Android基礎之非同步訊息處理機制
今天講述一下Android的非同步訊息處理機制，說到非同步，我們肯定會想到繼承Thread，實現Runnable來處理耗時操作，然後再發訊息去處理對應的業務邏輯。相信大家對下面的程式碼非常熟悉。
public class MainActivity extends Activity {
private static final int MESSAGE = 1;
private static Handler mHandler = new Handler() {
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
// TODO Auto-generated method stub 然而這次的主要內容就是訊息處理的原理。
我們首先了解一下以下各元素：
- Message：訊息
- MessageQuene:訊息佇列，可以新增訊息，處理訊息。
- Looper:訊息迴圈，用於迴圈取出訊息進行處理。
- Handler：傳送訊息；訊息迴圈從訊息佇列中取出訊息後要對訊息進行處理。
我們來看Handler的無參構造方法：
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 that has not called Looper.prepare()");
}
mQueue = mLooper.mQueue;
mCallback = callback;
mAsynchronous = async;
}可以看到，在第10行呼叫了Looper.myLooper()方法來獲取一個Looper物件，如果物件為空，會丟擲一個RuntimeException。在獲取到當前執行緒儲存的Looper例項後，再獲取了這個Looper例項中儲存的MessageQueue（訊息佇列），這樣handler、Looper、MessageQueue三者之間就關聯上了。我們這接著看Looper.myLooper()是怎麼處理的。
public static @Nullable Looper myLooper() {
return sThreadLocal.get();
}在當前執行緒會get他的訊息迴圈器Looper,在有get()，就肯定有set()，我們可以想到在Looper.prepare()裡面set()。那麼我們繼續往下看原始碼：
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));
}這裡判斷是否已經存在Looper，如果不存在則new一個新的Looper，所以說要先有一個訊息迴圈器Looper，才能建立Handler物件。同時也可以看出每一個執行緒sThreadLocal只會有一個Looper物件。我們接著看Looper初始化做了些什麼？
private Looper(boolean quitAllowed) {
mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
mThread = Thread.currentThread();
}
MessageQueue(boolean quitAllowed) {
mQuitAllowed = quitAllowed;
mPtr = nativeInit();
}在Looper初始化時，新建了一個MessageQueue的物件，賦予mQueue中，MessageQueue的構造方法訪問是包可見，所以我們是無法直接使用的。然後還有nativeInit()，nativeInit() 方法建立 NativeMessageQueue 物件，並將這個物件的指標複製給 Android MessageQueue 的 mPtr。關於C++中的nativeXXX方法不做過多分析，需要深究的同學自行查閱資料，我們只要明白mPtr為native層的MessageQueue的指標即可。
此時，回到上面，有同學會說，你這個Looper.prepare()，沒有在Handler的構造方法出現啊，是怎麼回事。那麼我們可以去看一下ActivityThread的main()方法，系統已經幫我們自動呼叫Looper.prepare()方法了。程式碼如下：
public static void main(String[] args) {
SamplingProfilerIntegration.start();
CloseGuard.setEnabled(false);
Environment.initForCurrentUser();
EventLogger.setReporter(new EventLoggingReporter());
Process.setArgV0("<pre-initialized>");
Looper.prepareMainLooper();
ActivityThread thread = new ActivityThread();
thread.attach(false);
if (sMainThreadHandler == null) {
sMainThreadHandler = thread.getHandler();
}
AsyncTask.init();
if (false) {
Looper.myLooper().setMessageLogging(new LogPrinter(Log.DEBUG, "ActivityThread"));
}
Looper.loop();
throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
} 在第七行呼叫了Looper.prepareMainLooper()方法。而這個方法又會再去呼叫Looper.prepare()方法，在最後又會呼叫Looper.loop()方法，這就是我們平時建立Handler時不寫這兩個方法的原因。接著我們看prepareMainLooper()程式碼如下所示：
