Android线程间消息传递Handler、Looper、MessageQueue

1、Handler作用

主要场景是子线程完成耗时操作的过程中，通过Handler向主线程发送消息Message，用来刷新UI界面。

2、源码分析

2.1 Handler源码

    final Looper mLooper;
    final MessageQueue mQueue;
    //Handler无参构造方法
    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 " + Thread.currentThread()
                        + " that has not called Looper.prepare()");
        }
        mQueue = mLooper.mQueue;
        mCallback = callback;
        mAsynchronous = async;
    }

在无参构造器里调用了重载的构造方法并分别传入null和false。并且在构造方法中给两个全局变量赋值：mLooper和mQueue。
这两者都是通过Looper来获取的，具体代码如下：

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

myLooper通过一个线程本地变量中的存根，然后mQueue是Looper中的一个全局变量，类型是MessageQueue类型。

2.2 Looper介绍

启动一个Java程序的入口函数是main方法，但是当main函数执行完毕之后程序停止运行，也就是进程会自动终止。但是当我们打开一个Activity之后，只要我们不按下返回键Activity会一直显示在屏幕上，也就是Activity所在进程会一直处于运行状态。实际上Looper内部维护一个无限循环，保证App进程持续进行。

2.2.1 Looper初始化

Activity启动时，ActivityThread的main方法是一个新的App进程的入口，具体实现如下：

//ActivityThread.java
public static void main(String[] args){
		....
		//初始化当前进程的Looper对象
		Looper.prepareMainLooper();
		....
		if(sMainThreadHandler==null){
		}
		//调用Looper的loop方法开启无限循环
		Looper.loop();
		throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited")
}

prepareMainLooper方法如下：

public static void prepareMainLooper() {
        prepare(false);
        synchronized (Looper.class) {
            if (sMainLooper != null) {
                throw new IllegalStateException("The main Looper has already been prepared.");
            }
            sMainLooper = myLooper();
        }
    }
    //prepare方法
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));
    }

prepareMainLooper中调用prepare方法创建Looper对象，其实就是new出一个Looper。核心之处在于将new出的Looper设置到了线程本地变量sThreadLocal中。也就是说创建的Looper与当前线程发生了绑定。

2.2.2 Looper的构造方法

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

可以看出，在构造方法中初始化了消息队列MessageQueue对象。prepare方法执行完之后，会调用myLooper()方法，从sThreadLocal中取出Looper对象并赋值给sMainLooper变量。

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

注：sMainLooper=myLooper()，在创建Looper对象之前，会判断sThreadLocal中是否已经绑定过Looper对象，如果是则抛出异常。 这行代码的目的是确保一个线程中Looper.prepare()方法只能被调用1次。

2.2.3 总结

• prepare方法在一个线程只能被调用1次；
• Looper的构造方法在一个线程中只能被调用1次；
• 最终导致MessageQueue在一个线程中只会被初始化1次。
  也就是说UI线程中只会存在1个MessageQueue对象，后续我们通过Handler发送的消息都会被发送到这个MessageQueue中。

2.2.4 Looper作用

用一句话总结：不断从MessageQueue中取出Message，然后出了Message中指定的任务。
在ActvityThread的Main方法中，出了调用Looper.prepareMainLooper初始化Looper对象之外，还调用了Looper.loop()方法开启无限循环，Looper的主要功能就是在这个循环中完成的。

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;
        ...
        for (;;) {
            Message msg = queue.next(); // might block
            if (msg == null) {
                // No message indicates that the message queue is quitting.
                return;
            }
            try {
                msg.target.dispatchMessage(msg);
                dispatchEnd = needEndTime ? SystemClock.uptimeMillis() : 0;
            } finally {
                if (traceTag != 0) {
                    Trace.traceEnd(traceTag);
                }
        }

很显然，loop方法中执行了一个死循环，这也输一个Android App进程能够持续运行的原因。
loop()方法中不断调用MessageQueue的next方法取出Message。如果message不为null则调用msg.target.dispatchMessage(msg);。具体就是从message中取出target对象，然后调用其dispatchMessage方法处理Message。

3、Handler

3.1 Handler的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);
        }
    }

可以看出，在dispatchMessage方法中会调用一个空方法handleMessage，而这个方法也正是我们创建Handler时需要覆盖的方法。

3.2 Handler的sendMessage方法

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

可以看出，经过几层调用之后，sendMessage最终会调用enqueueMessage方法将Message插入到消息队列MessageQueue中。而这个消息队列就是我们刚分析的在ActivityThread的main方法中通过Looper创建的MessageQueue。

3.3 Handler的enqueueMessage方法

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

• 在enqueueMessage方法中，将Handler自身设置为Message的target对象。因此后续Message会调用此Handler的dispatchMessage来处理。

4、最终总结

• 应用启动是从ActivityThread的main开始的，先是执行了Looper.prepare()，该方法先是new了一个Looper对象，在私有的构造方法中又创建了MessageQueue作为此Looper对象的成员变量，Looper对象通过ThreadLocal绑定MainThread中；
• 当我们创建Handler子类对象时，在构造方法中通过ThreadLocal获取绑定的Looper对象，并获取此Looper对象的成员变量MessageQueue作为该Handler对象的成员变量；
• 在子线程中调用上一步创建的Handler子类对象的sendMessage(msg)方法时，在该方法中将msg的target属性设置为自己本身，同时调用成员变量MessageQueue对象的enquueMessage()方法将msg放入MessageQueue中；
• 主线程创建好之后，会执行Looper.loop()方法，该方法中获取与线程绑定的Looper对象，继而获取该Looper对象的成员变量MessageQueue对象，并开启一个会阻塞(不占用资源)的死循环，只要MessageQueue中又msg，就会获取该msg，并执行msg.target.dispatch(msg)方法（msg.target即上一步引用的handler对象），此方法中调用了我们第二步创建handler子类对象时覆写的handleMessage()方法。