android的消息處理機制(圖文+源碼分析)—Looper/Handler/Message

這篇文章寫的非常好，深入淺出，關鍵還是一位大三學生自己剖析的心得。這是我喜歡此文的原因。下面請看正文：

作為一個大三的預備程序員，我學習android的一大樂趣是可以通過源碼學習google大牛們的設計思想。android源碼中包含了大量的設 計模式，除此以外，android sdk還精心為我們設計了各種helper類，對於和我一樣渴望水平得到進階的人來說，都太值得一讀了。這不，前幾天為了了解android的消息處理機 制，我看了Looper，Handler，Message這幾個類的源碼，結果又一次被googler的設計震撼了，特與大家分享。

android的消息處理有三個核心類：Looper,Handler和Message。其實還有一個Message Queue（消息隊列），但是MQ被封裝到Looper裡面了，我們不會直接與MQ打交道，因此我沒將其作為核心類。下面一一介紹：

線程的魔法師 Looper

Looper的字面意思是“循環者”，它被設計用來使一個普通線程變成Looper線程。所謂Looper線程就是循環工作的線程。在程序開發中（尤其是GUI開發中），我們經常會需要一個線程不斷循環，一旦有新任務則執行，執行完繼續等待下一個任務，這就是Looper線程。使用Looper類創建Looper線程很簡單：
代碼如下：

publicclass LooperThread extends Thread {
@Override
publicvoid run() {
// 將當前線程初始化為Looper線程
Looper.prepare();

// ...其他處理，如實例化handler

// 開始循環處理消息隊列
Looper.loop();
}
}

通過上面兩行核心代碼，你的線程就升級為Looper線程了！！！是不是很神奇？讓我們放慢鏡頭，看看這兩行代碼各自做了什麼。

1)Looper.prepare()

通過上圖可以看到，現在你的線程中有一個Looper對象，它的內部維護了一個消息隊列MQ。注意，一個Thread只能有一個Looper對象，為什麼呢？咱們來看源碼。
代碼如下：

publicclass Looper {
// 每個線程中的Looper對象其實是一個ThreadLocal，即線程本地存儲(TLS)對象
privatestaticfinal 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
publicstaticfinalvoid prepare() {
if (sThreadLocal.get() !=null) {
// 試圖在有Looper的線程中再次創建Looper將拋出異常
thrownew RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
}
sThreadLocal.set(new Looper());
}
// 其他方法
}

通過源碼，prepare()背後的工作方式一目了然，其核心就是將looper對象定義為ThreadLocal。如果你還不清楚什麼是ThreadLocal，請參考《理解ThreadLocal》。

2）Looper.loop()

調用loop方法後，Looper線程就開始真正工作了，它不斷從自己的MQ中取出隊頭的消息(也叫任務)執行。其源碼分析如下：
代碼如下：

publicstaticfinalvoid loop() {
Looper me = myLooper(); //得到當前線程Looper
MessageQueue queue = me.mQueue; //得到當前looper的MQ

// 這兩行沒看懂= = 不過不影響理解
Binder.clearCallingIdentity();
finallong ident = Binder.clearCallingIdentity();
// 開始循環
while (true) {
Message msg = queue.next(); // 取出message
if (msg !=null) {
if (msg.target ==null) {
// message沒有target為結束信號，退出循環
return;
}
// 日志。。。
if (me.mLogging!=null) me.mLogging.println(
">>>>> Dispatching to "+ msg.target +""
+ msg.callback +": "+ msg.what
);
// 非常重要！將真正的處理工作交給message的target，即後面要講的handler
msg.target.dispatchMessage(msg);
// 還是日志。。。
if (me.mLogging!=null) me.mLogging.println(
"<<<<< Finished to "+ msg.target +""
+ msg.callback);

// 下面沒看懂，同樣不影響理解
finallong 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資源
msg.recycle();
}
}
}

