Android的消息机制--Handler

一、四大组件概述

Android的消息机制是由Handler、Message、MessageQueue，Looper四个类支撑，撑起了Android的消息通讯机制，Android是一个消息驱动系统，由这几个类来驱动消息与事件的执行

Handler：

• 用来发送消息和处理消息
• 无论使用的post ，还是send，都会执行enqueueMessage 方法，将消息加到队列中
• 发送的消息并不是立刻得到执行的，所以必须有个地方把它存起来，也就是MessageQueue

MessageQueue

• 基于单向链表，以触发时间的顺序排放在队列中，链表头部信息被触发的时间是最接近的
• 队列中的消息怎样让它在必要的时间得到执行，就需要依靠Lopper 

有三种消息类型：

• BarrierMessage：屏障消息

• AsyncMessage：异步消息

• Message：同步消息

Lopper

• 无限循环驱动器
• 在它内部有个loop 方法，开启无限循环，从头遍历这个队列，检查满足条件的消息，有就把它取出来进行分发执行，没有或者消息为空时，当前线程就会进入阻塞状态，从而释放掉CPU 的资源占用，当有新消息进来的时候就会唤醒当前线程，从而继续遍历队列中是否有满足条件的消息，所以Looper并不会真的一直无限循环下去

Message

消息

• long when：该消息被执行的时间戳，这个时间戳是它在队列中排队的唯一依据
• Message next：消息队列是一条单向链表，每一条消息都会包含下一条消息的引用关系，从而形成单向链表
• Handler target：代表着该message是由哪一个handler发送的，在消费这条消息时也由这个target来消费

• 一个线程最多存在一个Lopper
• 一个Looper对应一个MessageQueue
• 一个MessageQueue中可以存在多个Message对象
• 一个MessageQueue 或者一个Looper 对应多个handler

二、消息分发的优先级

1. Message的回调方法：message.callback.run()  优先级最高
2. Handler的回调方法：Handler.mCallback.handleMessage(msg)
3. Handler的默认方法：handler.handleMessage(msg)

       //1.直接在Runnable中处理任务handler.post(runable = Runnable {//这条消息在消费时，首先回调给Message中的callback,也就是runable对象})//2.使用Handler.callback来接收处理消息val handler = object :Handler(callback{//在创建handler的时候是可以传递一个callback 的，在消息分发的时候首先把消息分发给callback 来处理return@callback true})//3.最常用的handler的handlerMessage方法

三、疑问点

1.在使用handler的时候并没有指定Looper ，这三个类是怎么关联起来的

在创建实例对象时虽然没有传递Looper对象，但是在构造函数的重载里会调用Looper.myLooper来获取当前线程绑定的Looper对象

2.主线程的Looper是在哪里创建的？

在ActivityThread的main方法中调用Looper.prepareMainLooper()创建了主线程的Looper对象，然后调用loop()开启消息队列循环，所以在主线程中创建Handler不用给他创建Looper

如果一个线程的Looper对象没有调用prepare 方法，它的Looper是为空的

3.Looper.myLooper是如何保证获取到的Looper是当前线程的Looper 对象？

    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));}

        无论是主线程的Looper 还是子线程的Looper都只能调用prepare()方法或者prepareMain()方法，在prepare()方法中首先判断在这个当前线程这个Looper对象是否已经被创建过了，如果是，再次调用该方法就会报错。

        这就是一个线程最多只能存在一个Looper 对象的保证

        接下来把Looper 对象保存到了ThreadLocal中，在获取Looper 时也是从ThreadLocal 这个对象中得到的

ThreadLocal：

        是用来存储数据的，使其成为线程的私有局部变量，通过它提供的get、set来访问

        好处：可以在线程的任意地方去访问这个局部变量，不用传来传去

4.如何让子线程拥有消息分发的能力？如何在子线程中弹出Toast？

        默认子线程是没有Looper 对象的，要主动调用Looper.prepare 方法以及 Looper.loop方法，在这两个方法中间就可以弹出Toast 了，在接着给它创建一个handler，在主线程中拿到这个handler对象，就可以处理在子线程中处理主线程发送过来的消息了

