深入探索Android消息机制之Handler

之前写了一篇关于Message的文章，感兴趣的朋友可以去看一下【Android消息机制之Message解析（面试）】，这一次咱们来聊一下消息机制中用得最多的Handler，也是面试中问得最多的之一，在这里我先抛几个问题出来：

1.Handler、Looper、Thread有什么关系？
2.为什么在子线程创建handler会抛异常 "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()"?
3.如何使用handler来处理message？
4.为什么不能在子线程更新UI？

我们带着问题去看源码：

大家先对一下的对象，脑补一下工厂的情景：

Handler:消息的处理者，工厂中流水线的工人。
Message:系统传递的消息，工厂中流水线上的产品。
MessageQueue:消息队列，工厂中流水线上的传送带。
Looper:发动机，工厂中使流水线的传送带运动的发动机。

我们先从程序入口来进行分析，Android应用程序的入口在ActivityThread的main函数中，我们先从main函数进行分析：

ActivityThread.java:

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>");

    //在android应用程序的入口其实在ActivityThread的main方法
    //在这里，主线程会创建一个Looper对象。
    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);
    //执行消息循环
    Looper.loop();

    throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
}

代码很长，我们挑关键的代码来看，在代码中我已写上注释，在main函数中，Looper调用了prepareMainLooer(),我们再进去Looper看看。

Looper.java:

/**
 * Initialize the current thread as a looper, marking it as an
 * application's main looper. The main looper for your application
 * is created by the Android environment, so you should never need
 * to call this function yourself.  See also: {@link #prepare()}
 */
public static void prepareMainLooper() {
    //在主线程中，其默认初始化一个Looper对象，因此我们在主线程的操作中是不需要自己去调prepare()。
    prepare(false);
    synchronized (Looper.class) {
        //这里先进行判断，在主线程是否已经存在Looper了，
        // 避免我们手动去调用prepareMainLooper()，因为这个是给程序入口初始化的时候系统会自动调用的
        if (sMainLooper != null) {
            throw new IllegalStateException("The main Looper has already been prepared.");
        }
        //设置全局变量，主线程的looper
        sMainLooper = myLooper();
    }
}

Initialize the current thread as a looper, marking it as an* application's main looper. The main looper for your application* is created by the Android environment, so you should never need* to call this function yourself.

注意这个函数的注释，大概意思是：在主线程创建一个looper，是这个主线程的主looper，当这个app在初始化的时候就会自行创建，因此这个函数不是给你们调用的，是给系统自身在程序创建的时候调用的。

我们继续往下看，有个prepare(boolean)函数，我们去看看这个到底是用来干什么的。
Looper.java:

private static void prepare(boolean quitAllowed) {
    //先判断当前线程是否已经存在Looper了，如果存在，不允许设置新的Looper对象，一个线程只允许存在一个Looper
    if (sThreadLocal.get() != null) {
        throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
    }
    //在当前线程中，创建新的Looper对象，并绑定当前线程
    sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));
}

在这里，我们看到了sThreadLocal,我们先看看这个sThreadLocal在Looper是干什么用的。

Looper.java:

// sThreadLocal.get() will return null unless you've called prepare().
//sThreadLocal在Looper中作为全局变量，用于保存每个线程中的数据,可以看做是容器
static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();

Looper中，sThreadLocal作为一个全局变量，sThreadLocal其实是保存Looper的一个容器，我们继续往ThreadLocal的get、set进行分析。

ThreadLocal.java:

/**
 * Returns the value in the current thread's copy of this
 * thread-local variable.  If the variable has no value for the
 * current thread, it is first initialized to the value returned
 * by an invocation of the {@link #initialValue} method.
 *
 * @return the current thread's value of this thread-local
 */
public T get() {
    //获取当前线程保存的对象--通过get函数来获取Looper对象
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null) {
        ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
        if (e != null)
            return (T) e.value;
    }
    return setInitialValue();
}

