讲讲Handler+Looper+MessageQueue 关系

前言

Handler+Looper+MessageQueue这三者的关系其实就是Android的消息机制。这块内容相比开发人员都不陌生，在面试中，或者日常开发中都会碰到，今天就来讲这三者的关系。

概述：

Handler 、 Looper 、Message 这三者都与Android异步消息处理线程相关的概念。那么什么叫异步消息处理线程呢？异步消息处理线程启动后会进入一个无限的循环体之中，每循环一次，从其内部的消息队列中取出一个消息，然后回调相应的消息处理函数，执行完成一个消息后则继续循环。若消息队列为空，线程则会阻塞等待。
那么Android消息机制主要是指Handler的运行机制，Handler运行需要底层的MessageQueue和Looper支撑。其中MessageQueue采用的是单链表的结构，Looper可以叫做消息循环。由于MessageQueue只是一个消息存储单元，不能去处理消息，而Looper就是专门来处理消息的，Looper会以无限循环的形式去查找是否有新消息，如果有的话，就处理，否则就一直等待着。
我们知道，Handler创建的时候会采用当前线程的Looper来构造消息循环系统，需要注意的是，线程默认是没有Looper的，如果需要使用Handler就必须为线程创建Looper，因为默认的UI主线程，也就是ActivityThread，ActivityThread被创建的时候就会初始化Looper，这也是在主线程中默认可以使用Handler的原因。

关系图：

先给出这三者之间的关系图

原因：

前面提到的Handler+Looper+MessageQueue，这三者实际上是一个整体，我们在开发过程中接触的最多是Handler。Handler的主要作用是将一个任务切换到某个指定的线程中去执行，那么Androd为什么要提供这个功能呢？
这是因为Android规定UI只能在主线程中进行，如果在子线程中访问UI，那么程序就会崩溃，抛出异常，这就是导致我们不能在主线程中进行耗时操作，否则会导致程序无法响应，即ANR，那要是我们想要从服务端获取数据在UI上显示怎么办呢，耗时的话我们一般在子线程中进行获取，如何把获取的数据呈现在主线程中呢，这其中就用到了Handler，Handler主要原因就是为了解决在子线程中无法访问UI的矛盾。
可以在延伸下，系统为什么不允许在子线程中访问UI呢，这是因为Android的UI控件不是线程安全的，如果是多线程中并发访问可能会导致UI控件处于不可控的状态。

Looper类

Looper扮演的角色就是消息循环，不断从MessageQueue中查看是否有新消息，如果有新消息到来就会立刻处理，否则就一直祖塞在那里，在它的构造方法，默认会创建一个MessageQueue的消息队列，然后将当前线程的对象保存起来。

private Looper(boolean quitAllowed) {
        mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
        mRun = true;
        mThread = Thread.currentThread();
}

对于Looper主要是prepare()和loop()两个方法，首先看prepare()方法。

public static final void prepare() {
        if (sThreadLocal.get() != null) {
            throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
        }
        sThreadLocal.set(new Looper(true));
}

sThreadLocal是一个ThreadLocal对象，可以在一个线程中存储变量。可以看到，在第5行，将一个Looper的实例放入了ThreadLocal，并且2-4行判断了sThreadLocal是否为null，否则抛出异常。这也就说明了Looper.prepare()方法不能被调用两次，同时也保证了一个线程中只有一个Looper实例

然后我们看loop()方法

public static void loop() {
        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
            Printer logging = me.mLogging;
            if (logging != null) {
                logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " +
                        msg.callback + ": " + msg.what);
            }

            msg.target.dispatchMessage(msg);

            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.recycle();
        }
}

方法直接返回了sThreadLocal存储的Looper实例，如果me为null则抛出异常，也就是说looper方法必须在prepare方法之后运行。
拿到该looper实例中的mQueue（消息队列），就进入了我们所说的无限循环。
取出一条消息，如果没有消息则阻塞。
使用调用 msg.target.dispatchMessage(msg);把消息交给msg的target的dispatchMessage方法去处理。Msg的target是什么呢？其实就是handler对象，下面会进行分析。

Looper主要作用：
1、与当前线程绑定，保证一个线程只会有一个Looper实例，同时一个Looper实例也只有一个MessageQueue。
2、loop()方法，不断从MessageQueue中去取消息，交给消息的target属性的dispatchMessage去处理。

好了，我们的异步消息处理线程已经有了消息队列（MessageQueue），也有了在无限循环体中取出消息的Looper，现在缺的就是发送消息的对象了，于是乎：Handler登场了。