public static void prepareMainLooper() {
prepare(false);
synchronized (Looper.class) {
if (sMainLooper != null) {
throw new IllegalStateException("The main Looper has already been prepared.");
}
sMainLooper = myLooper();
}
} 這裡Main執行緒（UI執行緒）初始化訊息迴圈時會呼叫prepareMainLooper，傳進去的是false,訊息迴圈不可以退出，上面說在預設構造方法時可以。接著是呼叫myLooper()，建立一個訊息迴圈器Looper，因此我們應用程式的主執行緒中會始終存在一個Looper物件，從而不需要再手動去呼叫Looper.prepare()方法了。
這樣我們大致理順了Handler的建立過程。那麼在建立Handler之後，我們是開執行緒，執行緒處理完之後用handler傳送訊息Message，在文章一開頭就演示了一個handler.sendEmptyMessage(arg)。然後我們去翻一下Handler類裡面提供了很多傳送訊息的方法，但是它們最終都是呼叫sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis),這裡面傳送訊息的方法我就不貼了，大家可以去翻翻SDK原始碼驗證下，接著我們直接看sendMessageAtTime()方法原始碼：
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);
}mQueue是一個全域性變數，在建立Handler的時候，獲取到訊息迴圈器Looper之後，會mQueue = mLooper.mQueue。這裡面msg引數就是我們傳送的Message物件，而uptimeMillis引數則表示傳送訊息的時間。我們看到queue.enqueueMessage()方法，這裡是MessageQueue類裡面的方法，MessageQueue的作用我們上面也簡述過，它是一個訊息佇列，用於將所有收到的訊息以佇列的形式進行排列，並提供入隊和出隊的方法。原始碼如下:
final boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
if (msg.when != 0) {
throw new AndroidRuntimeException(msg + " This message is already in use.");
}
if (msg.target == null && !mQuitAllowed) {
throw new RuntimeException("Main thread not allowed to quit");
}
synchronized (this) {
if (mQuiting) {
RuntimeException e = new RuntimeException(msg.target + " sending message to a Handler on a dead thread");
Log.w("MessageQueue", e.getMessage(), e);
return false;
} else if (msg.target == null) {
mQuiting = true;
}
msg.when = when;
Message p = mMessages;
if (p == null || when == 0 || when < p.when) {
msg.next = p;
mMessages = msg;
this.notify();
} else {
Message prev = null;
while (p != null && p.when <= when) {
prev = p;
p = p.next;
}
msg.next = prev.next;
prev.next = msg;
this.notify();
}
}
return true;
} 從程式碼看出，MessageQueue並沒有使用一個集合把所有的訊息都儲存起來，它只使用了一個mMessages物件表示當前待處理的訊息。然後觀察上面的程式碼我們就可以看出，所謂的入隊其實就是將所有的訊息按時間來進行排序，這個時間當然就是我們剛才介紹的uptimeMillis引數。具體的操作方法就根據時間的順序呼叫msg.next，從而為每一個訊息指定它的下一個訊息是什麼。
現在入隊操作我們就已經看明白了，那出隊操作是在哪裡進行的呢?這個就需要看一看Looper.loop()方法的原始碼了，如下所示：
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();
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();
}
}從一開始myLooper()可以看出如果me為null則丟擲異常，也就是說looper方法必須在prepare方法之後執行。接著在for (;;)看到，進入的是一個死迴圈，然後不斷地呼叫的MessageQueue的next()方法，這個next()方法就是訊息佇列的出隊方法。它的簡單邏輯就是如果當前MessageQueue中存在mMessages(即待處理訊息)，就將這個訊息出隊，然後讓下一條訊息成為mMessages，否則就進入一個阻塞狀態，一直等到有新的訊息入隊。每當有一個訊息出隊，就將它傳遞到msg.target的dispatchMessage()方法中，msg的target就是handler物件。【在上面Handler的傳送訊息enqueueMessage()方法中就首先為meg.target賦值為this】，而Message被處理後會被recycle。當queue.next返回null時會退出訊息迴圈。接下來當然就要看一看Handler中dispatchMessage()方法的原始碼了，如下所示：
