android的消息处理机制——Looper,Handler,Message

在开始讨论android的消息处理机制前，先来谈谈一些基本相关的术语。

通信的同步（Synchronous）：指向客户端发送请求后，必须要在服务端有回应后客户端才继续发送其它的请求，所以这时所有请求将会在服务端得到同步，直到服务端返回请求。

 通信的异步（Asynchronous）：指客户端在发送请求后，不必等待服务端的回应就可以发送下一个请求。

所谓同步调用，就是在一个函数或方法调用时，没有得到结果之前，该调用就不返回，直到返回结果。异步调用和同步是相对的，在一个异步调用发起后，被调用者立即返回给调用者，但是调用者不能立刻得到结果，被调用都在实际处理这个调用的请求完成后，通过状态、通知或回调等方式来通知调用者请求处理的结果。

android的消息处理有三个核心类：Looper,Handler和Message。其实还有一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，所以它不算是个核心类。

1. 消息类：Message类

android.os.Message的主要功能是进行消息的封装，同时可以指定消息的操作形式，Message类定义的变量和常用方法如下：

（1）public int what：变量，用于定义此Message属于何种操作

（2）public Object obj：变量，用于定义此Message传递的信息数据，通过它传递信息

（3）public int arg1：变量，传递一些整型数据时使用

（4）public int arg2：变量，传递一些整型数据时使用

（5）public Handler getTarget()：普通方法，取得操作此消息的Handler对象。

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，但是有这么几点需要注意：

（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。

2. 消息通道：Looper

在使用Handler处理Message时，需要Looper（通道）来完成。在一个Activity中，系统会自动帮用户启动Looper对象，而在一个用户自定义的类中，则需要用户手工调用Looper类中的方法，然后才可以正常启动Looper对象。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：

 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！那么这两行代码都做了些什么呢？

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？来看一下源码 

 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
 }

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。

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：

 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

         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);
                 // 日志
                 if (me.mLogging!= null) me.mLogging.println(
                         "<<<<< Finished to    " + msg.target + " "
                         + msg.callback);

                 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：    

     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：

 public Thread getThread() {
     return mThread;
 }

  quit()方法结束looper循环：

     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);
     } 

综上，Looper有以下几个要点：

1）每个线程有且只能有一个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，我们如何操作Message Queue上的消息呢？这就是Handler的用处了

3. 消息操作类：Handler类

Message对象封装了所有的消息，而这些消息的操作需要android.os.Handler类完成。什么是handler？handler起到了处理MQ上的消息的作用（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：

 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() {
         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：

 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)

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：

     // 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;
     }

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

           dispatchMessage(Message msg) {
          (msg.callback != ) {
                         handleCallback(msg);
         }  {
                          (mCallback != ) {

                  (mCallback.handleMessage(msg)) {
                     ;
                 }
             }
                         handleMessage(msg);
         }
     }

            handleCallback(Message message) {
         message.callback.run();      }
           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。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)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，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：

   TestDriverActivity  Activity {
      TextView textview;

     @Override
       onCreate(Bundle savedInstanceState) {
         .onCreate(savedInstanceState);
         setContentView(R.layout.main);
         textview = (TextView) findViewById(R.id.textview);
                 Thread workerThread =  Thread( SampleTask( MyHandler()));
         workerThread.start();
     }

       appendText(String msg) {
         textview.setText(textview.getText() + "\n" + msg);
     }

      MyHandler  Handler {
         @Override
           handleMessage(Message msg) {
             String result = msg.getData().getString("message");
                         appendText(result);
         }
     }
 }

   SampleTask  Runnable {
        String TAG = SampleTask..getSimpleName();
     Handler handler;

      SampleTask(Handler handler) {
         ();
         .handler = handler;
     }

     @Override
       run() {
          {              Thread.sleep(5000);
                         Message msg = prepareMessage("task completed!");
                         handler.sendMessage(msg);
         }  (InterruptedException e) {
             Log.d(TAG, "interrupted!");
         }

     }

      Message prepareMessage(String str) {
         Message result = handler.obtainMessage();
         Bundle data =  Bundle();
         data.putString("message", str);
         result.setData(data);
          result;
     }

 }