Android消息機制

每一個Android應用在啟動的時候都會創建一個線程，這個線程被稱為主線程或者UI線程，Android應用的所有操作默認都會運行在這個線程中。
但是當我們想要進行數據請求，圖片下載，或者其他耗時操作時，是不可能在這個UI線程做的，因為Android在3.0以後的版本已經禁止了這件事情，直接拋出一個異常。所以我們需要一個子線程來處理那些除UI操作的事情。
但是這個又會有一個問題，我們只能在UI線程進程UI操作，只能在子線程進行耗時操作，如果我們需要在耗時操作結束後在Android界面上顯示一個View，我們應該怎麼做？我們是不可能在子線程直接刷新UI的。這時我們需要用到Android的消息機制，來實現主線程和子線程的通信。簡單來說，就是子線程獲取到數據之後，不直接進行UI更新，而是把數據裝到消息中發送到主線程，主線程中有一個循環輪詢會立即收到子線程發過來的信息，然後拿到消息數據後在主線程更新UI 。說起來比較簡單，我們來仔細的看一下具體是怎麼說的。

處理消息的手段——Handler, Looper, MessageQueue

Handler

我們先講解一下Handler,Handler顧名思義就是處理者，通常對他的用法是在UI線程中新建一個Handler，並覆寫他的handleMessage, 然後再耗時的線程中將消息post給UI線程，例子如下：

class MyHandler extends Handler{
    @Override
    public void handleMessage(Message msg){
    //更新UI
    }
}

MyHandler mHandler = new MyHandler();
new Thread(){
    public void run(){
        mHandler.sendEmptyMessage(123);
    };
}.start();

這裡規定了Handler必須在主線程創建，因為只有在UI線程創建才會讓Handler關聯到已有的MessageQueue。而MessageQueue被封裝到Looper中，而Looper又通過ThreadLocal封裝到一個線程中，最後相當於MessageQueue關聯了一個線程。所以簡單來說就是Handler將消息投遞到一個關聯了線程的MessageQueue中，然後Handler在從MessageQueue中取出消息，並且處理它。
我們看一下Handler的2個常用的方法

void handleMessage(Message msg) : 處理消息的方法
final boolean sendMessage(Message msg) : 立即發送消息

第一個方法 我們通常在UI線程中執行,一般用來刷新UI，至於如果創建了一個非靜態內部類產生對內存洩漏，建議參考這篇博客Handler引發的內存洩漏.第二個方法我們通常在子線程中執行，需要一個Handler的實例化對象，通常是由主線程去去傳遞給子線程。並且需要一個Message對象，指定他的msg.what作為消息的標示，但是如果我們只是用Handler去處理一個消息的時候，選擇post方法是個更好的選擇，例子如下：

private Handler mHandler = new Handler();

new Thread(new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        mHandler.post(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                //UI操作
                ...
            }
        });
    }
}).start();

下面我們接著討論下消息的循環隊列MessageQueue與包裝他的Looper循環

Looper和MessageQueue

上面提到了在UI線程中創建並實例化Handler對象不需要Looper和MessageQueue,因為我們的應用在啟動的時候先執行了ActivityThreadMain，在這個方法就是Java語言運行的入口public static void main(String [] args) 在這裡面創建了一個MainLooper，創建的過程如下：

public static void main(string[] args){
    //初始化
    Looper.prepareMainLooper();
    ActivityThread thread = new ActivityThread();
    thread.attach(false);
    if(sMainThreadHandler == null){
        sMainThreadHandler = thread.getHandler();
    }
    AsyncTask.init();
    //動起來
    Looper.loop();
}

這裡面並沒有MessageQueue的出現，我們可以看一看Looper類的源碼，來了解在初始化的時候發生了什麼有趣的事情。

public class Looper {
    private static final ThreadLocal sThreadLocal = new ThreadLocal();
    // Looper內的消息隊列
    final MessageQueue mQueue;
    // 當前線程
    Thread mThread;
    // 。。。其他屬性
    // 每個Looper對象中有它的消息隊列，和它所屬的線程
    private Looper() {
        mQueue = new MessageQueue();
        mRun = true;
        mThread = Thread.currentThread();
    }
    // 我們調用該方法會在調用線程的TLS中創建Looper對象
    public static final void prepare() {
        if (sThreadLocal.get() != null) {
            // 試圖在有Looper的線程中再次創建Looper將拋出異常
            throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
        }
        sThreadLocal.set(new Looper());
    }
    // 其他方法
}