除了prepare()和loop()方法，Looper類還提供了一些有用的方法，比如

Looper.myLooper()得到當前線程looper對象：
代碼如下：

publicstaticfinal Looper myLooper() { // 在任意線程調用Looper.myLooper()返回的都是那個線程的looperreturn (Looper)sThreadLocal.get(); }

getThread()得到looper對象所屬線程：
代碼如下：

public Thread getThread() { return mThread; }

quit()方法結束looper循環：
代碼如下：

publicvoid quit() {
// 創建一個空的message，它的target為NULL，表示結束循環消息
Message msg = Message.obtain();
// 發出消息
mQueue.enqueueMessage(msg, 0);
}

到此為止，你應該對Looper有了基本的了解，總結幾點：

1.每個線程有且最多只能有一個Looper對象，它是一個ThreadLocal

2.Looper內部有一個消息隊列，loop()方法調用後線程開始不斷從隊列中取出消息執行

3.Looper使一個線程變成Looper線程。

那麼，我們如何往MQ上添加消息呢？下面有請Handler！（掌聲~~~）

異步處理大師 Handler

什麼是handler？handler扮演了往MQ上添加消息和處理消息的角色（只處理由自己發出的消息），即通知MQ它要執行一個任務(sendMessage)，並在loop到自己的時候執行該任務(handleMessage)，整個過程是異步的。handler創建時會關聯一個looper，默認的構造方法將關聯當前線程的looper，不過這也是可以set的。默認的構造方法：
代碼如下：

publicclass handler {

final MessageQueue mQueue; // 關聯的MQ
final Looper mLooper; // 關聯的looper
final Callback mCallback;
// 其他屬性

public Handler() {
// 沒看懂，直接略過，，，
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());
}
}
// 默認將關聯當前線程的looper
mLooper = Looper.myLooper();
// looper不能為空，即該默認的構造方法只能在looper線程中使用
if (mLooper ==null) {
thrownew RuntimeException(
"Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");
}
// 重要！！！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
mQueue = mLooper.mQueue;
mCallback =null;
}

// 其他方法
}

下面我們就可以為之前的LooperThread類加入Handler：
代碼如下：

publicclass LooperThread extends Thread {
private Handler handler1;
private Handler handler2;

@Override
publicvoid run() {
// 將當前線程初始化為Looper線程
Looper.prepare();

// 實例化兩個handler
handler1 =new Handler();
handler2 =new Handler();

// 開始循環處理消息隊列
Looper.loop();
}
}

加入handler後的效果如下圖：

可以看到，一個線程可以有多個Handler，但是只能有一個Looper！

Handler發送消息

有了handler之後，我們就可以使用 post(Runnable), postAtTime(Runnable, long), postDelayed(Runnable, long), sendEmptyMessage(int), sendMessage(Message), sendMessageAtTime(Message, long)和 sendMessageDelayed(Message, long)這些方法向MQ上發送消息了。光看這些API你可能會覺得handler能發兩種消息，一種是Runnable對象，一種是message對象，這是直觀的理解，但其實post發出的Runnable對象最後都被封裝成message對象了，見源碼：
代碼如下：

// 此方法用於向關聯的MQ上發送Runnable對象，它的run方法將在handler關聯的looper線程中執行
publicfinalboolean post(Runnable r)
{
// 注意getPostMessage(r)將runnable封裝成message
return sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);
}

privatefinal Message getPostMessage(Runnable r) {
Message m = Message.obtain(); //得到空的message
m.callback = r; //將runnable設為message的callback，
return m;
}

publicboolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis)
{
boolean sent =false;
MessageQueue queue = mQueue;
if (queue !=null) {
msg.target =this; // message的target必須設為該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;
}

其他方法就不羅列了，總之通過handler發出的message有如下特點：

1.message.target為該handler對象，這確保了looper執行到該message時能找到處理它的handler，即loop()方法中的關鍵代碼
代碼如下：

msg.target.dispatchMessage(msg);

