Android Handler异步消息处理机制解读
前言
去年年底很忙，就没什么时间写博客，后面就是疫情了，疫情在老家把整个人都搞的浑浑噩噩的，提不起兴致。回到公司复工也是比较忙，没啥时间写，周末不陪陪媳妇儿还要不高兴，最近稍微空闲了一点，准备重新开始继续找回状态吧，从基础的安卓异步消息处理机制开始，网上类似博客很多，但是打算自己重新回顾一下加深印象。
开始之前
说到消息机制，大家一定非常熟悉，因为平时coding的时候高频率的使用。我们都知道，Android系统规定只能在主线程更新UI，子线程进行耗时操作，如果主线程进行耗时操作就会出现ANR（Application Not Responding）的现象，子线程更新UI就会报错，看看子线程更新UI会有什么情况：
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
tvContent = findViewById(R.id.tv_content);
tvContent.setText("89797");
}
}).start();
这段代码，我们运行之后，不出意外会报下面的错误，
Only the original thread that created a view hierarchy can touch its views
那么怎么解决呢，当然是用handler机制啦，不过我们只知道如何使用肯定是不行的，不然也不用花费时间来写这篇文章了。
（PS：有的人可能会说，子线程并非一定不能更新UI啊，我在onCreate里创建一个子线程刷新UI就可以啊，当然没错，子线程可以在ViewRootImpl还没有被创建之前更新UI，但是我们这里指的是谷歌官方的规定，通用情况下，是不可以在子线程里更新UI的）
先来看看如何解决这个问题，改完之后的代码：
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
// Looper.prepare();//子线程中创建handler Looper得先prepare
Handler handler = new Handler(){
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
super.handleMessage(msg);
tvContent.setText(msg.obj.toString());
}
};
Message message = Message.obtain();
message.obj = "test";
message.what = 1;
handler.sendMessage(message);
//Looper.loop();//接收消息
}
}).start();
这样就解决了，运行一下，发现又报错了
java.lang.RuntimeException: Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()
at android.os.Handler.<init>(Handler.java:203)
at android.os.Handler.<init>(Handler.java:117)
at com.lyj.git.MainActivity$1$1.<init>(MainActivity.java:33)
at com.lyj.git.MainActivity$1.run(MainActivity.java:33)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:764)
好的，根据报错提示，加上Looper.prepare()，解决，但是发现虽然没有报错了，但是消息没有接收到，加上Looper.loop()，完美解决。
正题
好了，说了半天，进入正题，从源码角度分析。
首先我们来看看这个报错原因，为什么在子线程实例化的时候不调用Looper.prepare就会报错呢，实例化一个Handler的时候，我们一步步跟代码可以发现，最后都会走到下面这个方法
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;
}
这个方法的倒数第六行我们可以看到，如果loop为空，就会抛出异常，就是我们最开始出现的错误日志，那么什么时候这个对象才会为空呢，我们来看看mylooper方法
public static @Nullable Looper myLooper() {
return sThreadLocal.get();
}
这个方法很简单，就是从sThreadLocal中获取，很显然如果sThreadLocal中有Looper存在就返回Looper，如果没有Looper存在就返回空了
那么这个又是在哪给sThreadLocal设置变量的呢，是在Loop.prepare里面
private static void prepare(boolean quitAllowed) {
if (sThreadLocal.get() != null) {
throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
}
sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));
}
//可以看到，该方法在当前thread创建了一个Looper(), ThreadLocal主要用于维护线程的本地变量，
private Looper(boolean quitAllowed) {
mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
mThread = Thread.currentThread();
}
看这段代码，判断sThreadLocal中是否已经存在Looper了，如果还没有则创建一个新的Looper设置进去。这样也就完全解释了为什么我们要先调用Loop.prepare()方法，才能创建Handler对象。同时也可以看出每个线程中最多只会有一个Looper对象。
那么肯定有人会问了，我在主线程实例化handler的时候也没有调用Loop.prepare()呀，其实在主线程被创建的时候，已经调用了。我们都知道，应用初始化的时候都会调用ActivityThread类中的main方法（不知道的可以去看看应用启动流程），我们看看这个main方法中干了啥
public static void main(String[] args) {
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "ActivityThreadMain");
SamplingProfilerIntegration.start();
// CloseGuard defaults to true and can be quite spammy. We
// disable it here, but selectively enable it later (via
// StrictMode) on debug builds, but using DropBox, not logs.
