Android消息机制源码解读

• 不要心急，一点一点的进步才是最靠谱的。

读完本文你将了解：

• • 前言
  • Message
  • MessageQueue
  • Looper
  • Handler
  • 主线程消息机制
  • 总结
  • Thanks

前言

本来我以为自己很了解 Handler，在印象中 Android 消息机制无非就是：

1. Handler 给 MessageQueue 添加消息
2. 然后 Looper 无限循环读取消息
3. 再调用 Handler 处理消息

整体的流程有了，但是一直没有结合源码捋一捋。

直到有一天在使用 Handler 发送消息时遇到了一个问题：

This message is already in use.

这才去翻了翻源码，今天总结一下。

Android 消息机制主要涉及 4 个类：

• Message

• MessageQueue

• Handler

• Looper

我们依次结合源码分析一下。

Message

“消息机制”，其中要传递的就是 Message，官方对它的描述是：

包含任意类型的对象和描述信息，可以被发送给 Handler。

Message 的主要属性如下：

    //用来标识一个消息，接收消息方可以根据它知道这个消息是做什么的
    public int what;

    //如果你的消息要传递的数据是整型的，可以直接使用 arg1 和 arg2，而不需要使用构造一个 Bundle
    public int arg1;
    public int arg2;

    //一个任意类型的对象，在使用 Messenger 跨进程传递消息时，通常使用它传递给接收者
    //在其他场景下我们一般使用 setData() 方法
    public Object obj;

    //负责回复消息的 Messenger，有的场景下（比如接受者、发送者模型）需要使用它
    public Messenger replyTo;

    //当前消息的标志，只在被 Messenger 传递消息时使用，其他情况下都是 -1
    public int sendingUid = -1;

    //标识当前消息是否在被使用
    //当一个消息入队时这个标志会被改变，在被重新获取后重置
    //当一个消息已经在被使用时，二次入队或者回收会报错（这就是我前言中提到的错误原因）
    /*package*/static final int FLAG_IN_USE = 1 << 0;

    //标识当前 消息是否是异步的
    /*package*/static final int FLAG_ASYNCHRONOUS = 1 << 1;

    //在 copyFrom 方法中要清除的标志
    /*package*/static final int FLAGS_TO_CLEAR_ON_COPY_FROM = FLAG_IN_USE;
    /*package*/int flags;

    /*package*/long when;

    //很关键的数据部分
    /*package*/Bundle data;

    //发送和处理消息关联的 Handler
    /*package*/Handler target;

    //消息的回调
    /*package*/Runnable callback;

    //在有些场景下还会以链表的形式关联后一个消息
    /*package*/Message next;

    //消息池
    private static final Object sPoolSync = new Object();
    private static Message sPool;    //回收消息链表
    private static int sPoolSize = 0;

    private static final int MAX_POOL_SIZE = 50;

    private static boolean gCheckRecycle = true;
Pasted from: http://book2s.com/java/src/package/android/os/message.html#a940ebe121994bfb7f9629bca79beab6

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可以看到，Message 中比较关键的属性有：

• 标识干什么的 what
• 两个简易的整型数据存储对象 arg1 arg2
• 存储复杂点的对象 Bundle
• 跨进程通信绑定数据的 object
• 与之关联的 Handler
• 还有一些标志位，和消息池什么的

如何获取一个消息

消息机制最开始肯定需要构建一个消息。

虽然 Message 的构造函数是 public 的，但是官方还是建议我们使用以下 2 种方式获取一个 Message 对象：

1. Message.obtain()
2. Handler.obtainMessage()

原因是这两个方法会从一个消息回收池里获取消息，而不是新建一个，这样可以节省内存。

Handler.obtainMessage() 也是调用的 Message.obtain()：

    public final Message obtainMessage() {
        return Message.obtain(this);
    }

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去看一下 Message.obtain() 源码。

Message.obtain()

Message.obtain() 有 7 个重载方法，基本就是在获取一个 Message 对象的同时直接赋值：

我们选最复杂的一个看下源码：

    public static Message obtain(Handler h, int what, int arg1, int arg2,
            Object obj) {
        Message m = obtain();
        m.target = h;
        m.what = what;
        m.arg1 = arg1;
        m.arg2 = arg2;
        m.obj = obj;

        return m;
    }
Pasted from: http://book2s.com/java/src/package/android/os/message.html#50de1a696587dcd5ae3c91eb63985af2

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的确就是在 obtainI() 的基础上加了一些赋值。

Message.obtain() 源码如下：

    public static Message obtain() {
        synchronized (sPoolSync) {
            if (sPool != null) {
                Message m = sPool;
                sPool = m.next;
                m.next = null;
                m.flags = 0; // 获取一个复用的消息时，会重置标志位，之前它是 FLAG_IN_USE
                sPoolSize--;
                return m;
            }
        }
        return new Message();
    }
Pasted from: http://book2s.com/java/src/package/android/os/message.html#62dadbbac34056e7ad4fad36d757d6ef

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可以看到，这个方法会获取前面提到的 private static Message sPool; ，如果 sPool 存在就从复用消息链表头部取一个消息，然后重置它的标志位；如果不存在复用消息链表就新建一个消息。

那什么时候往消息池中添加消息呢？

消息的回收利用

消息的回收在 Message.recyclerUnchecked() 方法：

    void recycleUnchecked() {
        flags = FLAG_IN_USE;    //当前消息被回收时，会标志为 FLAG_IN_USE
        what = 0;
        arg1 = 0;
        arg2 = 0;
        obj = null;
        replyTo = null;
        sendingUid = -1;
        when = 0;
        target = null;
        callback = null;
        data = null;

        synchronized (sPoolSync) {
            if (sPoolSize < MAX_POOL_SIZE) {
                next = sPool;
                sPool = this;
                sPoolSize++;
            }
        }
    }

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可以看到 recycleUnchecked 方法将当前 Message 标志为 FLAG_IN_USE，这样如果这个方法在被入队，就会报错。此外它还清除了其他数据，然后把这个消息加入了回收消息的链表中。

那 recycleUnchecked() 什么时候会被调用呢？

在 MessageQueue 和 Looper 中都有。

MessageQueue.removeMessages() 方法：

    void removeMessages(Handler h, int what, Object object) {
        if (h == null) {
            return;
        }

        synchronized (this) {
            Message p = mMessages;

            // Remove all messages at front.
            while (p != null && p.target == h && p.what == what
                    && (object == null || p.obj == object)) {
                Message n = p.next;
                mMessages = n;
                p.recycleUnchecked();    //这里调用了
                p = n;
            }

            // Remove all messages after front.
            while (p != null) {
                Message n = p.next;
                if (n != null) {
                    if (n.target == h && n.what == what
                            && (object == null || n.obj == object)) {
                        Message nn = n.next;
                        n.recycleUnchecked();    //这里也调用了
                        p.next = nn;
                        continue;
                    }
                }
                p = n;
            }
        }
    }
Pasted from: http://book2s.com/java/src/package/android/os/messagequeue.html#0dbba2b975383e8b440199e5d69c73de

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Looper.loop() 方法：

    public static void loop() {
        //...

