Android Handler,Looper,MessageQueue 機制

在開始討論android的消息處理機制前，先來談談一些基本相關的術語。

通信的同步（Synchronous）：指向客戶端發送請求後，必須要在服務端有迴應後客戶端才繼續發送其它的請求，所以這時所有請求將會在服務端得到同步，直到服務端返回請求。

通信的異步（Asynchronous）：指客戶端在發送請求後，不必等待服務端的迴應就可以發送下一個請求。

所謂同步調用，就是在一個函數或方法調用時，沒有得到結果之前，該調用就不返回，直到返回結果。異步調用和同步是相對的，在一個異步調用發起後，被調用者立即返回給調用者，但是調用者不能立刻得到結果，被調用都在實際處理這個調用的請求完成後，通過狀態、通知或回調等方式來通知調用者請求處理的結果。

android的消息處理有三個核心類：Looper,Handler和Message。其實還有一Message Queue（消息隊列），但是MQ被封裝到Looper裏面了，我們不會直接與MQ打交道，所以它不算是個核心類。

1. 消息類：Message類

android.os.Message的主要功能是進行消息的封裝，同時可以指定消息的操作形式，Message類定義的變量和常用方法如下：

（1）public int what：變量，用於定義此Message屬於何種操作

（2）public Object obj：變量，用於定義此Message傳遞的信息數據，通過它傳遞信息

（3）public int arg1：變量，傳遞一些整型數據時使用

（4）public int arg2：變量，傳遞一些整型數據時使用

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

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，但是有這麼幾點需要注意：

（1）儘管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。

2. 消息通道：Looper

在使用Handler處理Message時，需要Looper（通道）來完成。在一個Activity中，系統會自動幫用戶啓動Looper對象，而在一個用戶自定義的類中，則需要用戶手工調用Looper類中的方法，然後纔可以正常啓動Looper對象。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：

public class LooperThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        // 將當前線程初始化爲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，你的線程就升級爲Looper線程了！那麼這兩行代碼都做了些什麼呢？

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，爲什麼呢？來看一下源碼

public class 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
    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
}

prepare()背後的工作方式一目瞭然，其核心就是將looper對象定義爲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：

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
        
        Binder.clearCallingIdentity();
        final long 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爲結束信號，退出循環
                    return;
                }
                // 日誌
                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);
                // 日誌
                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：

public static final Looper myLooper() {
        // 在任意線程調用Looper.myLooper()返回的都是那個線程的looper
        return (Looper)sThreadLocal.get();
    }

getThread()得到looper對象所屬線程：

  public Thread getThread() {
        return mThread;
    }

quit()方法結束looper循環：

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

綜上，Looper有以下幾個要點：

1）每個線程有且只能有一個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，我們如何操作Message Queue上的消息呢？這就是Handler的用處了

3. 消息操作類：Handler類

Message對象封裝了所有的消息，而這些消息的操作需要android.os.Handler類完成。什麼是handler？handler起到了處理MQ上的消息的作用（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：

public class handler {
    final MessageQueue mQueue;  // 關聯的MQ
    final Looper mLooper;  // 關聯的looper
    final Callback mCallback; 
    // 其他屬性
    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());
            }
        }
        // 默認將關聯當前線程的looper
        mLooper = Looper.myLooper();
        // looper不能爲空，即該默認的構造方法只能在looper線程中使用
        if (mLooper == null) {
            throw new RuntimeException(
                "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");
        }
        // 重要！！！直接把關聯looper的MQ作爲自己的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
}

下面我們就可以爲之前的LooperThread類加入Handler：

public class LooperThread extends Thread {
    private Handler handler1;
    private Handler handler2;

    @Override
    public void run() {
        // 將當前線程初始化爲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)

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：

 // 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
    public final boolean post(Runnable r)
    {
       // 注意getPostMessage(r)將runnable封裝成message
       return  sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);
    }

    private final Message getPostMessage(Runnable r) {
        Message m = Message.obtain();  //得到空的message
        m.callback = r;  //將runnable設爲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必須設爲該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;
    }

通過handler發出的message有如下特點：

1.message.target爲該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

msg.target.dispatchMessage(msg);

2.post發出的message，其callback爲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

  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。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)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，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：

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;
    }

}

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