CloseGuard.setEnabled(false);
Environment.initForCurrentUser();
// Set the reporter for event logging in libcore
EventLogger.setReporter(new EventLoggingReporter());
// Make sure TrustedCertificateStore looks in the right place for CA certificates
final File configDir = Environment.getUserConfigDirectory(UserHandle.myUserId());
TrustedCertificateStore.setDefaultUserDirectory(configDir);
Process.setArgV0("<pre-initialized>");
//没错！！就是这里！！！
Looper.prepareMainLooper();
ActivityThread thread = new ActivityThread();
thread.attach(false);
if (sMainThreadHandler == null) {
sMainThreadHandler = thread.getHandler();
}
if (false) {
Looper.myLooper().setMessageLogging(new
LogPrinter(Log.DEBUG, "ActivityThread"));
}
// End of event ActivityThreadMain.
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
Looper.loop();
throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
}
在这个方法里面我们看到在应用初始化的时候主线程已经调用了Loop.prepare了，所以我们平时用的时候不用Looper.prepare。到这里我们就可以在主线程发送消息了
消息入队
不管你是用post的方式还是sendMessage的方式，我们一步步跟进源码可以发现实际上调用的最终都是sendMessageAtTime方法，他俩本质上是没有区别的，就是写的方式不一样罢了，下面我们来看看这个sendMessageAtTime方法
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);
}
实际他调用的是enqueueMessage方法
boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
if (msg.target == null) {
throw new IllegalArgumentException("Message must have a target.");
}
if (msg.isInUse()) {
throw new IllegalStateException(msg + " This message is already in use.");
}
synchronized (this) {
if (mQuitting) {
IllegalStateException e = new IllegalStateException(
msg.target + " sending message to a Handler on a dead thread");
Log.w(TAG, e.getMessage(), e);
msg.recycle();
return false;
}
msg.markInUse();
msg.when = when;
Message p = mMessages;
boolean needWake;
if (p == null || when == 0 || when < p.when) {
// New head, wake up the event queue if blocked.
msg.next = p;
mMessages = msg;
needWake = mBlocked;
} else {
// Inserted within the middle of the queue. Usually we don't have to wake
// up the event queue unless there is a barrier at the head of the queue
// and the message is the earliest asynchronous message in the queue.
needWake = mBlocked && p.target == null && msg.isAsynchronous();
Message prev;
for (;;) {
prev = p;
p = p.next;
if (p == null || when < p.when) {
break;
}
if (needWake && p.isAsynchronous()) {
needWake = false;
}
}
msg.next = p; // invariant: p == prev.next
prev.next = msg;
}
// We can assume mPtr != 0 because mQuitting is false.
