessageQueue是个水车，那么Looper就是让水车转动起来的河水，如果没有河水，那么水车就是个静止的摆设，没有任何用处，Looper让MessageQueue动了起来。

Looper是用来使线程中的消息循环起来的。默认情况下当我们创建一个新的线程的时候，这个线程里面是没有消息队列MessageQueue的。为了能够让线程能够绑定一个消息队列，我们需要借助于Looper：首先我们要调用Looper的prepare方法，然后调用Looper的loop方法。

（一）prepare()方法

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

sThreadLocal是一个ThreadLocal对象，可以在一个线程中存储变量。可以看到，将一个Looper的实例放入了ThreadLocal，并且先判断了sThreadLocal.get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。

（二）构造函数

上面的代码执行了Looper的构造函数，我们看一下其代码：

private Looper(boolean quitAllowed) {
        mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
        mRun = true;
        mThread = Thread.currentThread();
}

在构造函数中，创建了一个消息队列MessageQueue，并将其赋值给其成员字段mQueue,这样Looper也就与MessageQueue通过成员字段mQueue进行了关联。

（三）loop()方法

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.recycle();
        }
}

上面有几行代码是关键代码:

1. final Looper me = myLooper();

myLooper()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。

final Looper me = myLooper();
if (me == null) {
throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() 
wasn't called on this thread.");
        }

public static Looper myLooper() {
return sThreadLocal.get();
}

2. final MessageQueue queue = me.mQueue;

拿到该looper实例中的消息队列mQueue。变量me是通过静态方法myLooper()获得的当前线程所绑定的Looper，me.mQueue是当前线程所关联的消息队列。

3. for (;;)

进入了循环。我们发现for循环没有设置循环终止的条件，所以这个for循环是个无限循环。

4. Message msg = queue.next(); // might block

取出一条消息，如果没有消息则阻塞。我们通过消息队列MessageQueue的next方法从消息队列中取出一条消息，如果此时消息队列中有Message，那么next方法会立即返回该Message，如果此时消息队列中没有Message，那么next方法就会阻塞式地等待获取Message。

5. msg.target.dispatchMessage(msg);

msg的target属性是Handler，该代码的意思是让Message所关联的Handler通过dispatchMessage方法让Handler处理该Message。

6. msg.recycle();

释放消息占据的资源。

（四）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Message的target属性，即Handler的dispatchMessage去处理。

四、Handler详解

（一）构造函数

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。

public Handler() {
this(null, false);
}
public Handler(Callback callback, boolean async) {
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());
            }
        }

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;
    }

上面有几行代码是关键代码:

1. public Handler(Callback callback, boolean async)

Handler.Callback是用来处理Message的一种手段，如果没有传递该参数，那么就应该重写Handler的handleMessage方法，也就是说为了使得Handler能够处理Message，我们有两种办法：

（1）向Hanlder的构造函数传入一个Handler.Callback对象，并实现Handler.Callback的handleMessage方法。

（2）无需向Hanlder的构造函数传入Handler.Callback对象，但是需要重写Handler本身的handleMessage方法。

 //在主线程中创建mHandler，所以自动绑定主线程
private Handler mHandler = new Handler(){
@Override
public void handleMessage(@NonNull Message msg) {
switch (msg.what){
case 1:
System.out.println("handleMessage thread id " + Thread.currentThread().getId());
System.out.println("msg.arg1:" + msg.arg1);
System.out.println("msg.arg2:" + msg.arg2);
System.out.println("msg.obj:" + msg.obj.toString());
System.out.println("msg.setDate:" + msg.getData().get("QQ"));

textview.setText("success");
break;
            }
        }
    };

private Handler mHandler2 = new Handler(new Handler.Callback() {
@Override
public boolean handleMessage(@NonNull Message msg) {
switch (msg.what){
case 1:
System.out.println("handleMessage thread id " + Thread.currentThread().getId());
System.out.println("msg.arg1:" + msg.arg1);
System.out.println("msg.arg2:" + msg.arg2);
System.out.println("msg.obj:" + msg.obj.toString());
System.out.println("msg.setDate:" + msg.getData().get("QQ"));

textview.setText("success");
break;
           }
return false;
       }
   });

也就是说无论哪种方式，我们都得通过某种方式实现handleMessage方法，这点与Java中对Thread的设计有异曲同工之处。

在Java中，如果我们想使用多线程，有两种办法：

（1）向Thread的构造函数传入一个Runnable对象，并实现Runnable的run方法。

（2）无需向Thread的构造函数传入Runnable对象，但是要重写Thread本身的run方法。

2. mLooper = Looper.myLooper();

首先通过Looper.myLooper()获取了当前线程保存的Looper实例。

3.mQueue = mLooper.mQueue;

然后再获取该Looper实例中保存的消息队列MessageQueue，这样就保证了Handler的实例与Looper实例中MessageQueue关联上了。

（二）sendMessage()方法

   public final boolean sendMessage(Message msg)
    {
return sendMessageDelayed(msg, 0);
    }

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

 public final boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis)
    {
if (delayMillis < 0) {
delayMillis = 0;
        }
return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis);
    }

 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);
    }

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：

 private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
msg.target = this;
if (mAsynchronous) {
msg.setAsynchronous(true);
        }
return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
    }

上面有几行代码是关键代码:

1. msg.target = this;

该代码将Message的target绑定为当前的Handler。

2. queue.enqueueMessage;