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

            //...

            msg.recycleUnchecked();
        }
    }
Pasted from: http://book2s.com/java/src/package/android/os/looper.html

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至此我们可以看到，一个消息在被 Looper 处理时或者移出队列时会被标识为 FLAG_IN_USE，然后会被加入回收的消息链表，这样我们调用 Message.obtain() 方法时就可以从回收的消息池中获取一个旧的消息，从而节约成本。

MessageQueue

MessageQueue 管理着一个 Message 的列表，Handlers 为它添加消息，Looper 从中取消息。

MessageQueue 的属性

    // 队列是否可以退出
    private final boolean mQuitAllowed;

    @SuppressWarnings("unused")
    private long mPtr; //底层使用的 code

    //消息链表的开头
    Message mMessages;
    private final ArrayList<IdleHandler> mIdleHandlers = new ArrayList<IdleHandler>();
    private SparseArray<FileDescriptorRecord> mFileDescriptorRecords;
    private IdleHandler[] mPendingIdleHandlers;
    private boolean mQuitting;
    //指出获取下一个消息的方法 next() 是否阻塞
    private boolean mBlocked;

    // Barriers are indicated by messages with a null target whose arg1 field carries the token.
    //后一个屏障的 token 
    private int mNextBarrierToken;

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可以看到，MessageQueue 虽然叫“消息队列”，持有的其实是一个消息链表的节点。

何时初始化

MessageQueue 一般不直接访问，都是通过 Looper.myQueue() 方法获取一个消息队列。

消息队列在 Looper 的构造函数中初始化：

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

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MessageQueue 的构造函数中传入一个是否允许中途退出的标志，然后调用 Native 方法初始化。
这篇文章暂不研究 Native 层源码。

消息入队的过程

消息入队的方法是 enqueueMessage() 方法：

boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
    if (msg.target == null) {    //这里要求消息必须跟 Handler 关联
        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) {    //如果消息队列已经退出，还入队就报错
            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();    //消息入队后就标记为 在被使用
        msg.when = when;
        Message p = mMessages;
        boolean needWake;
        //添加消息到链表中
        if (p == null || when == 0 || when < p.when) {    
            //之前是空链表的时候读取消息会阻塞，新添加消息后唤醒
            msg.next = p;
            mMessages = msg;
            needWake = mBlocked;
        } else {
            //插入消息到队列时，只有在队列头部有个屏障并且当前消息是异步的时才需要唤醒队列
            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;
}

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Message.enqueueMessage()方法中会检查入队的消息是否在被使用，如果是的话会报错：

    if (msg.isInUse()) {    
        throw new IllegalStateException(msg + " This message is already in use.");
    }

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现在我们清楚了，文章开头我遇到的：

This message is already in use.

是因为我二次使用了已经在使用的消息，在入队时 MessageQueue 检查发现后报的错。

所以每次调用 Handler.sendMessage() 时，都必须是 obtain() 或者 new 一个新的 Message 对象才行。

此外，如果消息队列已经退出，还添加消息入队就会报错。

消息出队的过程

消息出队的方法是 MessageQueue.next() 方法：

Message next() {
    //如果消息的 looper 退出，就退出这个方法
    final long ptr = mPtr;
    if (ptr == 0) {
        return null;
    }

    int pendingIdleHandlerCount = -1; // -1 only during first iteration
    int nextPollTimeoutMillis = 0;
    //也是一个循环，有合适的消息就返回，没有就阻塞
    for (;;) {
        if (nextPollTimeoutMillis != 0) {    //如果有需要过段时间再处理的消息，先调用 Binder 的这个方法
            Binder.flushPendingCommands();
        }

        nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);

        synchronized (this) {
            //获取下一个消息
            final long now = SystemClock.uptimeMillis();
            Message prevMsg = null;
            Message msg = mMessages;    //当前链表的头结点
            if (msg != null && msg.target == null) {
                //如果消息没有 target，那它就是一个屏障，需要一直往后遍历找到第一个异步的消息
                                do {
                    prevMsg = msg;
                    msg = msg.next;
                } while (msg != null && !msg.isAsynchronous());
            }
            if (msg != null) {
                if (now < msg.when) {    //如果这个消息还没到处理时间，就设置个时间过段时间再处理
                    nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE);
                } else {
                    // 消息是正常的、可以立即处理的
                    mBlocked = false;
                    //取出当前消息，链表头结点后移一位
                    if (prevMsg != null) {
                        prevMsg.next = msg.next;
                    } else {
                        mMessages = msg.next;
                    }
                    msg.next = null;
                    if (DEBUG) Log.v(TAG, "Returning message: " + msg);
                    msg.markInUse();    //标记这个消息在被使用
                    return msg;
                }
            } else {
                // 消息链表里没有消息了
                nextPollTimeoutMillis = -1;
            }

            //如果收到退出的消息，并且所有等待处理的消息都处理完时，调用 Native 方法销毁队列
                        if (mQuitting) {
                dispose();
                return null;
            }

            //有消息等待过段时间执行时，pendingIdleHandlerCount 增加
            if (pendingIdleHandlerCount < 0
                    && (mMessages == null || now < mMessages.when)) {
                pendingIdleHandlerCount = mIdleHandlers.size();
            }
            if (pendingIdleHandlerCount <= 0) {
                mBlocked = true;
                continue;
            }

            if (mPendingIdleHandlers == null) {
                mPendingIdleHandlers = new IdleHandler[Math.max(pendingIdleHandlerCount, 4)];
            }
            mPendingIdleHandlers = mIdleHandlers.toArray(mPendingIdleHandlers);
        }

        for (int i = 0; i < pendingIdleHandlerCount; i++) {
            final IdleHandler idler = mPendingIdleHandlers[i];
            mPendingIdleHandlers[i] = null; // release the reference to the handler

            boolean keep = false;
            try {
                keep = idler.queueIdle();
            } catch (Throwable t) {
                Log.wtf(TAG, "IdleHandler threw exception", t);
            }

            if (!keep) {
                synchronized (this) {
                    mIdleHandlers.remove(idler);
                }
            }
        }

        // Reset the idle handler count to 0 so we do not run them again.
        pendingIdleHandlerCount = 0;

        // While calling an idle handler, a new message could have been delivered
        // so go back and look again for a pending message without waiting.
        nextPollTimeoutMillis = 0;
    }
}

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可以看到，MessageQueue.next() 方法里有一个循环，在这个循环中遍历消息链表，找到下一个可以处理的、target 不为空的消息并且执行时间不在未来的消息，就返回，否则就继续往后找。

如果有阻塞（没有消息了或者只有 Delay 的消息），会把 mBlocked这个变量标记为 true，在下一个 Message 进队时会判断这个message 的位置，如果在队首就会调用 nativeWake() 方法唤醒线程！

其中看到个 IdleHandler 是什么呢？

public static interface IdleHandler {

    //当消息队列没有消息时会回调这个方法，阻塞等待有消息进入
    //返回 true 的话表示唤醒阻塞的线程，false 表示移除
    //如果消息队列中有消息等待在将来执行，也会调用这个方法
    boolean queueIdle();
}

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根据源码和注释我们可以知道 IdleHandler 是一个线程阻塞时回调的接口。