if (needWake) {
nativeWake(mPtr);
}
}
return true;
}
//我们可以看到，Message被存入MessageQueue时是将Message存到了上一个Message.next上，
//形成了一个链式的列表，同时也保证了Message列表的时序性。
可以看到， MessageQueue 实际上里面维护了一个 Message 构成的链表，每次插入数据都会按时间顺序进行插入，也就是说 MessageQueue 中的 Message 都是按照时间排好序的，这样的话就使得循环取出 Message 的时候只需要一个个地从前往后拿即可，这样 Message 都可以按时间先后顺序被消费
消息循环
存入我们看到了，那么是何时取出的呢，想必都猜到是Loop里面的逻辑，之前我们也发现子线程里面创建handler需要Looper.prepare()，并且不调用Loop.loop()方法handler接受不到消息，现在我们来看看这个方法。
public static void loop() {
//在调用Looper.prepare()之前是不能调用该方法的，不然就得抛出异常了
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
final Printer logging = me.mLogging;
if (logging != null) {
logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " +
msg.callback + ": " + msg.what);
}
final long slowDispatchThresholdMs = me.mSlowDispatchThresholdMs;
final long traceTag = me.mTraceTag;
if (traceTag != 0 && Trace.isTagEnabled(traceTag)) {
Trace.traceBegin(traceTag, msg.target.getTraceName(msg));
}
final long start = (slowDispatchThresholdMs == 0) ? 0 : SystemClock.uptimeMillis();
final long end;
try {
msg.target.dispatchMessage(msg);
end = (slowDispatchThresholdMs == 0) ? 0 : SystemClock.uptimeMillis();
} finally {
if (traceTag != 0) {
Trace.traceEnd(traceTag);
}
}
if (slowDispatchThresholdMs > 0) {
final long time = end - start;
if (time > slowDispatchThresholdMs) {
Slog.w(TAG, "Dispatch took " + time + "ms on "
+ Thread.currentThread().getName() + ", h=" +
msg.target + " cb=" + msg.callback + " msg=" + msg.what);
}
}
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.recycleUnchecked();
}
}
第3,4行：判断Looper对象是否为空，如果是空，抛出"No Looper; Looper.prepare() wasn’t called on this thread."异常。这就是我们最开始写示例代码的时候抛出的异常，如果我们在线程中创建handler,并且调用sendMessage方法，由于没有Looper对象，就会抛此异常。
消息的处理
for (;😉 循环里面，是个死循环，不断的执行next方法，这个方法这里我们暂时先不分析，如果有新消息，就交给 msg.target.dispatchMessage(msg)，这里msg.target其实就是Handler对象，我们来看看dispatchMessage这个方法
public void dispatchMessage(Message msg) {
if (msg.callback != null) {
handleCallback(msg);
} else {
if (mCallback != null) {
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
}
}
handleMessage(msg);
}
}
1、若msg.callback属性不为空，则代表使用了post（Runnable r）发送消息，直接回调Runnable对象里复写的run（）
2、若msg.callback属性为空，则代表使用了sendMessage（Message msg）发送消息，则回调复写的
所以，一个最标准的异步写法就是下面这样的
class HandlerThread extends Thread {
private Handler handler;
@Override
public void run() {
Looper.prepare();
handler = new Handler() {
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
super.handleMessage(msg);
tvContent.setText("13232");
}
};
Looper.loop();
}
}
到这里，handler的消息异步处理机制就差不多了，我们来总结一下
Message：消息，其中包含了消息ID，消息处理对象以及处理的数据等，由MessageQueue统一列队，终由Handler处理
MessageQueue：用于存储 Message，内部维护了 Message 的链表，每次拿取 Message 时，若该 Message 离真正执行还需要一段时间，会通过 nativePollOnce 进入阻塞状态，避免资源的浪费。若存在消息屏障，则会忽略同步消息优先拿取异步消息，从而实现异步消息的优先消费。
Looper：一个用于遍历 MessageQueue 的类，每个线程有一个独有的 Looper，它会在所处的线程开启一个死循环，不断从 MessageQueue 中拿出消息，并将其发送给 target 进行处理
Handler：事件的发送及处理者，在构造方法中可以设置其 async，默认为 “默认为 true。若 async 为 false 则该 Handler 发送的 Message 均为异步消息，有同步屏障的情况下会被优先处理”
1、一在handler所创建的线程需要维护一个唯一的Looper对象， 一个线程只能有一个Looper，每个线程的Looper通过ThreadLocal来保证，Looper对象的内部又维护有唯一的一个MessageQueue，所以一个线程可以有多个handler，但是只能有一个Looper和一个MessageQueue
2、Message在MessageQueue不是通过一个列表来存储的，而是将传入的Message存入到了上一个Message的next中，在取出的时候通过顶部的Message就能按放入的顺序依次取出Message
3、Looper对象通过loop()方法开启了一个死循环，不断地从looper内的MessageQueue中取出Message然后通过handler将消息分发传回handler所在的线程
借用网上的一张总结的不错的图来表示handler消息机制的流程：
关于消息屏障的内容，很多人都忽略了，我们下次再专门研究
参考：
https://blog.csdn.net/guolin_blog/article/details/9991569
https://blog.csdn.net/wsq_tomato/article/details/80301851
https://www.jianshu.com/p/ddc70efa57e4