变量queue表示的是Handler所绑定的消息队列MessageQueue，通过调用queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis)我们将Message放入到消息队列中。

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。然后再回调创建该消息的Handler中的dispathMessage方法。Handler的dispatchMessage的源码如下：

public void dispatchMessage(Message msg) {
if (msg.callback != null) {
handleCallback(msg);
        } else {
if (mCallback != null) {
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
                }
            }
handleMessage(msg);
        }

上面有几行代码是关键代码:

1. if (msg.callback != null) { handleCallback(msg); }

首先会判断msg.callback存不存在，msg.callback是Runnable类型，如果msg.callback存在，那么说明该Message是通过执行Handler的postXXX系列方法将Message放入到消息队列中的，这种情况下会执行handleCallback(msg), handleCallback源码如下：

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

这样我们我们就清楚地看到我们执行了msg.callback的run方法，也就是执行了postXXX所传递的Runnable对象的run方法。

2. else { if (mCallback != null) { if (mCallback.handleMessage(msg)) { return; } }

如果我们不是通过postXXX系列方法将Message放入到消息队列中的，那么msg.callback就是null，代码继续往下执行，接着我们会判断Handler的成员字段mCallback存不存在。mCallback是Hanlder.Callback类型的，我们在上面的Handler构造函数提到过，在Handler的构造函数中我们可以传递Hanlder.Callback类型的对象，该对象需要实现handleMessage方法，如果我们在构造函数中传递了该Callback对象，那么我们就会让Callback的handleMessage方法来处理Message。

3.handleMessage(msg);

如果我们在构造函数中没有传入Callback类型的对象，那么mCallback就为null,那么我们会调用Handler自身的hanldeMessage方法，该方法默认是个空方法，我们需要自己是重写实现该方法。

综上，我们可以看到Handler提供了三种途径处理Message，而且处理有前后优先级之分：首先尝试让postXXX中传递的Runnable执行，其次尝试让Handler构造函数中传入的Callback的handleMessage方法处理，最后才是让Handler自身的handleMessage方法处理Message。

让我们看一下handleMessage(msg)

  /**
* Subclasses must implement this to receive messages.
*/
public void handleMessage(Message msg) {
   }

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。

private Handler mHandler = new Handler(){
public void handleMessage(android.os.Message msg){
switch (msg.what){
case value:
break;
default:
break;
      }   
    };
  };

到此，sendMessage方式流程已经解释完毕，接下来看下post方式。

（三）post()方法

mHandler.post(new Runnable()
    {
@Override
public void run()
      {
Log.e("TAG", Thread.currentThread().getName());
mTxt.setText("yoxi");
      }
    });

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：

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

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

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。

 public final boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis)
    {
if (delayMillis < 0) {
delayMillis = 0;
        }
return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis);
    }

 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。

 public void dispatchMessage(Message msg) {
if (msg.callback != null) {
handleCallback(msg);
        } else {
if (mCallback != null) {
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
                }
            }
handleMessage(msg);
        }
    }

可以看到，这里msg的callback和target都有值，那么会执行msg.callback != null的判断，则执行handleCallback回调，也就是我们的Runnable对象。

五、总结

到此，这个流程已经解释完毕，让我们首先总结一下：

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。
在Lopper构造函数中，创建了一个消息队列MessageQueue，并将其赋值给其成员字段mQueue,这样Looper也就与MessageQueue通过成员字段mQueue进行了关联。
Looper.loop()会让当前线程进入一个无限循环，不端从MessageQueue的实例中读取消息，然后回调msg.target.dispatchMessage(msg)方法。
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。
Handler的sendMessage方法，会给msg的target赋值为handler自身，然后加入MessageQueue中。
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。

六、一图胜千言

我们在本文讨论了Thread、MessageQueue、Looper以及Hanlder的之间的关系，我们可以通过如下一张传送带的图来更形象的理解他们之间的关系。

Android Handler机制-Looper、Handler、MessageQueue、Message的关系_多线程

在现实生活的生产生活中，存在着各种各样的传送带，传送带上面洒满了各种货物，传送带在发动机滚轮的带动下一直在向前滚动，不断有新的货物放置在传送带的一端，货物在传送带的带动下送到另一端进行收集处理。

我们可以把传送带上的货物看做是一个个的Message，而承载这些货物的传送带就是装载Message的消息队列MessageQueue。传送带是靠发送机滚轮带动起来转动的，我们可以把发送机滚轮看做是Looper，而发动机的转动是需要电源的，我们可以把电源看做是线程Thread，所有的消息循环的一切操作都是基于某个线程的。一切准备就绪，我们只需要按下电源开关发动机就会转动起来，这个开关就是Looper的loop方法，当我们按下开关的时候，我们就相当于执行了Looper的loop方法，此时Looper就会驱动着消息队列循环起来。

那Hanlder在传送带模型中相当于什么呢？我们可以将Handler看做是放入货物以及取走货物的管道：货物从一端顺着管道划入传送带，货物又从另一端顺着管道划出传送带。我们在传送带的一端放入货物的操作就相当于我们调用了Handler的sendMessageXXX、sendEmptyMessageXXX或postXXX方法，这就把Message对象放入到了消息队列MessageQueue中了。当货物从传送带的另一端顺着管道划出时，我们就相当于调用了Hanlder的dispatchMessage方法，最终执行handleMessage方法，在该方法中我们完成对Message的处理。

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