MessageQueue 中提供了监听阻塞回调的注册和移除接口：

public void addIdleHandler(@NonNull IdleHandler handler) {
    if (handler == null) {
        throw new NullPointerException("Can't add a null IdleHandler");
    }
    synchronized (this) {
        mIdleHandlers.add(handler);
    }
}

public void removeIdleHandler(@NonNull IdleHandler handler) {
    synchronized (this) {
        mIdleHandlers.remove(handler);
    }
}

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当消息队列阻塞时，会回调这些监听阻塞的观察者，告诉他们：我有空了！来找我玩啊！

在 queueIdle() 中做的操作，它会在 handler 空闲时被调用，可以充分利用 handler，我们可以在代码里这样使用：

        Handler handler = new Handler();
        try {
            Field field = Looper.class.getDeclaredField("mQueue");
            field.setAccessible(true);
            MessageQueue queue = (MessageQueue) field.get(handler.getLooper());
            queue.addIdleHandler(new MessageQueue.IdleHandler() {
                @Override
                public boolean queueIdle() {
                    //这里做一些操作
                    return true;
                }
            });
        } catch (Exception e) {

        }

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这里只简单介绍了 Java 层的 MessageQueue，关于 Native 层的可以看这篇文章：http://blog.csdn.net/innost/article/details/47317823

Looper

前面介绍了 Android 消息机制中消息和消息队列，有了传递的消息和存储的队列，接下来我们结合源码了解下进行调度的 Looper。

官方文档对 Looper 的介绍：

Looper 是用于运行一个线程中的消息的类。

Looper 的属性很简单：

// sThreadLocal.get() will return null unless you've called prepare().
static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();
private static Looper sMainLooper;  // 主线程中的 Looepr

final MessageQueue mQueue;    //与之管理的消息队列
final Thread mThread;    //所在的线程

private Printer mLogging;
private long mTraceTag;

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线程中默认没有 Looper，我们需要调用 Looper.prepare() 方法为当前线程创建一个 Looper，然后就可以调用 loop() 方法调度消息。

样例代码如下：

class LooperThread extends Thread {
      public Handler mHandler;

      public void run() {
          Looper.prepare();

          mHandler = new Handler() {
              public void handleMessage(Message msg) {
                  // process incoming messages here
              }
          };

          Looper.loop();
      }
  }

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线程相关 ThreadLocal

前面讲了在一个线程中需要调用 Looper.prepare() 方法创建一个 Looper：

public static void prepare() {
    prepare(true);
}

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));
}

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可以看到，一个线程中只能有一个 Looper。

创建一个或者或许当前线程的 Looper 都通过 ThreadLocal，我们来了解下它的主要源码。

ThreadLocal.get() 和 ThreadLocal.set() 源码：

public T get() {
    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();
}

public void set(T value) {
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null)
        map.set(this, value);
    else
        createMap(t, value);
}
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
    return t.threadLocals;
}

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ThreadLocalMap 中持有一个 Entry 的数组：

private Entry[] table;
static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal> {
    Object value;

    Entry(ThreadLocal k, Object v) {
        super(k);
        value = v;
    }
}

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可以看到，ThreadLocal 先通过当前线程获取 ThreadLocalMap ，然后在 ThreadLocalMap 中保存 ThreadLocal 和 数据的关联。

也就是一个类似 Map

无限循环调度

在线程中创建一个 Looper 以后，就可以调用 Looper.loop() 循环处理消息了，看下它的源码：

/**
 * Run the message queue in this thread. Be sure to call
 * {@link #quit()} to end the loop.
 */
public static void loop() {
    final Looper me = myLooper();
    if (me == null) {    //当前线程必须创建 Looper 才可以执行
        throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
    }
    final MessageQueue queue = me.mQueue;

    //底层对 IPC 标识的处理，不用关心 
    Binder.clearCallingIdentity();
    final long ident = Binder.clearCallingIdentity();

    for (;;) {    //无限循环模式
        Message msg = queue.next(); //从消息队列中读取消息，可能会阻塞
        if (msg == null) {    //当消息队列中没有消息时就会返回，不过这只发生在 queue 退出的时候
            return;
        }

        //...
        try {
            msg.target.dispatchMessage(msg);    //调用消息关联的 Handler 处理消息
        } finally {
            if (traceTag != 0) {
                Trace.traceEnd(traceTag);
            }
        }
        //...
        msg.recycleUnchecked();    //标记这个消息被回收
    }
}

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可以看到，Looper.loop() 也很简单，就是调用 MessageQueue.next() 方法取消息，如果没有消息的话会阻塞，直到有新的消息进入或者消息队列退出。

拿到消息后调用消息关联的 Handler 处理消息。

可以看到，Looper 并没有执行消息，真正执行消息的还是添加消息到队列中的那个 Handler，真应了那句：解铃还须系铃人啊！

如何停止

loop() 源码中的注释就提醒我们，开启循环调度消息后不要忘记调用 quit() 方法结束循环。

Looper.quit() 和 quitSafely () 源码:

public void quit() {
    mQueue.quit(false);
}

public void quitSafely() {
    mQueue.quit(true);
}

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两种退出方式都调用的是 MessageQueue.quit(boolean) 方法：

void quit(boolean safe) {
    if (!mQuitAllowed) {
        throw new IllegalStateException("Main thread not allowed to quit.");
    }

    synchronized (this) {
        if (mQuitting) {
            return;
        }
        mQuitting = true;

        if (safe) {
            removeAllFutureMessagesLocked();
        } else {
            removeAllMessagesLocked();
        }

        // We can assume mPtr != 0 because mQuitting was previously false.
        nativeWake(mPtr);
    }
}
private void removeAllFutureMessagesLocked() {
    final long now = SystemClock.uptimeMillis();
    Message p = mMessages;
    if (p != null) {
        if (p.when > now) {    //`如果链表头部的消息执行时间在将来（也就是一时半会儿没有任务可执行）
            removeAllMessagesLocked();    //就直接强硬的全部回收了
        } else {        
            Message n;
            for (;;) {            //否则找到那个执行时间大于现在的消息，把它后面的消息都回收了
                n = p.next;
                if (n == null) {
                    return;
                }
                if (n.when > now) {
                    break;
                }
                p = n;
            }
            p.next = null;
            do {
                p = n;
                n = p.next;
                p.recycleUnchecked();
            } while (n != null);
        }
    }
}
private void removeAllMessagesLocked() {
    Message p = mMessages;
    while (p != null) {    //挨个遍历链表，把消息都回收了
        Message n = p.next;
        p.recycleUnchecked();
        p = n;
    }
    mMessages = null;
}

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可以看到 Looper 两种结束方式的区别：

1. quit()：立即把消息链表中的所有消息都回收了，比较强硬
   
   • 在停止后如果 Handler 还发送消息，会返回 false，表示入队失败
   • 这个方法是不安全的，一般建议使用下面那个
2. quitSafely()：比上面那个温柔一点
   
   • 只会将还未执行的消息回收掉
   • 在调用之后添加进入的消息不会被处理，Handler.sendMessage 也会返回 false

当消息队列被标记位退出状态时，它的 next() 方法会返回 null，于是 Looper.loop() 循环就结束了。

Handler

现在我们了解了消息队列和 Looper，接着就该介绍消息机制中最关键的角色 – Handler。

每一个 Handler 都和一个线程的 Looper 以及这个线程中的消息队列关联。

Handler 所做的就是 “线程切换”：

• 在子线程将 Message 或者 Runnable 发送到 MessageQueue 中
• 然后等待 Looper 调度这个消息后，再召唤 Handler 来处理消息
• 这时消息已经在创建 Handler 的线程了