/**
 * Sets the current thread's copy of this thread-local variable
 * to the specified value.  Most subclasses will have no need to
 * override this method, relying solely on the {@link #initialValue}
 * method to set the values of thread-locals.
 *
 * @param value the value to be stored in the current thread's copy of
 *              this thread-local.
 */
public void set(T value) {
    //把当前的looper保存到当前线程中
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null)
        map.set(this, value);
    else
        createMap(t, value);
}

我们看到关键的代码：
Thread t=Thread.currentThread();

也就是说，我们的Looper对象分别保存在相对应的线程中。我们看回来我们的prepare(boolean)函数：
looper.java:

private static void prepare(boolean quitAllowed) {
    //先判断当前线程是否已经存在Looper了，如果存在，不允许设置新的Looper对象，一个线程只允许存在一个Looper
    if (sThreadLocal.get() != null) {
        throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
    }
    //在当前线程中，创建新的Looper对象，并绑定当前线程
    sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));
}

Looper.prepare(boolean)的作用就是创建一个Looper对象，并与当前线程绑定在一起。在代码中，首先判断当前线程是否已经存在looper，如果不存在则创建新的looper并且绑定到当前的线程上。

再看回之前的代码:
looper.java:

**
 * Initialize the current thread as a looper, marking it as an
 * application's main looper. The main looper for your application
 * is created by the Android environment, so you should never need
 * to call this function yourself.  See also: {@link #prepare()}
 */
public static void prepareMainLooper() {
    //在主线程中，其默认初始化一个Looper对象，因此我们在主线程的操作中是不需要自己去调prepare()。
    prepare(false);
    synchronized (Looper.class) {
        //这里先进行判断，在主线程是否已经存在Looper了，
        // 避免我们手动去调用prepareMainLooper()，因为这个是给程序入口初始化的时候系统会自动调用的
        if (sMainLooper != null) {
            throw new IllegalStateException("The main Looper has already been prepared.");
        }
        //设置全局变量，主线程的looper
        sMainLooper = myLooper();
    }
}

分别看一下sMainLooper是什么，myLooper()又是什么？
Looper.java:

//保存一个主线程的looper
private static Looper sMainLooper;  // guarded by Looper.class

/**
 * Return the Looper object associated with the current thread.  Returns
 * null if the calling thread is not associated with a Looper.
 */
public static Looper myLooper() {
    //使用当前线程的looper
    return sThreadLocal.get();
}

sMainLooper在Looper做为一个全局变量，保存主线程绑定的looper，myLooper()则是获取当前线程绑定的Looper。在prepareMainLooper()中,在主线程中创建一个新的Looper,并且绑定主线程中，同时把这个主线程的looper赋值给sMainLooer这个全局变量。

ActivityThread.java:

   public static void main(String[] args) {
        ......

        //在android应用程序的入口其实在ActivityThread的main方法
        //在这里，主线程会创建一个Looper对象。
        Looper.prepareMainLooper();

        ......
        ......
        ......        
        //执行消息循环
        Looper.loop();

        throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
    }
}

在应用程序ActivityThread.main入口中，系统除了调用Looper.prepareMainLooper，而且在最后还调用了Looper.loop(),这个函数有什么？大家脑补一下，工厂里的流水线上，除了有传送带外，如果你不让它动起来，那传送带也没什么作用，那么Looper.loop的作用就是让这个传送带动起来，也就是我们的让我们的消息队列动起来。

Looper.java:

/**
 * 调用此函数用于启动消息队列循环起来，作用相当于工厂流水线中的传送带的开关，
 * 只有把开关打开，传送带才跑起来
 * Run the message queue in this thread. Be sure to call
 * {@link #quit()} to end the loop.
 */
public static void loop() {
    //先进行判断当前线程是否有绑定looper
    final Looper me = myLooper();
    if (me == null) {
        throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
    }
    //获取这个looper的消息队列
    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();

