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Android消息机制浅析

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1.Looper、Handler、MessageQueue的关系

  • Looper 用于线程的消息循环,一个线程只能有一个Looper对象
  • Handler
    • 执行任务调度和发生一些操作（在未来某时刻）
    • 执行其他线程中的队列消息
  • MessageQueue 消息队列

一个Looper对应一个MessageQueue，并不断从MessageQueue中取出消息，提交给Handel处理。

2.Looper

以主线程为例。Looper的初始化过程是这样的。
代码地址：
/frameworks/base/core/java/android/app/ActivityThread.java#main(String[] args)

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Looper.prepareMainLooper();
xxxx
Looper.loop();

而非UI线程的初始化过程

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Looper.prepare()
xxx
Looper.loop();

不管是主线程还是其他线程，都会调用prepare(boolean quitAllowed)方法，参数为是否允许退出循环，主线程是不允许的，而其他线程是允许的。

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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));
   }

接下来看Looper的构造方法

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

从构造方法中可以看出，将Looper、MessageQueue、currentThread之间建立的关联。
那么，Looper对象是如何从消息队列中不断地取出消息呢？代码比较长，我们拆开来看。Looper#loop()方法

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final Looper me = myLooper();

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public static @Nullable Looper myLooper() {
       return sThreadLocal.get();
   }

取出和当前线程对应的Looper对象

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for (;;) {
           Message msg = queue.next(); // might block
           if (msg == null) {
               // No message indicates that the message queue is quitting.
               return;
           }
           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();
           msg.recycleUnchecked();
       }
   }

上面的代码中去掉了一些日志代码。可以看到,死循环从MessageQueue中取出消息，并调用msg.target.dispatchMessage(msg)方法去分发消息，最后回收。

3.Handler

既然知道了Looper，那么我们需要知道消息是怎么来的。

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Message msg = new Message();
msg.what = xxx;
msg.obj = xxx;
handler.sendMessage(msg);

我们通常都是通过上面的步骤去发送的，所以，追踪下代码。

sendMessage->sendMessageDelayed->sendMessageAtTime->enqueueMessage
到这里就来到了一个关键点了，我们看下代码。

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

还记得我们上面分发消息的地方么？同样有target，这个是什么呢？我们进Message的源码里一探究竟。

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Handler target

好，是一个handler对象，也就是我们当前线程的一个handler对象，也就是发送消息的那个handler对象。所以，我们现在来看看handler的dispatchMessage方法。

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

调用关系和初始化的关系有关。

  • Message.obtain(Handler h, Runnable callback) 构造消息时，会调用handlerCallback(msg)方法
  • 初始化Handler的构造函数带CallBack参数是，调用mCallBack的 handleMessage(msg)方法
  • 否则，调用handlerMessage(msg)方法。

回到enqueueMessage方法，发现是通过调用MessageQueue的enqueueMessage方法来插入消息的。

4.MessageQueue

消息队列，字面意思是消息队列，然而我们知道，队列的方式是先进先出，而我们的消息时候时间调度的，因此，并不符合先进先出的思想，所以，消息队列实际上是个链表，这样我们才能往任意位置插入消息。enqueueMessage的代码如下：

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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;
}

上面的步骤是这样子的。

  • 判断是否关联了handler
  • 判断是否用过(已经插入到链表中的)
  • 当前队列是否处在退出状态
    • 退出状态 回收资源，插入链表失败
    • 不是退出状态
      • 改变Message的状态为已经use，并获取message的when时间
      • 在链表中找到合适的位置插入
        • 和链表头结点比较时间，如发生时间在头结点消息之前，插入到头结点
        • 死循环，找到该消息比链表中的消息早发生的消息，插入到那条消息前面，否则就插入到链表表尾

在最前面Looper里，一直通过queue.next()去读取链表里的消息，所以，我们来看下next方法。由于next的方法比较长，我们一段一段来看。

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final long now = SystemClock.uptimeMillis();
Message prevMsg = null;
Message msg = mMessages;
if (msg != null && msg.target == null) {
    // Stalled by a barrier.  Find the next asynchronous message in the queue.
    do {
        prevMsg = msg;
        msg = msg.next;
    } while (msg != null && !msg.isAsynchronous());
}
if (msg != null) {
    if (now < msg.when) {
        // Next message is not ready.  Set a timeout to wake up when it is ready.
        nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE);
    } else {
        // Got a message.
        mBlocked = false;
        if (prevMsg != null) {
            prevMsg.next = msg.next;
        } else {
            mMessages = msg.next;
        }
        msg.next = null;
        if (DEBUG) Log.v(TAG, "Returning message: " + msg);
        msg.markInUse();
        return msg;
    }
} else {
    // No more messages.
    nextPollTimeoutMillis = -1;
}

  • 假如当前Message不为null 但是没和handler关联的话，就找下一个消息，直到找到不是null也关联到handler的Message
  • 如果当前时间小于Message的when的话，就计算时间差，并赋值给nextPollTimeoutMillis

  • 不小于的话

    • 假如步骤1中链表头的消息没关联handler，就将步骤1中找出的不是null也关联了handler的Message的上一条Message.next指向该Message.next(这里有点绕，其实就相当于在链表中移除了改消息)，并返回该消息
    • 否则，将mMessages(表头)指向msg.next(也是移除了该消息)

  • 下面的代码忽略(ps:我看不懂…)

5.总结

当然，这些东西里面我没有介绍ThreadLocal这个，想了解的朋友们去Google吧(百度不是出事了么，嘿嘿)。
Android中的消息传递机制是一个非常重要的东西，我们需要简单的了解下他的简单原理，所以，大家也去看看源代码吧。

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