我們一行行的看這段代碼，首先是實例化一個ThreadLocal對象，這個用來實現Looper循環的本地化存儲，關於ThreadLocal可以看這篇文章為什麼用ThreadLocal,簡而言之就是當多個線程同時訪問Looper對象的時候，我們不用synchronized同步機制來處理他，而是為每個線程創建一個自己的Looper副本，A線程改變了A的looper副本，不影響B線程的Looper，從而比較高效的實現線程安全。後面幾句依次定義了MessageQueue,並對Looper進行了私有化構造，在prepare方法中將Looper對象設置給了sThreadLocal 這樣MessageQueue包裝在了Looper對象中，同時通過ThreadLocal使得線程和Looper關聯上，從而消息隊列與線程關聯上，並且不同的線程就不能訪問對方的消息隊列。
如下圖所示：

接著就是Looper.loop 循環執行起來，我們看一下，在loop方法裡面執行了發生了什麼事情

public static final void loop() {
        Looper me = myLooper();  //得到當前線程Looper
        MessageQueue queue = me.mQueue;  //得到當前looper的MQ
        
        while (true) {
            Message msg = queue.next(); // 取出message
            if (msg != null) {
                if (msg.target == null) {
                     return;
                }
              
                msg.target.dispatchMessage(msg);
               
                msg.recycle();
            }
        }
    }

這是省略版的代碼，我們從這裡看出無限循環執行，首先從消息隊列中不斷取出消息，然後不斷msg是否為空，msg.target是否為空，不空的話，執行dispatchMessage方法，這個方法是handler的一個方法，由此我們可以看出msg.target是handler的類型，至此，通過Looper.prepare和Loop.loop實現了MessageQueue,Looper，Handler三者之間的關聯。而Handler與Looper，和MessageQueue關聯則是在Handler的默認構造器中，通過Looper.getLooper獲取loop對象，從而獲取MessageQueue，其源碼如下：

public Handler(){
    //直接把關聯looper的MQ作為自己的MQ，因此它的消息將發送到關聯looper的MQ上
    mLooper = Looper.myLooper();
    mQueue = mLooper.mQueue;
    mCallback = null;
}

然後我們的流程圖可以多些內容，如下所示：

我們接下來看一下dispatchMessage() 方法，在該方法中實際上只是一個分發方法，如果Runable類型的callback為空，則執行handlerMessage來處理消息，該方法為空，需要覆寫。如果不為空，則執行handleCallback。實際上，如果我們用handle的post方法，則就執行了callback，如果用sendMessage，則就執行了handleMessage
這裡無論是post(Runnable callback)還是handlerMessage實際上都是在調用一個方法sendMessageDelayed(Message msg) 只不過handlerMessage是直接接受一個參數，而Runable callback實際上是將這個Runable對象賦給了Message對象的callback成員變量，最後將Message對象插入消息隊列裡面。最後Looper不斷從MessageQueue中讀取消息，並且調用Handler的dispatchMessage消息，在根據callback是否為空，來采用不同的方法執行。Android消息機制分析到此結束。

回到最開始

我們這次知道了為什麼要在主線程中實例化Handler對象才能更新UI刷新，因為只有發送到UI線程的消息，才能被UI線程的handler處理，如果我們要在非UI線程中，實例化Handler，則必須先將線程變成LooperThread，在實例化。也就是說執行如下的代碼：

Loop.prepare();
hander = new Handler;
Loop.loop

至於原因相信讀完上面的講解，應該知道。
現在我們看一下我們最開始的代碼，最後腦補一下Handler的工作流程。

class MyHandler extends Handler{
    @Override
    public void handleMessage(Message msg){
    //更新UI
    }
}

MyHandler mHandler = new MyHandler();
new Thread(){
    public void run(){
        mHandler.sendEmptyMessage(123);
    };
}.start();

在Handler實例化成mHandler的時候，系統通過Handler默認的構造函數完成了Handler與Looper的關聯，並通過Looper關聯到了MessageQueue。而主線程的Looper則早在系統啟動的時候通過Loop.prepare就已經構造完成了，並與UI線程通過ThreadLocal關聯起來，然後在新的線程中執行mHandler.sendEmptyMessage,將Message發送給了MessageQueue,Looper.loop在循環的時候，不斷取出message,交給Handler處理，在我們覆寫的HandleMessage中，識別出我們發送的消息，將消息處理。當然這裡只是一個Empty消息，所以在handleMessage中沒有去執行msg.what的判斷。