    //循环通过消息队列来获取消息
    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 traceTag = me.mTraceTag;
        if (traceTag != 0) {
            Trace.traceBegin(traceTag, msg.target.getTraceName(msg));
        }
        try {
            //关键点，这里的msg.target也就是hanlder.看回代码hanlder.enqueueMessage()
            msg.target.dispatchMessage(msg);
        } finally {
            if (traceTag != 0) {
                Trace.traceEnd(traceTag);
            }
        }

        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);
        }
        //最后回收这个message
        msg.recycleUnchecked();
    }
}

这一段代码比较长，我们挑有中文注释的来看，先判断当前的线程是否存在looper，如果存在获取保存在Looper的消息队列messagequeue,然后无限循环这个消息队列来获取message,注意我们留到了一段代码：

//关键点，这里的msg.target也就是hanlder.看回代码hanlder.enqueueMessage()
msg.target.dispatchMessage(msg);

msg.target其实就是我们的handler,无论是handler通过post或者sendEmptyMessage,最终都会调用到调到这个enqueueMessage(),在这里会将handler赋值到msg.target中.

Handler.java:

private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
    //在message中放一个标记
    msg.target = this;
    if (mAsynchronous) {
        msg.setAsynchronous(true);
    }
    //在这里把消息放到队列里面去
    return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}

既然Looper中的loop()调用了msg.target.dispatchMessage，我们就看看Handler的dispatchMessage是如何进行处理这个msg的。

Handler.java:

/**
 * Handle system messages here.
 */
public void dispatchMessage(Message msg) {
    //这里先判断callback是否为空
    // callback就是我们使用handler.post(Runnable r)的入参runnable
    if (msg.callback != null) {
        handleCallback(msg);
    } else {
        //如果hanlder的入参callback不为空，优先处理
        if (mCallback != null) {
            //如果回调返回true.则拦截了handler.handleMessage的方法
            if (mCallback.handleMessage(msg)) {
                return;
            }
        }
        //这就是为什么我们使用hanlder的时候，需要重写handleMessage的方法
        handleMessage(msg);
    }
}

在dispatchMessage函数中，意思就是分发这个消息，在代码中先判断msg.callback是否为空，msg.callback是什么？在上一篇文章已详细介绍过了，其实就是handler.post中的runnable对象，通俗的来说就是handler如果有post操作的，就处理post的操作，我们在看看handlerCallback这个函数。
Handler.java:

private static void handleCallback(Message message) {
    message.callback.run();
}

很简单，就一行代码，我们看到了熟悉的run方法，这个不就是我们使用post的时候传进去的Runnbale对象的run方法吗？

/**
 * 模拟开始
 */
private void doSth() {
    //开启个线程，处理复杂的业务业务
    new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            //模拟很复杂的业务，需要1000ms进行操作的业务
            ......
            handler.post(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    //在这里可以更新ui
                    mTv.setText("在这个点我更新了:" + System.currentTimeMillis());
                }
            });
        }
    }).start();
}

我们回到handler.dispatchMessage(Message)中,如果不是通过post那么callback就为空，我们看到了一个mCallback变量，我们看看这个Callback的定义：

/**
 * Callback interface you can use when instantiating a Handler to avoid
 * having to implement your own subclass of Handler.
 *
 * @param msg A {@link android.os.Message Message} object
 * @return True if no further handling is desired
 */
public interface Callback {
    public boolean handleMessage(Message msg);
}

/**
 * Constructor associates this handler with the {@link Looper} for the
 * current thread and takes a callback interface in which you can handle
 * messages.
 * <p>
 * If this thread does not have a looper, this handler won't be able to receive messages
 * so an exception is thrown.
 *
 * @param callback The callback interface in which to handle messages, or null.
 */
public Handler(Callback callback) {
    this(callback, false);
}

The callback interface in which to handle messages, or null.
我们可以通过实现这个接口，并作为一个参数传进去Handler来达到处理这个消息的效果。

Handler.java:

/**
 * Handle system messages here.
 */
public void dispatchMessage(Message msg) {
    //这里先判断callback是否为空
    // callback就是我们使用handler.post(Runnable r)的入参runnable
    if (msg.callback != null) {
        handleCallback(msg);
    } else {
        //如果hanlder的入参callback不为空，优先处理
        if (mCallback != null) {
            //如果回调返回true.则拦截了handler.handleMessage的方法
            if (mCallback.handleMessage(msg)) {
                return;
            }
        }
        //这就是为什么我们使用hanlder的时候，需要重写handleMessage的方法
        handleMessage(msg);
    }
}

最后一行代码中，我们看到了熟悉的handleMessage，这不就是我们经常handler.handlerMessage的方法吗？
Demo:

Handler handler = new Handler() {
    @Override
    public void handleMessage(Message msg) {
        super.handleMessage(msg);
        //处理消息
    }
};

但注意之前我们所看到的，如果我们mCallback.handlerMessage(msg)返回为true的话，这样就不交给handler.handleMessage处理了。

我们继续看回来我们的Looper.loop()
Looper.java:

/**
 * 调用此函数用于启动消息队列循环起来，作用相当于工厂流水线中的传送带的开关，
 * 只有把开关打开，传送带才跑起来
 * Run the message queue in this thread. Be sure to call
 * {@link #quit()} to end the loop.
 */
public static void loop() {
    .....
    .....
    //循环通过消息队列来获取消息
    for (; ; ) {
        ......
        //最后回收这个message
        msg.recycleUnchecked();
    }
}

在无限循环每个消息的时候，除了调用handler.dispatchMessage,最后还会调用msg.recycleUnchecked()进行回收这个消息，至于message怎么回收我们就不讨论了，详情的大家可以去看看我上一篇文章。

现在我们回过头看看我之前说的那2个问题：为什么子线程创建handler会抛异常？
我们先看看Handler的关键的构造器：

/**
 * Default constructor associates this handler with the {@link Looper} for the
 * current thread.
 * <p>
 * If this thread does not have a looper, this handler won't be able to receive messages
 * so an exception is thrown.
 */
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());
        }
    }
//获取当前线程的looper
     mLooper = Looper.myLooper();
//如果当前线程没有绑定looper则抛异常
    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;
}

看构造器可得，如果在子线程创建handler，必须在子线程中先创建一个Looper对象，不然hanlder在初始化的时候获取不了当前线程的looper，会抛出异常"Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()"。

因此，如果我们在子线程中创建Handler的时候，我们可以这样：

new Thread(new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        //在当前子线程创建一个Looper对象
        Looper.prepare();
        Handler handler=new Handler();
        //让消息队列动起来
        Looper.loop();
    }
}).start();

这样就能成功在子线程创建handler。

总结：

1.为什么在主线程中创建Handler不需要我们调用Looper.prepare().因为在程序的入口中系统会调用Looper.prepareMainLooper()来创建，并且让其主线程的Looper启动起来。如果我们在子线程创建handler，需要手动创建looper并且启动。

2.每一个线程只能存在一个Looper, Looper有一个全局变量sThreadLocal用来保存每一个线程的looper,通过get、set进行存取looper。

3.Handler可以通过通过post或者sendMessage进行发送消息，因为其最终会调用sendMessageDelayed，我们可以通过runnable方式或者重写handleMessage进行消息的处理，当然如果通过handler.sendMessage(msg)的方式的话，我们可以实现Callback接口达到消息的处理。

4.为什么不能在子线程更新UI？其实更准确的来说应该是UI只能在创建UI的线程中进行更新，也就是主线程，如果子线程创建UI，其可以在子线程进行更新。

注：
网上也有很多文章关于Android消息机制的文章，大神们都写得很透彻，但为什么我还要去写这样的文章，一方便想通过读源码来提高个人的学习能力，另一方面也想将自己学到的分享给大家，哪怕多年以后看回自己的博客，也是别有一番滋味。从14年开始出来做android，看了不少文章，学到了很多东西，我很敬佩他们。特别感谢郭霖、李纪钢、徐宜生等等，因为他们的无私分享让很多人在工作上解决了不少难题，因此我也希望我能成为这样的人。