详解Android中Handler的实现原理

在 Android 中，只有主线程才能操作 UI，但是主线程不能进行耗时操作，否则会阻塞线程，产生 ANR 异常，所以常常把耗时操作放到其它子线程进行。如果在子线程中需要更新 UI，一般是通过 Handler 发送消息，主线程接受消息并且进行相应的逻辑处理。除了直接使用 Handler，还可以通过 View 的 post 方法以及 Activity 的 runOnUiThread 方法来更新 UI，它们内部也是利用了 Handler 。在上一篇文章 Android AsyncTask源码分析 中也讲到，其内部使用了 Handler 把任务的处理结果传回 UI 线程。

本文深入分析 Android 的消息处理机制，了解 Handler 的工作原理。

Handler
先通过一个例子看一下 Handler 的用法。

public class MainActivity extends AppCompatActivity {
 private static final int MESSAGE_TEXT_VIEW = 0;
 
 private TextView mTextView;
 private Handler mHandler = new Handler() {
  @Override
  public void handleMessage(Message msg) {
   switch (msg.what) {
    case MESSAGE_TEXT_VIEW:
     mTextView.setText("UI成功更新");
    default:
     super.handleMessage(msg);
   }
  }
 };

 @Override
 protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
  super.onCreate(savedInstanceState);
  setContentView(R.layout.activity_main);
  Toolbar toolbar = (Toolbar) findViewById(R.id.toolbar);
  setSupportActionBar(toolbar);

  mTextView = (TextView) findViewById(R.id.text_view);

  new Thread(new Runnable() {
   @Override
   public void run() {
    try {
     Thread.sleep(3000);
    } catch (InterruptedException e) {
     e.printStackTrace();
    }
    mHandler.obtainMessage(MESSAGE_TEXT_VIEW).sendToTarget();
   }
  }).start();

 }
}

上面的代码先是新建了一个 Handler的实例，并且重写了 handleMessage 方法，在这个方法里，便是根据接受到的消息的类型进行相应的 UI 更新。那么看一下 Handler的构造方法的源码:

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 that has not called Looper.prepare()");
 }
 mQueue = mLooper.mQueue;
 mCallback = callback;
 mAsynchronous = async;
}

在构造方法中，通过调用 Looper.myLooper() 获得了 Looper 对象。如果 mLooper 为空，那么会抛出异常："Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()"，意思是：不能在未调用 Looper.prepare() 的线程创建 handler。上面的例子并没有调用这个方法，但是却没有抛出异常。其实是因为主线程在启动的时候已经帮我们调用过了，所以可以直接创建 Handler 。如果是在其它子线程，直接创建 Handler 是会导致应用崩溃的。

在得到 Handler 之后，又获取了它的内部变量 mQueue， 这是 MessageQueue 对象，也就是消息队列，用于保存 Handler 发送的消息。

到此，Android 消息机制的三个重要角色全部出现了，分别是 Handler 、Looper 以及 MessageQueue。 一般在代码我们接触比较多的是 Handler ，但 Looper 与 MessageQueue 却是 Handler 运行时不可或缺的。

Looper
上一节分析了 Handler 的构造，其中调用了 Looper.myLooper() 方法，下面是它的源码：

static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();

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

这个方法的代码很简单，就是从 sThreadLocal 中获取 Looper 对象。sThreadLocal 是 ThreadLocal 对象，这说明 Looper 是线程独立的。

在 Handler 的构造中，从抛出的异常可知，每个线程想要获得 Looper 需要调用 prepare() 方法，继续看它的代码：

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));
}

同样很简单，就是给 sThreadLocal 设置一个 Looper。不过需要注意的是如果 sThreadLocal 已经设置过了，那么会抛出异常，也就是说一个线程只会有一个 Looper。创建 Looper 的时候，内部会创建一个消息队列：

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

现在的问题是， Looper看上去很重要的样子，它到底是干嘛的？
回答： Looper 开启消息循环系统，不断从消息队列 MessageQueue 取出消息交由 Handler 处理。

为什么这样说呢，看一下 Looper 的 loop方法：

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;

 // 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();
 
 //无限循环
 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
  Printer logging = me.mLogging;
  if (logging != null) {
   logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " +
     msg.callback + ": " + msg.what);
  }

  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();
  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);
  }

  msg.recycleUnchecked();
 }
}

这个方法的代码有点长，不去追究细节，只看整体逻辑。可以看出，在这个方法内部有个死循环，里面通过 MessageQueue 的 next() 方法获取下一条消息，没有获取到会阻塞。如果成功获取新消息，便调用 msg.target.dispatchMessage(msg)，msg.target是 Handler 对象(下一节会看到)，dispatchMessage 则是分发消息(此时已经运行在 UI 线程)，下面分析消息的发送及处理流程。

消息发送与处理
在子线程发送消息时，是调用一系列的 sendMessage、sendMessageDelayed 以及 sendMessageAtTime 等方法，最终会辗转调用 sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis)，代码如下：

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);
}

这个方法就是调用 enqueueMessage 在消息队列中插入一条消息，在 enqueueMessage总中，会把 msg.target 设置为当前的 Handler 对象。

消息插入消息队列后， Looper 负责从队列中取出，然后调用 Handler 的 dispatchMessage 方法。接下来看看这个方法是怎么处理消息的：

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

首先，如果消息的 callback 不是空，便调用 handleCallback 处理。否则判断 Handler 的 mCallback 是否为空，不为空则调用它的 handleMessage方法。如果仍然为空，才调用 Handler 自身的 handleMessage，也就是我们创建 Handler 时重写的方法。

如果发送消息时调用 Handler 的 post(Runnable r)方法，会把 Runnable封装到消息对象的 callback，然后调用 sendMessageDelayed，相关代码如下：

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;
}

此时在 dispatchMessage中便会调用 handleCallback进行处理：

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

可以看到是直接调用了 run 方法处理消息。

如果在创建 Handler时，直接提供一个 Callback 对象，消息就交给这个对象的 handleMessage 方法处理。Callback 是 Handler 内部的一个接口：

public interface Callback {
 public boolean handleMessage(Message msg);
}

以上便是消息发送与处理的流程，发送时是在子线程，但处理时 dispatchMessage 方法运行在主线程。

总结
至此，Android消息处理机制的原理就分析结束了。现在可以知道，消息处理是通过 Handler 、Looper 以及 MessageQueue共同完成。 Handler 负责发送以及处理消息，Looper 创建消息队列并不断从队列中取出消息交给 Handler， MessageQueue 则用于保存消息。