Android线程间通信机制——深入理解 Looper、Handler、Message

2022-09-06 18:57:28

在Android中，经常使用Handler来实现线程间通信，必然要理解Looper , Handler , Message和MessageQueue的使用和原理，下面说一下Looper , Handler , Message有什么关系？下面从源码角度介绍3者关系，再给出一个结论。

1、导论

Handler 、 Looper 、Message 这三者都与Android异步消息处理线程相关的概念。

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。

那么和Handler 、 Looper 、Message有啥对应关系？

其实Looper负责的就是创建一个MessageQueue，然后进入一个无限循环体不断从该MessageQueue中读取消息，而消息的创建者就是一个或多个Handler 。

2、 源码分析

1、Looper

对于Looper主要是prepare()和loop()两个方法。

首先看prepare()方法

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  1. public static final void prepare() {
  2. if (sThreadLocal.get() != null) {
  3. throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
  4. }
  5. sThreadLocal.set(new Looper(true));
  6. }

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

下面看Looper的构造方法：

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  1. private Looper(boolean quitAllowed) {
  2. mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
  3. mRun = true;
  4. mThread = Thread.currentThread();
  5. }

在构造方法中，创建了一个MessageQueue（消息队列）。

然后我们看loop()方法：

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  1. public static void loop() {
  2. final Looper me = myLooper();
  3. if (me == null) {
  4. throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
  5. }
  6. final MessageQueue queue = me.mQueue;
  7. // Make sure the identity of this thread is that of the local process,
  8. // and keep track of what that identity token actually is.
  9. Binder.clearCallingIdentity();
  10. final long ident = Binder.clearCallingIdentity();
  11. for (;;) {
  12. Message msg = queue.next(); // might block
  13. if (msg == null) {
  14. // No message indicates that the message queue is quitting.
  15. return;
  16. }
  17. // This must be in a local variable, in case a UI event sets the logger
  18. Printer logging = me.mLogging;
  19. if (logging != null) {
  20. logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " +
  21. msg.callback + ": " + msg.what);
  22. }
  23. msg.target.dispatchMessage(msg);
  24. if (logging != null) {
  25. logging.println("<<<<< Finished to " + msg.target + " " + msg.callback);
  26. }
  27. // Make sure that during the course of dispatching the
  28. // identity of the thread wasn't corrupted.
  29. final long newIdent = Binder.clearCallingIdentity();
  30. if (ident != newIdent) {
  31. Log.wtf(TAG, "Thread identity changed from 0x"
  32. + Long.toHexString(ident) + " to 0x"
  33. + Long.toHexString(newIdent) + " while dispatching to "
  34. + msg.target.getClass().getName() + " "
  35. + msg.callback + " what=" + msg.what);
  36. }
  37. msg.recycle();
  38. }
  39. }

代码的第2行：

public static Looper myLooper() {

return sThreadLocal.get();

}

      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。

第6行：拿到该looper实例中的mQueue（消息队列）

13到45行：就进入了我们所说的无限循环。

14行：取出一条消息，如果没有消息则阻塞。

27行：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。

44行：释放消息占据的资源。

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哥们，现在缺的就是发送消息的对象了，于是乎：Handler登场了。

2、Handler

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。所以我们首先看Handler的构造方法，看其如何与MessageQueue联系上的，它在子线程中发送的消息（一般发送消息都在非UI线程）怎么发送到MessageQueue中的。

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  1. public Handler() {
  2. this(null, false);
  3. }
  4. public Handler(Callback callback, boolean async) {
  5. if (FIND_POTENTIAL_LEAKS) {
  6. final Class<? extends Handler> klass = getClass();
  7. if ((klass.isAnonymousClass() || klass.isMemberClass() || klass.isLocalClass()) &&
  8. (klass.getModifiers() & Modifier.STATIC) == 0) {
  9. Log.w(TAG, "The following Handler class should be static or leaks might occur: " +
  10. klass.getCanonicalName());
  11. }
  12. }
  13. mLooper = Looper.myLooper();
  14. if (mLooper == null) {
  15. throw new RuntimeException(
  16. "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");
  17. }
  18. mQueue = mLooper.mQueue;
  19. mCallback = callback;
  20. mAsynchronous = async;
  21. }

14行：通过Looper.myLooper()获取了当前线程保存的Looper实例，然后在19行又获取了这个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

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  1. public final boolean sendMessage(Message msg)
  2. {
  3. return sendMessageDelayed(msg, 0);
  4. }
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  1. public final boolean sendEmptyMessageDelayed(int what, long delayMillis) {
  2. Message msg = Message.obtain();
  3. msg.what = what;
  4. return sendMessageDelayed(msg, delayMillis);
  5. }
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  1. public final boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis)
  2. {
  3. if (delayMillis < 0) {
  4. delayMillis = 0;
  5. }
  6. return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis);
  7. }
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  1. public boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis) {
  2. MessageQueue queue = mQueue;
  3. if (queue == null) {
  4. RuntimeException e = new RuntimeException(
  5. this + " sendMessageAtTime() called with no mQueue");
  6. Log.w("Looper", e.getMessage(), e);
  7. return false;
  8. }
  9. return enqueueMessage(queue, msg, uptimeMillis);
  10. }