这个“线程切换” 是怎么实现的呢？我们一步步揭晓。

Handler 的属性

Handler 的属性如下：

final Looper mLooper;
final MessageQueue mQueue;
final Callback mCallback;
final boolean mAsynchronous;
IMessenger mMessenger;

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可以看到 Handler 的属性很简单，其中 mCallback 可以作为构造函数的参数用于新建 Handler。

public Handler(Callback callback) {
    this(callback, false);
}
public interface Callback {
    public boolean handleMessage(Message msg);
}

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我们平时创建 Handler 都是创建一个 Handler 的子类然后重写它的 handleMessage 方法，有了 Handler.Callback 接口我们可以用这种方式创建 Handler：

Handler mHandler = new Handler(new Handler.Callback() {
    @Override
    public boolean handleMessage(Message msg) {
        //这里处理消息
        return false;
    }
});

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最终效果和创建 Handler 子类一样，但是需要注意，这里创建了匿名内部类，还是会持有外部引用，导致内存泄漏。

发送消息

Handler 发送的主要有两种类型：

1. Message
2. Runnable

发送方法有 postXXX() 和 sendXXX() 两种，postXXX 发送的是 Runnable，调用的也是 sendXXX，而 Runnable 也会被转成 Message：

    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;
    }

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所以我们直接看 sendXXX 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);
}
private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
    msg.target = this;
    if (mAsynchronous) {
        msg.setAsynchronous(true);
    }
    return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}

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可以看到 Handler 发送消息最后还是调用了消息队列的 enqueueMessage() 方法。

而我们常用的使用 Handler.sendMessageDelayed() 发送延迟消息，最后其实是在入队时指定这个 msg.when，在 MessageQueue.next() 方法中，会对 msg.when > now 的消息设置延迟处理，具体实现是在 Native 层。

消息入队后，Looper 如果启动了就可以从队列里循环取消息，然后调用 msg.target.dispatchMessage(msg)``` 也就是Handler.dispatchMessage()“ 方法处理消息。

处理消息

/**
 * Handle system messages here.
 */
public void dispatchMessage(Message msg) {
    if (msg.callback != null) {
        handleCallback(msg);
    } else {
        if (mCallback != null) {
            if (mCallback.handleMessage(msg)) {
                return;
            }
        }
        handleMessage(msg);
    }
}
private static void handleCallback(Message message) {
    message.callback.run();
}
public void handleMessage(Message msg) {
}

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可以看到，Handler 在处理消息时，会有三种情况：

1. msg.callback 不为空
   
   • 这在使用 Handler.postXXX(Runnable) 发送消息的时候会发生
   • 这就直接调用 Runnable 的 run() 方法
2. mCallback 不为空
   
   • 这在我们使用前面介绍的 Handler.Callback 为参数构造 Handler 时会发生
   • 那就调用构造函数里传入的 handleMessage() 方法
   • 如果返回 true，那就不往下走了

3. 最后就调用 Handler.handleMessage() 方法

   • 这是一个空实现，需要我们在 Handler 子类里重写

   至此 Handler 发送和处理消息的源码我们就了解了。

移除消息

最后再看一下如果移除消息。

由于发送时可以发送 Callback 和 Message，所以取消也有两种：

1. removeCallbacks()
2. removeMessages()

看一下源码发现调用的其实就是消息队列的出队方法：

public final void removeCallbacks(Runnable r){
    mQueue.removeMessages(this, r, null);
}
public final void removeMessages(int what) {
    mQueue.removeMessages(this, what, null);
}

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主线程消息机制

我们知道，在主线程中创建 Handler 时不用 papare Looper，这是因为在主线程中系统默认创建了 Looper，它在不停地调度分发消息，因此四大组件的调度、我们的输入事件、绘制请求才能得到处理。

ActivityThread 就是我们说的主线程，而它的 main() 方法就是当主线程的入口:

public static void main(String[] args) {
    /...
    Process.setArgV0("<pre-initialized>");

    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);
    Looper.loop();

}

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可以看到在主线程的 main()方法中初始化了一个 Looper，然后调用了 Looper.loop() 方法开始调度消息。

发送和处理主线程中的消息的 Handler 叫做 H：

private class H extends Handler {
    public static final int LAUNCH_ACTIVITY         = 100;
    public static final int PAUSE_ACTIVITY          = 101;
    public static final int PAUSE_ACTIVITY_FINISHING= 102;
    public static final int STOP_ACTIVITY_SHOW      = 103;
    public static final int STOP_ACTIVITY_HIDE      = 104;
    public static final int SHOW_WINDOW             = 105;
    public static final int HIDE_WINDOW             = 106;
    public static final int RESUME_ACTIVITY         = 107;
    public static final int SEND_RESULT             = 108;
    public static final int DESTROY_ACTIVITY        = 109;
    public static final int BIND_APPLICATION        = 110;
    public static final int EXIT_APPLICATION        = 111;
    public static final int NEW_INTENT              = 112;
    public static final int RECEIVER                = 113;
    public static final int CREATE_SERVICE          = 114;
    public static final int SERVICE_ARGS            = 115;
    public static final int STOP_SERVICE            = 116;
    //...
    public void handleMessage(Message msg) {
        if (DEBUG_MESSAGES) Slog.v(TAG, ">>> handling: " + codeToString(msg.what));
        switch (msg.what) {
            case LAUNCH_ACTIVITY: {
                Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "activityStart");
                final ActivityClientRecord r = (ActivityClientRecord) msg.obj;

                r.packageInfo = getPackageInfoNoCheck(
                        r.activityInfo.applicationInfo, r.compatInfo);
                handleLaunchActivity(r, null);
                Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
            } break;
            case RELAUNCH_ACTIVITY: {
                Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "activityRestart");
                ActivityClientRecord r = (ActivityClientRecord)msg.obj;
                handleRelaunchActivity(r);
                Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
            } break;
            //...
        }
        if (DEBUG_MESSAGES) Slog.v(TAG, "<<< done: " + codeToString(msg.what));
    }

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H 的代码很多，我们只节选一部分。从上述代码可以看到，H 内部定义了消息类型，然后根据消息的类型进行不同的处理。

主线程的消息机制如下：

• ActivityThread 通过 ApplicationThread 与 AMS 进行进程通信
• AMS 以进程通信的方式完成 ActviityThread 的请求后回调 ApplicationThread 的 Binder
• 然后 ApplicationThread 向 H 发送消息，H 将消息切换到主线程，然后进行处理

总结

这篇文章结合源码完整的看了一遍 Message MessageQueue Handler Looper，现在看着上面的图，可以自信地说我“熟悉 Android 消息机制”了哈哈。

结合 Android 性能优化：多线程 理解会更深一些！

Thanks

《Android 开发艺术探索》
http://book2s.com/java/src/package/android/os/handler.html#d0bdd75e69340e6c9e876ee32501beae
http://book2s.com/java/src/package/android/os/looper.html
http://book2s.com/java/src/package/android/os/message.html

• 不要心急，一点一点的进步才是最靠谱的。

读完本文你将了解：

• • 前言
  • Message
  • MessageQueue
  • Looper
  • Handler
  • 主线程消息机制
  • 总结
  • Thanks

前言

本来我以为自己很了解 Handler，在印象中 Android 消息机制无非就是：

1. Handler 给 MessageQueue 添加消息
2. 然后 Looper 无限循环读取消息
3. 再调用 Handler 处理消息

整体的流程有了，但是一直没有结合源码捋一捋。

直到有一天在使用 Handler 发送消息时遇到了一个问题：

This message is already in use.