2.post發出的message，其callback為Runnable對象

Handler處理消息

說完了消息的發送，再來看下handler如何處理消息。消息的處理是通過核心方法dispatchMessage(Message msg)與鉤子方法handleMessage(Message msg)完成的，見源碼
代碼如下：

// 處理消息，該方法由looper調用
publicvoid dispatchMessage(Message msg) {
if (msg.callback !=null) {
// 如果message設置了callback，即runnable消息，處理callback！
handleCallback(msg);
} else {
// 如果handler本身設置了callback，則執行callback
if (mCallback !=null) {
/* 這種方法允許讓activity等來實現Handler.Callback接口，避免了自己編寫handler重寫handleMessage方法。見http://alex-yang-xiansoftware-com.iteye.com/blog/850865 */
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
}
}
// 如果message沒有callback，則調用handler的鉤子方法handleMessage
handleMessage(msg);
}
}

// 處理runnable消息
privatefinalvoid handleCallback(Message message) {
message.callback.run(); //直接調用run方法！
}
// 由子類實現的鉤子方法
publicvoid handleMessage(Message msg) {
}

可以看到，除了handleMessage(Message msg)和Runnable對象的run方法由開發者實現外（實現具體邏輯），handler的內部工作機制對開發者是透明的。這正是handler API設計的精妙之處！

Handler的用處

我在小標題中將handler描述為“異步處理大師”，這歸功於Handler擁有下面兩個重要的特點：

1.handler可以在任意線程發送消息，這些消息會被添加到關聯的MQ上。

              

2.handler是在它關聯的looper線程中處理消息的。

這就解決了android最經典的不能在其他非主線程中更新UI的問題。android的主線程也是一個looper線程(looper 在android中運用很廣)，我們在其中創建的handler默認將關聯主線程MQ。因此，利用handler的一個solution就是在 activity中創建handler並將其引用傳遞給worker thread，worker thread執行完任務後使用handler發送消息通知activity更新UI。(過程如圖)

下面給出sample代碼，僅供參考：
代碼如下：

publicclass TestDriverActivity extends Activity {
private TextView textview;

@Override
protectedvoid onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.main);
textview = (TextView) findViewById(R.id.textview);
// 創建並啟動工作線程
Thread workerThread =new Thread(new SampleTask(new MyHandler()));
workerThread.start();
}

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

class MyHandler extends Handler {
@Override
publicvoid handleMessage(Message msg) {
String result = msg.getData().getString("message");
// 更新UI
appendText(result);
}
}
}

代碼如下：

publicclass SampleTask implements Runnable {
privatestaticfinal String TAG = SampleTask.class.getSimpleName();
Handler handler;

public SampleTask(Handler handler) {
super();
this.handler = handler;
}

@Override
publicvoid run() {
try { // 模擬執行某項任務，下載等
Thread.sleep(5000);
// 任務完成後通知activity更新UI
Message msg = prepareMessage("task completed!");
// message將被添加到主線程的MQ中
handler.sendMessage(msg);
} catch (InterruptedException e) {
Log.d(TAG, "interrupted!");
}

}

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

}

當然，handler能做的遠遠不僅如此，由於它能post Runnable對象，它還能與Looper配合實現經典的Pipeline Thread(流水線線程)模式。請參考此文《Android Guts: Intro to Loopers and Handlers》

封裝任務 Message

在整個消息處理機制中，message又叫task，封裝了任務攜帶的信息和處理該任務的handler。message的用法比較簡單，這裡不做總結了。但是有這麼幾點需要注意（待補充）：

1.盡管Message有public的默認構造方法，但是你應該通過Message.obtain()來從消息池中獲得空消息對象，以節省資源。

2.如果你的message只需要攜帶簡單的int信息，請優先使用Message.arg1和Message.arg2來傳遞信息，這比用Bundle更省內存

3.擅用message.what來標識信息，以便用不同方式處理message。