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：

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  1. private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
  2. msg.target = this;
  3. if (mAsynchronous) {
  4. msg.setAsynchronous(true);
  5. }
  6. return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
  7. }

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：

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  1. public void dispatchMessage(Message msg) {
  2. if (msg.callback != null) {
  3. handleCallback(msg);
  4. } else {
  5. if (mCallback != null) {
  6. if (mCallback.handleMessage(msg)) {
  7. return;
  8. }
  9. }
  10. handleMessage(msg);
  11. }
  12. }

可以看到，第10行，调用了handleMessage方法，下面我们去看这个方法：

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  1. /**
  2. * Subclasses must implement this to receive messages.
  3. */
  4. public void handleMessage(Message msg) {
  5. }

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。

例如：

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  1. private Handler mHandler = new Handler()
  2. {
  3. public void handleMessage(android.os.Message msg)
  4. {
  5. switch (msg.what)
  6. {
  7. case value:
  8. break;
  9. default:
  10. break;
  11. }
  12. };
  13. };

到此，这个流程已经解释完毕，让我们首先总结一下

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。

好了，总结完成，大家可能还会问，那么在Activity中，我们并没有显示的调用Looper.prepare()和Looper.loop()方法，为啥Handler可以成功创建呢，这是因为在Activity的启动代码中，已经在当前UI线程调用了Looper.prepare()和Looper.loop()方法。

3、Handler 的post方法

下面说一下Handler的post方法创建的线程和UI线程有什么关系？这里需要说明，有时候为了方便，我们会直接写如下代码：

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  1. mHandler.post(new Runnable()
  2. {
  3. @Override
  4. public void run()
  5. {
  6. Log.e("TAG", Thread.currentThread().getName());
  7. mTxt.setText("yoxi");
  8. }
  9. });

然后run方法中可以写更新UI的代码，其实这个Runnable并没有创建什么线程，要创建线程要通过new Thread执行run方法，然后再调用start()方法开启线程或者实现Runnable接口。而post方法的代码段中，只是new了Runnable对象，执行了run方法，相当于执行了一个普通的代码段。另外，看源码是发送了一条消息。

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  1. public final boolean post(Runnable r)
  2. {
  3. return  sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);
  4. }
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  1. private static Message getPostMessage(Runnable r) {
  2. Message m = Message.obtain();
  3. m.callback = r;
  4. return m;
  5. }

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。

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  1. public final boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis)
  2. {
  3. if (delayMillis < 0) {
  4. delayMillis = 0;
  5. }
  6. return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis);
  7. }
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  1. public boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis) {
  2. MessageQueue queue = mQueue;
  3. if (queue == null) {
  4. RuntimeException e = new RuntimeException(
  5. this + " sendMessageAtTime() called with no mQueue");
  6. Log.w("Looper", e.getMessage(), e);
  7. return false;
  8. }
  9. return enqueueMessage(queue, msg, uptimeMillis);
  10. }

最终和handler的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？

其实上面已经贴过代码，就是dispatchMessage方法：

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  1. public void dispatchMessage(Message msg) {
  2. if (msg.callback != null) {
  3. handleCallback(msg);
  4. } else {
  5. if (mCallback != null) {
  6. if (mCallback.handleMessage(msg)) {
  7. return;
  8. }
  9. }
  10. handleMessage(msg);
  11. }
  12. }

第2行，如果不为null，则执行callback回调，也就是我们的Runnable对象。

通过以上的介绍，关于Looper , Handler , Message 这三者关系上面已经叙述的非常清楚了。下面通过一张图来了解一下流程：

Android线程间通信机制——深入理解 Looper、Handler、Message

希望图片可以更好的帮助大家的记忆~~

4、补充

其实Handler不仅可以更新UI，你完全可以在一个子线程中Thread线程，去创建一个Handler，然后，使用这个handler实例在任何其他线程中发送消息，最终处理消息的代码都会在你创建Handler实例的线程中运行。

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  1. new Thread()
  2. {
  3. private Handler handler;
  4. public void run()
  5. {
  6. Looper.prepare();
  7. handler = new Handler()
  8. {
  9. public void handleMessage(android.os.Message msg)
  10. {
  11. Log.e("TAG",Thread.currentThread().getName());
  12. };
  13. };
  14. Looper.loop();
  15. }

最后，Android框架的设计思想有很多方面是值得我们借鉴的，不仅给我们提供了异步消息处理机制来更好的实现UI的更新，实现子线程与主线程交互，或者子线程与子线程之间进行通信。我们在开发中，一定要深入理解各种机制的原理，还可以把源码的编程思想应用到平时得Android项目开发中。


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