这才去翻了翻源码，今天总结一下。

Android 消息机制主要涉及 4 个类：

• Message

• MessageQueue

• Handler

• Looper

我们依次结合源码分析一下。

Message

“消息机制”，其中要传递的就是 Message，官方对它的描述是：

包含任意类型的对象和描述信息，可以被发送给 Handler。

Message 的主要属性如下：

    //用来标识一个消息，接收消息方可以根据它知道这个消息是做什么的
    public int what;

    //如果你的消息要传递的数据是整型的，可以直接使用 arg1 和 arg2，而不需要使用构造一个 Bundle
    public int arg1;
    public int arg2;

    //一个任意类型的对象，在使用 Messenger 跨进程传递消息时，通常使用它传递给接收者
    //在其他场景下我们一般使用 setData() 方法
    public Object obj;

    //负责回复消息的 Messenger，有的场景下（比如接受者、发送者模型）需要使用它
    public Messenger replyTo;

    //当前消息的标志，只在被 Messenger 传递消息时使用，其他情况下都是 -1
    public int sendingUid = -1;

    //标识当前消息是否在被使用
    //当一个消息入队时这个标志会被改变，在被重新获取后重置
    //当一个消息已经在被使用时，二次入队或者回收会报错（这就是我前言中提到的错误原因）
    /*package*/static final int FLAG_IN_USE = 1 << 0;

    //标识当前 消息是否是异步的
    /*package*/static final int FLAG_ASYNCHRONOUS = 1 << 1;

    //在 copyFrom 方法中要清除的标志
    /*package*/static final int FLAGS_TO_CLEAR_ON_COPY_FROM = FLAG_IN_USE;
    /*package*/int flags;

    /*package*/long when;

    //很关键的数据部分
    /*package*/Bundle data;

    //发送和处理消息关联的 Handler
    /*package*/Handler target;

    //消息的回调
    /*package*/Runnable callback;

    //在有些场景下还会以链表的形式关联后一个消息
    /*package*/Message next;

    //消息池
    private static final Object sPoolSync = new Object();
    private static Message sPool;    //回收消息链表
    private static int sPoolSize = 0;

    private static final int MAX_POOL_SIZE = 50;

    private static boolean gCheckRecycle = true;
Pasted from: http://book2s.com/java/src/package/android/os/message.html#a940ebe121994bfb7f9629bca79beab6

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可以看到，Message 中比较关键的属性有：

• 标识干什么的 what
• 两个简易的整型数据存储对象 arg1 arg2
• 存储复杂点的对象 Bundle
• 跨进程通信绑定数据的 object
• 与之关联的 Handler
• 还有一些标志位，和消息池什么的

如何获取一个消息

消息机制最开始肯定需要构建一个消息。

虽然 Message 的构造函数是 public 的，但是官方还是建议我们使用以下 2 种方式获取一个 Message 对象：

1. Message.obtain()
2. Handler.obtainMessage()

原因是这两个方法会从一个消息回收池里获取消息，而不是新建一个，这样可以节省内存。

Handler.obtainMessage() 也是调用的 Message.obtain()：

    public final Message obtainMessage() {
        return Message.obtain(this);
    }

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去看一下 Message.obtain() 源码。

Message.obtain()

Message.obtain() 有 7 个重载方法，基本就是在获取一个 Message 对象的同时直接赋值：

我们选最复杂的一个看下源码：

    public static Message obtain(Handler h, int what, int arg1, int arg2,
            Object obj) {
        Message m = obtain();
        m.target = h;
        m.what = what;
        m.arg1 = arg1;
        m.arg2 = arg2;
        m.obj = obj;

        return m;
    }
Pasted from: http://book2s.com/java/src/package/android/os/message.html#50de1a696587dcd5ae3c91eb63985af2

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的确就是在 obtainI() 的基础上加了一些赋值。

Message.obtain() 源码如下：

    public static Message obtain() {
        synchronized (sPoolSync) {
            if (sPool != null) {
                Message m = sPool;
                sPool = m.next;
                m.next = null;
                m.flags = 0; // 获取一个复用的消息时，会重置标志位，之前它是 FLAG_IN_USE
                sPoolSize--;
                return m;
            }
        }
        return new Message();
    }
Pasted from: http://book2s.com/java/src/package/android/os/message.html#62dadbbac34056e7ad4fad36d757d6ef

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可以看到，这个方法会获取前面提到的 private static Message sPool; ，如果 sPool 存在就从复用消息链表头部取一个消息，然后重置它的标志位；如果不存在复用消息链表就新建一个消息。

那什么时候往消息池中添加消息呢？

消息的回收利用

消息的回收在 Message.recyclerUnchecked() 方法：

    void recycleUnchecked() {
        flags = FLAG_IN_USE;    //当前消息被回收时，会标志为 FLAG_IN_USE
        what = 0;
        arg1 = 0;
        arg2 = 0;
        obj = null;
        replyTo = null;
        sendingUid = -1;
        when = 0;
        target = null;
        callback = null;
        data = null;

        synchronized (sPoolSync) {
            if (sPoolSize < MAX_POOL_SIZE) {
                next = sPool;
                sPool = this;
                sPoolSize++;
            }
        }
    }

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可以看到 recycleUnchecked 方法将当前 Message 标志为 FLAG_IN_USE，这样如果这个方法在被入队，就会报错。此外它还清除了其他数据，然后把这个消息加入了回收消息的链表中。

那 recycleUnchecked() 什么时候会被调用呢？

在 MessageQueue 和 Looper 中都有。

MessageQueue.removeMessages() 方法：

    void removeMessages(Handler h, int what, Object object) {
        if (h == null) {
            return;
        }

        synchronized (this) {
            Message p = mMessages;

            // Remove all messages at front.
            while (p != null && p.target == h && p.what == what
                    && (object == null || p.obj == object)) {
                Message n = p.next;
                mMessages = n;
                p.recycleUnchecked();    //这里调用了
                p = n;
            }

            // Remove all messages after front.
            while (p != null) {
                Message n = p.next;
                if (n != null) {
                    if (n.target == h && n.what == what
                            && (object == null || n.obj == object)) {
                        Message nn = n.next;
                        n.recycleUnchecked();    //这里也调用了
                        p.next = nn;
                        continue;
                    }
                }
                p = n;
            }
        }
    }
Pasted from: http://book2s.com/java/src/package/android/os/messagequeue.html#0dbba2b975383e8b440199e5d69c73de

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Looper.loop() 方法：

    public static void loop() {
        //...