Handler类

Handler的工作主要是包含消息的发送和接受的过程。使用Handler之前，我们都是初始化一个实例，比如用于更新UI线程，我们会在声明的时候直接初始化，或者在onCreate中初始化Handler实例。

public Handler() {
        this(null, false);
}
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;
    }

通过Looper.myLooper()获取了当前线程保存的Looper实例，然后又获取了这个Looper实例中保存的MessageQueue（消息队列），这样就保证了handler的实例与我们Looper实例中MessageQueue关联上了。

然后看我们最常用的sendMessage方法

public final boolean sendMessage(Message msg)
   {
       return sendMessageDelayed(msg, 0);
   }

  public final boolean sendEmptyMessageDelayed(int what, long delayMillis) {
       Message msg = Message.obtain();
       msg.what = what;
       return sendMessageDelayed(msg, delayMillis);
   }

public final boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis)
   {
       if (delayMillis < 0) {
           delayMillis = 0;
       }
       return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis);
   }

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);
   }

最后调用了sendMessageAtTime，在此方法内部有直接获取MessageQueue然后调用了enqueueMessage方法，我们再来看看此方法：

private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
       msg.target = this;
       if (mAsynchronous) {
           msg.setAsynchronous(true);
       }
       return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
   }

enqueueMessage中首先为meg.target赋值为this，如果大家还记得Looper的loop方法会取出每个msg然后交给msg,target.dispatchMessage(msg)去处理消息，也就是把当前的handler作为msg的target属性。最终会调用queue的enqueueMessage的方法，也就是说handler发出的消息，最终会保存到消息队列中去。

现在已经很清楚了Looper会调用prepare()和loop()方法，在当前执行的线程中保存一个Looper实例，这个实例会保存一个MessageQueue对象，然后当前线程进入一个无限循环中去，不断从MessageQueue中读取Handler发来的消息。然后再回调创建这个消息的handler中的dispathMessage方法，下面我们赶快去看一看这个方法：

public void dispatchMessage(Message msg) {
        if (msg.callback != null) {
            handleCallback(msg);
        } else {
            if (mCallback != null) {
                if (mCallback.handleMessage(msg)) {
                    return;
                }
            }
            handleMessage(msg);
        }
    }

  /**
     * Subclasses must implement this to receive messages.
     */
    public void handleMessage(Message msg) {
    }

可以看到这是一个空方法，为什么呢，因为消息的最终回调是由我们控制的，我们在创建handler的时候都是复写handleMessage方法，然后根据msg.what进行消息处理。

总结下：

1、首先Looper.prepare()在本线程中保存一个Looper实例，然后该实例中保存一个MessageQueue对象；因为Looper.prepare()在一个线程中只能调用一次，所以MessageQueue在一个线程中只会存在一个。
2、Looper.loop()会让当前线程进入一个无限循环，不端从MessageQueue的实例中读取消息，然后回调msg.target.dispatchMessage(msg)方法。
3、Handler的构造方法，会首先得到当前线程中保存的Looper实例，进而与Looper实例中的MessageQueue想关联。
4、Handler的sendMessage方法，会给msg的target赋值为handler自身，然后加入MessageQueue中。
5、在构造Handler实例时，我们会重写handleMessage方法，也就是msg.target.dispatchMessage(msg)最终调用的方法。

Handler Post

public final boolean post(Runnable r)
   {
      return  sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);
   }
 private static Message getPostMessage(Runnable r) {
       Message m = Message.obtain();
       m.callback = r;
       return m;
   }
public final boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis)
   {
       if (delayMillis < 0) {
           delayMillis = 0;
       }
       return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis);
   }
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);
   }

可以看到，在getPostMessage中，得到了一个Message对象，然后将我们创建的Runable对象作为callback属性，赋值给了此message.注：产生一个Message对象，可以new  ，也可以使用Message.obtain()方法；两者都可以，但是更建议使用obtain方法，因为Message内部维护了一个Message池用于Message的复用，避免使用new 重新分配内存。最终和handler.sendMessage一样，调用了sendMessageAtTime，然后调用了enqueueMessage方法，给msg.target赋值为handler，最终加入MessagQueue.可以看到，这里msg的callback和target都有值，那么会执行哪个呢？

dispatchMessage方法

public void dispatchMessage(Message msg) {
       if (msg.callback != null) {
           handleCallback(msg);
       } else {
           if (mCallback != null) {
               if (mCallback.handleMessage(msg)) {
                   return;
               }
           }
           handleMessage(msg);
       }
   }

Handler流程图