public void dispatchMessage(Message msg) {
if (msg.callback != null) {
handleCallback(msg);
} else {
if (mCallback != null) {
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
}
}
handleMessage(msg);
}
} 在第5行進行判斷，如果mCallback不為空，則呼叫mCallback的handleMessage()方法，否則直接呼叫Handler的handleMessage()方法，並將訊息物件作為引數傳遞過去。這樣就可以理解到在handleMessage()方法中可以獲取到之前傳送的訊息了。
另外在Looper類開頭註釋的地方在著官方給的標準非同步訊息處理執行緒的寫法：
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();
}
}
上述基本把這個流程解釋完畢了，我們簡單總結一下：
借郭哥圖一用：
1. 首先Looper.prepare()在當前主執行緒會建立一個Looper的例項物件，然後該例項中會建立一個MessaheQueue物件，由於Looper.prepare()線上程中有判斷是否已存在訊息迴圈器(Looper)，存在則不建立，因此一個Looper對應著一個訊息佇列（MessageQueue）。
2. 在Looper.loop()方法中會讓當前的執行緒進入到一個死迴圈中，不斷地從MessageQueue中讀取訊息，然後回撥handler的.dispatchMessage(msg)方法。
3. Handler的構造方法，會首先獲取當前執行緒的Looper物件，由於Looper對應著一個MessageQueue物件，因此這三者建立對應的關聯。
4. 在構造Handler例項時，我們會重寫handleMessage方法，也就是msg.target.dispatchMessage(msg)最終呼叫的方法。
接著我們來看一下非同步訊息處理的方式來更新UI執行緒。
- Handler post()
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
handler.post(new Runnable() {
@Override
public void run() {
// 在這裡進行UI操作
}
});
}
}).start(); 上面是handler.post()的普通寫法，為什麼這個可以進行UI操作，不用傳送訊息，然後在Handler的handleMessage裡面處理呢？我們現在去看一下原始碼：
public final boolean post(Runnable r)
{
return sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);
} 看到吧，post的方法這裡竟然也是用sendMessageDelayed()，上面說過，sendMessageDelayed()的方法，最後也是會跑到sendMessageAtTime()方法裡的，接著的邏輯上面都有我就不重複說了。我們接著看一下getPostMessage(r)的方法：
private final Message getPostMessage(Runnable r) {
Message m = Message.obtain();
m.callback = r;
return m;
}這個方法將訊息的callback的值傳入一個Runnable物件。大家理順一下，這個是不是Handler的dispatchMessage()方法中的一開始判斷，callback是否為null的，不為null則呼叫handlerCallback()方法，如果為null則去呼叫handlerMessage()方法。handlerMessage()大家都清楚的了，那我們看下handleCallback()方法中的程式碼吧：
private final void handleCallback(Message message) {
message.callback.run();
} so，直接呼叫了一開始傳入的Runnable物件的run()方法。
then想必大家還想到一個方法，runOnUiThread()。
- runOnUiThread
public final void runOnUiThread(Runnable action) {
if (Thread.currentThread() != mUiThread) {
mHandler.post(action);
} else {
action.run();
}
}如果當前的執行緒不等於UI執行緒(主執行緒)，就去呼叫Handler的post()方法，否則就直接呼叫Runnable物件的run()方法。
通過上面的原始碼分析，參考大神的部落格，再自己思考、整理、書寫，我自己都對Android的非同步訊息機制理解深刻了一層。希望這篇文章能對大家有靈光一閃的感覺。非同步訊息處理機制，是Android面試基本會問到的問題，大家一定要掌握好，理解好，能描述得頭頭是道。希望大家每天進步多一些。謝謝！最後大家有沒注意到Message獲取物件是通過obtain()方法，因為我打算下次寫一篇Java設計模式之享元模式。
注：