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

            //...

            msg.recycleUnchecked();
        }
    }
Pasted from: http://book2s.com/java/src/package/android/os/looper.html

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至此我们可以看到，一个消息在被 Looper 处理时或者移出队列时会被标识为 FLAG_IN_USE，然后会被加入回收的消息链表，这样我们调用 Message.obtain() 方法时就可以从回收的消息池中获取一个旧的消息，从而节约成本。

MessageQueue

MessageQueue 管理着一个 Message 的列表，Handlers 为它添加消息，Looper 从中取消息。

MessageQueue 的属性

    // 队列是否可以退出
    private final boolean mQuitAllowed;

    @SuppressWarnings("unused")
    private long mPtr; //底层使用的 code

    //消息链表的开头
    Message mMessages;
    private final ArrayList<IdleHandler> mIdleHandlers = new ArrayList<IdleHandler>();
    private SparseArray<FileDescriptorRecord> mFileDescriptorRecords;
    private IdleHandler[] mPendingIdleHandlers;
    private boolean mQuitting;
    //指出获取下一个消息的方法 next() 是否阻塞
    private boolean mBlocked;

    // Barriers are indicated by messages with a null target whose arg1 field carries the token.
    //后一个屏障的 token 
    private int mNextBarrierToken;

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可以看到，MessageQueue 虽然叫“消息队列”，持有的其实是一个消息链表的节点。

何时初始化

MessageQueue 一般不直接访问，都是通过 Looper.myQueue() 方法获取一个消息队列。

消息队列在 Looper 的构造函数中初始化：

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

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MessageQueue 的构造函数中传入一个是否允许中途退出的标志，然后调用 Native 方法初始化。
这篇文章暂不研究 Native 层源码。

消息入队的过程

消息入队的方法是 enqueueMessage() 方法：

boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
    if (msg.target == null) {    //这里要求消息必须跟 Handler 关联
        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) {    //如果消息队列已经退出，还入队就报错
            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();    //消息入队后就标记为 在被使用
        msg.when = when;
        Message p = mMessages;
        boolean needWake;
        //添加消息到链表中
        if (p == null || when == 0 || when < p.when) {    
            //之前是空链表的时候读取消息会阻塞，新添加消息后唤醒
            msg.next = p;
            mMessages = msg;
            needWake = mBlocked;
        } else {
            //插入消息到队列时，只有在队列头部有个屏障并且当前消息是异步的时才需要唤醒队列
            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;
}

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Message.enqueueMessage()方法中会检查入队的消息是否在被使用，如果是的话会报错：

    if (msg.isInUse()) {    
        throw new IllegalStateException(msg + " This message is already in use.");
    }

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现在我们清楚了，文章开头我遇到的：

This message is already in use.

是因为我二次使用了已经在使用的消息，在入队时 MessageQueue 检查发现后报的错。

所以每次调用 Handler.sendMessage() 时，都必须是 obtain() 或者 new 一个新的 Message 对象才行。

此外，如果消息队列已经退出，还添加消息入队就会报错。

消息出队的过程

消息出队的方法是 MessageQueue.next() 方法：

Message next() {
    //如果消息的 looper 退出，就退出这个方法
    final long ptr = mPtr;
    if (ptr == 0) {
        return null;
    }

    int pendingIdleHandlerCount = -1; // -1 only during first iteration
    int nextPollTimeoutMillis = 0;
    //也是一个循环，有合适的消息就返回，没有就阻塞
    for (;;) {
        if (nextPollTimeoutMillis != 0) {    //如果有需要过段时间再处理的消息，先调用 Binder 的这个方法
            Binder.flushPendingCommands();
        }

        nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);

        synchronized (this) {
            //获取下一个消息
            final long now = SystemClock.uptimeMillis();
            Message prevMsg = null;
            Message msg = mMessages;    //当前链表的头结点
            if (msg != null && msg.target == null) {
                //如果消息没有 target，那它就是一个屏障，需要一直往后遍历找到第一个异步的消息
                                do {
                    prevMsg = msg;
                    msg = msg.next;
                } while (msg != null && !msg.isAsynchronous());
            }
            if (msg != null) {
                if (now < msg.when) {    //如果这个消息还没到处理时间，就设置个时间过段时间再处理
                    nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE);
                } else {
                    // 消息是正常的、可以立即处理的
                    mBlocked = false;
                    //取出当前消息，链表头结点后移一位
                    if (prevMsg != null) {
                        prevMsg.next = msg.next;
                    } else {
                        mMessages = msg.next;
                    }
                    msg.next = null;
                    if (DEBUG) Log.v(TAG, "Returning message: " + msg);
                    msg.markInUse();    //标记这个消息在被使用
                    return msg;
                }
            } else {
                // 消息链表里没有消息了
                nextPollTimeoutMillis = -1;
            }

            //如果收到退出的消息，并且所有等待处理的消息都处理完时，调用 Native 方法销毁队列
                        if (mQuitting) {
                dispose();
                return null;
            }

            //有消息等待过段时间执行时，pendingIdleHandlerCount 增加
            if (pendingIdleHandlerCount < 0
                    && (mMessages == null || now < mMessages.when)) {
                pendingIdleHandlerCount = mIdleHandlers.size();
            }
            if (pendingIdleHandlerCount <= 0) {
                mBlocked = true;
                continue;
            }

            if (mPendingIdleHandlers == null) {
                mPendingIdleHandlers = new IdleHandler[Math.max(pendingIdleHandlerCount, 4)];
            }
            mPendingIdleHandlers = mIdleHandlers.toArray(mPendingIdleHandlers);
        }

        for (int i = 0; i < pendingIdleHandlerCount; i++) {
            final IdleHandler idler = mPendingIdleHandlers[i];
            mPendingIdleHandlers[i] = null; // release the reference to the handler

            boolean keep = false;
            try {
                keep = idler.queueIdle();
            } catch (Throwable t) {
                Log.wtf(TAG, "IdleHandler threw exception", t);
            }

            if (!keep) {
                synchronized (this) {
                    mIdleHandlers.remove(idler);
                }
            }
        }

        // Reset the idle handler count to 0 so we do not run them again.
        pendingIdleHandlerCount = 0;

        // While calling an idle handler, a new message could have been delivered
        // so go back and look again for a pending message without waiting.
        nextPollTimeoutMillis = 0;
    }
}

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可以看到，MessageQueue.next() 方法里有一个循环，在这个循环中遍历消息链表，找到下一个可以处理的、target 不为空的消息并且执行时间不在未来的消息，就返回，否则就继续往后找。

如果有阻塞（没有消息了或者只有 Delay 的消息），会把 mBlocked这个变量标记为 true，在下一个 Message 进队时会判断这个message 的位置，如果在队首就会调用 nativeWake() 方法唤醒线程！

其中看到个 IdleHandler 是什么呢？

public static interface IdleHandler {

    //当消息队列没有消息时会回调这个方法，阻塞等待有消息进入
    //返回 true 的话表示唤醒阻塞的线程，false 表示移除
    //如果消息队列中有消息等待在将来执行，也会调用这个方法
    boolean queueIdle();
}

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根据源码和注释我们可以知道 IdleHandler 是一个线程阻塞时回调的接口。

MessageQueue 中提供了监听阻塞回调的注册和移除接口：

public void addIdleHandler(@NonNull IdleHandler handler) {
    if (handler == null) {
        throw new NullPointerException("Can't add a null IdleHandler");
    }
    synchronized (this) {
        mIdleHandlers.add(handler);
    }
}

public void removeIdleHandler(@NonNull IdleHandler handler) {
    synchronized (this) {
        mIdleHandlers.remove(handler);
    }
}

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当消息队列阻塞时，会回调这些监听阻塞的观察者，告诉他们：我有空了！来找我玩啊！

在 queueIdle() 中做的操作，它会在 handler 空闲时被调用，可以充分利用 handler，我们可以在代码里这样使用：

        Handler handler = new Handler();
        try {
            Field field = Looper.class.getDeclaredField("mQueue");
            field.setAccessible(true);
            MessageQueue queue = (MessageQueue) field.get(handler.getLooper());
            queue.addIdleHandler(new MessageQueue.IdleHandler() {
                @Override
                public boolean queueIdle() {
                    //这里做一些操作
                    return true;
                }
            });
        } catch (Exception e) {

        }

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这里只简单介绍了 Java 层的 MessageQueue，关于 Native 层的可以看这篇文章：http://blog.csdn.net/innost/article/details/47317823

Looper

前面介绍了 Android 消息机制中消息和消息队列，有了传递的消息和存储的队列，接下来我们结合源码了解下进行调度的 Looper。

官方文档对 Looper 的介绍：

Looper 是用于运行一个线程中的消息的类。

Looper 的属性很简单：

// sThreadLocal.get() will return null unless you've called prepare().
static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();
private static Looper sMainLooper;  // 主线程中的 Looepr

final MessageQueue mQueue;    //与之管理的消息队列
final Thread mThread;    //所在的线程

private Printer mLogging;
private long mTraceTag;

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线程中默认没有 Looper，我们需要调用 Looper.prepare() 方法为当前线程创建一个 Looper，然后就可以调用 loop() 方法调度消息。

样例代码如下：

class LooperThread extends Thread {
      public Handler mHandler;

      public void run() {
          Looper.prepare();

          mHandler = new Handler() {
              public void handleMessage(Message msg) {
                  // process incoming messages here
              }
          };

          Looper.loop();
      }
  }

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线程相关 ThreadLocal

前面讲了在一个线程中需要调用 Looper.prepare() 方法创建一个 Looper：

public static void prepare() {
    prepare(true);
}

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));
}

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可以看到，一个线程中只能有一个 Looper。

创建一个或者或许当前线程的 Looper 都通过 ThreadLocal，我们来了解下它的主要源码。

ThreadLocal.get() 和 ThreadLocal.set() 源码：

public T get() {
    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();
}

public void set(T value) {
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null)
        map.set(this, value);
    else
        createMap(t, value);
}
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
    return t.threadLocals;
}

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ThreadLocalMap 中持有一个 Entry 的数组：

private Entry[] table;
static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal> {
    Object value;

    Entry(ThreadLocal k, Object v) {
        super(k);
        value = v;
    }
}

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可以看到，ThreadLocal 先通过当前线程获取 ThreadLocalMap ，然后在 ThreadLocalMap 中保存 ThreadLocal 和 数据的关联。

也就是一个类似 Map

无限循环调度

在线程中创建一个 Looper 以后，就可以调用 Looper.loop() 循环处理消息了，看下它的源码：

/**
 * Run the message queue in this thread. Be sure to call
 * {@link #quit()} to end the loop.
 */
public static void loop() {
    final Looper me = myLooper();
    if (me == null) {    //当前线程必须创建 Looper 才可以执行
        throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
    }
    final MessageQueue queue = me.mQueue;

    //底层对 IPC 标识的处理，不用关心 
    Binder.clearCallingIdentity();
    final long ident = Binder.clearCallingIdentity();

    for (;;) {    //无限循环模式
        Message msg = queue.next(); //从消息队列中读取消息，可能会阻塞
        if (msg == null) {    //当消息队列中没有消息时就会返回，不过这只发生在 queue 退出的时候
            return;
        }

        //...
        try {
            msg.target.dispatchMessage(msg);    //调用消息关联的 Handler 处理消息
        } finally {
            if (traceTag != 0) {
                Trace.traceEnd(traceTag);
            }
        }
        //...
        msg.recycleUnchecked();    //标记这个消息被回收
    }
}

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可以看到，Looper.loop() 也很简单，就是调用 MessageQueue.next() 方法取消息，如果没有消息的话会阻塞，直到有新的消息进入或者消息队列退出。

拿到消息后调用消息关联的 Handler 处理消息。

可以看到，Looper 并没有执行消息，真正执行消息的还是添加消息到队列中的那个 Handler，真应了那句：解铃还须系铃人啊！

如何停止

loop() 源码中的注释就提醒我们，开启循环调度消息后不要忘记调用 quit() 方法结束循环。

Looper.quit() 和 quitSafely () 源码:

public void quit() {
    mQueue.quit(false);
}

public void quitSafely() {
    mQueue.quit(true);
}

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两种退出方式都调用的是 MessageQueue.quit(boolean) 方法：

void quit(boolean safe) {
    if (!mQuitAllowed) {
        throw new IllegalStateException("Main thread not allowed to quit.");
    }

    synchronized (this) {
        if (mQuitting) {
            return;
        }
        mQuitting = true;

        if (safe) {
            removeAllFutureMessagesLocked();
        } else {
            removeAllMessagesLocked();
        }

        // We can assume mPtr != 0 because mQuitting was previously false.
        nativeWake(mPtr);
    }
}
private void removeAllFutureMessagesLocked() {
    final long now = SystemClock.uptimeMillis();
    Message p = mMessages;
    if (p != null) {
        if (p.when > now) {    //`如果链表头部的消息执行时间在将来（也就是一时半会儿没有任务可执行）
            removeAllMessagesLocked();    //就直接强硬的全部回收了
        } else {        
            Message n;
            for (;;) {            //否则找到那个执行时间大于现在的消息，把它后面的消息都回收了
                n = p.next;
                if (n == null) {
                    return;
                }
                if (n.when > now) {
                    break;
                }
                p = n;
            }
            p.next = null;
            do {
                p = n;
                n = p.next;
                p.recycleUnchecked();
            } while (n != null);
        }
    }
}
private void removeAllMessagesLocked() {
    Message p = mMessages;
    while (p != null) {    //挨个遍历链表，把消息都回收了
        Message n = p.next;
        p.recycleUnchecked();
        p = n;
    }
    mMessages = null;
}

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可以看到 Looper 两种结束方式的区别：

1. quit()：立即把消息链表中的所有消息都回收了，比较强硬
   
   • 在停止后如果 Handler 还发送消息，会返回 false，表示入队失败
   • 这个方法是不安全的，一般建议使用下面那个
2. quitSafely()：比上面那个温柔一点
   
   • 只会将还未执行的消息回收掉
   • 在调用之后添加进入的消息不会被处理，Handler.sendMessage 也会返回 false

当消息队列被标记位退出状态时，它的 next() 方法会返回 null，于是 Looper.loop() 循环就结束了。

Handler

现在我们了解了消息队列和 Looper，接着就该介绍消息机制中最关键的角色 – Handler。

每一个 Handler 都和一个线程的 Looper 以及这个线程中的消息队列关联。

Handler 所做的就是 “线程切换”：

• 在子线程将 Message 或者 Runnable 发送到 MessageQueue 中
• 然后等待 Looper 调度这个消息后，再召唤 Handler 来处理消息
• 这时消息已经在创建 Handler 的线程了

这个“线程切换” 是怎么实现的呢？我们一步步揭晓。

Handler 的属性

Handler 的属性如下：

final Looper mLooper;
final MessageQueue mQueue;
final Callback mCallback;
final boolean mAsynchronous;
IMessenger mMessenger;

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可以看到 Handler 的属性很简单，其中 mCallback 可以作为构造函数的参数用于新建 Handler。

public Handler(Callback callback) {
    this(callback, false);
}
public interface Callback {
    public boolean handleMessage(Message msg);
}

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我们平时创建 Handler 都是创建一个 Handler 的子类然后重写它的 handleMessage 方法，有了 Handler.Callback 接口我们可以用这种方式创建 Handler：

Handler mHandler = new Handler(new Handler.Callback() {
    @Override
    public boolean handleMessage(Message msg) {
        //这里处理消息
        return false;
    }
});

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最终效果和创建 Handler 子类一样，但是需要注意，这里创建了匿名内部类，还是会持有外部引用，导致内存泄漏。

发送消息

Handler 发送的主要有两种类型：

1. Message
2. Runnable

发送方法有 postXXX() 和 sendXXX() 两种，postXXX 发送的是 Runnable，调用的也是 sendXXX，而 Runnable 也会被转成 Message：

    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;
    }

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所以我们直接看 sendXXX 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);
}
private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
    msg.target = this;
    if (mAsynchronous) {
        msg.setAsynchronous(true);
    }
    return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}

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可以看到 Handler 发送消息最后还是调用了消息队列的 enqueueMessage() 方法。

而我们常用的使用 Handler.sendMessageDelayed() 发送延迟消息，最后其实是在入队时指定这个 msg.when，在 MessageQueue.next() 方法中，会对 msg.when > now 的消息设置延迟处理，具体实现是在 Native 层。

消息入队后，Looper 如果启动了就可以从队列里循环取消息，然后调用 msg.target.dispatchMessage(msg)``` 也就是Handler.dispatchMessage()“ 方法处理消息。

处理消息

/**
 * Handle system messages here.
 */
public void dispatchMessage(Message msg) {
    if (msg.callback != null) {
        handleCallback(msg);
    } else {
        if (mCallback != null) {
            if (mCallback.handleMessage(msg)) {
                return;
            }
        }
        handleMessage(msg);
    }
}
private static void handleCallback(Message message) {
    message.callback.run();
}
public void handleMessage(Message msg) {
}

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可以看到，Handler 在处理消息时，会有三种情况：

1. msg.callback 不为空
   
   • 这在使用 Handler.postXXX(Runnable) 发送消息的时候会发生
   • 这就直接调用 Runnable 的 run() 方法
2. mCallback 不为空
   
   • 这在我们使用前面介绍的 Handler.Callback 为参数构造 Handler 时会发生
   • 那就调用构造函数里传入的 handleMessage() 方法
   • 如果返回 true，那就不往下走了

3. 最后就调用 Handler.handleMessage() 方法

   • 这是一个空实现，需要我们在 Handler 子类里重写

   至此 Handler 发送和处理消息的源码我们就了解了。

移除消息

最后再看一下如果移除消息。

由于发送时可以发送 Callback 和 Message，所以取消也有两种：

1. removeCallbacks()
2. removeMessages()

看一下源码发现调用的其实就是消息队列的出队方法：

public final void removeCallbacks(Runnable r){
    mQueue.removeMessages(this, r, null);
}
public final void removeMessages(int what) {
    mQueue.removeMessages(this, what, null);
}

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主线程消息机制

我们知道，在主线程中创建 Handler 时不用 papare Looper，这是因为在主线程中系统默认创建了 Looper，它在不停地调度分发消息，因此四大组件的调度、我们的输入事件、绘制请求才能得到处理。

ActivityThread 就是我们说的主线程，而它的 main() 方法就是当主线程的入口:

public static void main(String[] args) {
    /...
    Process.setArgV0("<pre-initialized>");

    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);
    Looper.loop();

}

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可以看到在主线程的 main()方法中初始化了一个 Looper，然后调用了 Looper.loop() 方法开始调度消息。

发送和处理主线程中的消息的 Handler 叫做 H：

private class H extends Handler {
    public static final int LAUNCH_ACTIVITY         = 100;
    public static final int PAUSE_ACTIVITY          = 101;
    public static final int PAUSE_ACTIVITY_FINISHING= 102;
    public static final int STOP_ACTIVITY_SHOW      = 103;
    public static final int STOP_ACTIVITY_HIDE      = 104;
    public static final int SHOW_WINDOW             = 105;
    public static final int HIDE_WINDOW             = 106;
    public static final int RESUME_ACTIVITY         = 107;
    public static final int SEND_RESULT             = 108;
    public static final int DESTROY_ACTIVITY        = 109;
    public static final int BIND_APPLICATION        = 110;
    public static final int EXIT_APPLICATION        = 111;
    public static final int NEW_INTENT              = 112;
    public static final int RECEIVER                = 113;
    public static final int CREATE_SERVICE          = 114;
    public static final int SERVICE_ARGS            = 115;
    public static final int STOP_SERVICE            = 116;
    //...
    public void handleMessage(Message msg) {
        if (DEBUG_MESSAGES) Slog.v(TAG, ">>> handling: " + codeToString(msg.what));
        switch (msg.what) {
            case LAUNCH_ACTIVITY: {
                Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "activityStart");
                final ActivityClientRecord r = (ActivityClientRecord) msg.obj;

                r.packageInfo = getPackageInfoNoCheck(
                        r.activityInfo.applicationInfo, r.compatInfo);
                handleLaunchActivity(r, null);
                Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
            } break;
            case RELAUNCH_ACTIVITY: {
                Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "activityRestart");
                ActivityClientRecord r = (ActivityClientRecord)msg.obj;
                handleRelaunchActivity(r);
                Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
            } break;
            //...
        }
        if (DEBUG_MESSAGES) Slog.v(TAG, "<<< done: " + codeToString(msg.what));
    }

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H 的代码很多，我们只节选一部分。从上述代码可以看到，H 内部定义了消息类型，然后根据消息的类型进行不同的处理。

主线程的消息机制如下：

• ActivityThread 通过 ApplicationThread 与 AMS 进行进程通信
• AMS 以进程通信的方式完成 ActviityThread 的请求后回调 ApplicationThread 的 Binder
• 然后 ApplicationThread 向 H 发送消息，H 将消息切换到主线程，然后进行处理

总结

这篇文章结合源码完整的看了一遍 Message MessageQueue Handler Looper，现在看着上面的图，可以自信地说我“熟悉 Android 消息机制”了哈哈。

结合 Android 性能优化：多线程 理解会更深一些！

Thanks

《Android 开发艺术探索》
http://book2s.com/java/src/package/android/os/handler.html#d0bdd75e69340e6c9e876ee32501beae
http://book2s.com/java/src/package/android/os/looper.html
http://book2s.com/java/src/package/android/os/message.html