        Toast在没有显示出来之前，它还没有被添加到窗口上，对它的操作就不会触发线程的检查
        实现方式跟ActivityThread方式一样
        需要注意的是一旦给子线程执行了这两个方法，要在必要的时候调用Looper.quit 方法，让Looper 退出循环，否则会一直循环下去，这个线程就不会被销毁，不会被回收

四、消息入队

一条消息被插入到MessageQueue时做了哪些事情？

发送一条消息时主要有两种方法，一种是post开头的，一种是send开头的，无论使用的哪种方式发送，都会以Message的形式插入到队列中

对于post，发送一条消息时，都会通过getPostMessage，把runnable对象包装成Message对象，再次调用sendMessageDelayd方法把它加入到队列中

享元设计模式，共用已创建的对象   避免重复创建对象

        getPostMessage方法中在获取Message对象时，使用的是Message.obtain()方法

Message提供了消息复用池的能力，最多会缓存50条Message对象，通过.obtain()方法来获取 Message对象是可以复用的，不需要每次都去创建一个新的 

        采用了链表的形式来管理消息池，链表的插入和删除比ArrayList快

        还提供了消息回收能力，当消息被分发完了之后就会调用recycleUnchecked，将Message的对象进行重置，情况数据，并将其插入到链表的头节点中，它是一个队头复用机制

通过new Message出来的对象会出现大量的临时的Message对象，会导致内存占用率过高

消息入队，按照消息被执行的时间戳when插入队列

• 无论是post、还是send，最终都会执行enqueueMessage，把消息插入到队列中
• postSyncBarrier：发送一条屏障消息

新消息插入时按照消息插入的时间插入到队列中

enqueueMessage

Handler.enqueueMessage

    private boolean enqueueMessage(@NonNull MessageQueue queue, @NonNull Message msg,long uptimeMillis) {msg.target = this;……return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);}

将Message的target赋值成当前的Handler，在下面会对这个target进行判空，空的话直接抛出异常

消息被消费的时候会通过handlerDispatchMessahe方法来完成

MessageQueue.enqueueMessage

  boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {if (msg.target == null) {throw new IllegalArgumentException("Message must have a target.");}synchronized (this) {if (msg.isInUse()) {throw new IllegalStateException(msg + " This message is already in use.");}if (mQuitting) {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();msg.when = when;//mMessage始终是队头消息，拿到队头，这个队列才能执行增删改查的操作Message p = mMessages;boolean needWake;//p == null 说明队头为null，则队列为空//when == 0 或者新消息触发的时间戳为0// when < p.when 或者消息被触发的时间小于队头消息被触发的时间if (p == null || when == 0 || when < p.when) {// New head, wake up the event queue if blocked.//满足条件就把新消息插入到队列的头部//把新消息的next节点指向原来的头结点，然后将新信息赋值给头消息msg.next = p;mMessages = msg;//如果当前Looper处于休眠状态，则本次插入消息之后需要唤醒//mBlocked:是否处于阻塞状态，只有对列为空，队列当中没有可处理消息的时候，线程才会进入阻塞状态，mBlocked才会为trueneedWake = mBlocked;} else {// Inserted within the middle of the queue.  Usually we don't have to wake// up the event queue unless there is a barrier at the head of the queue// and the message is the earliest asynchronous message in the queue.//needWake:要不要唤醒线程，目的是让异步消息尽早的执行//mBlocked：当前线程是否处于休眠状态//p.target == null：队头消息是否为空，队头消息是异步同步屏障消息//msg.isAsynchronous：新消息是异步消息needWake = mBlocked && p.target == null && msg.isAsynchronous();Message prev;//for循环：找到一个合适的位置来插入这条新消息for (;;) {prev = p;p = p.next;//找到合适的位置退出for循环if (p == null || when < p.when) {break;}if (needWake && p.isAsynchronous()) {needWake = false;}}//调整链表中节点的指向位置，实现消息插入队列的目的//msg：新消息  p：下一条消息  prev：上一条消息msg.next = p; // invariant: p == prev.nextprev.next = msg;}// We can assume mPtr != 0 because mQuitting is false.//Looper被唤醒if (needWake) {//线程被唤醒，使用nativeWake native方法nativeWake(mPtr);}}return true;}

enqueueMessage在插入一条新消息时，主要是检查消息是否都具备target对象，否则消息是无法被处理的，还会选择性的决定唤醒当前的线程，继续轮询队列是否有符合条件的消息拿出来处理

postSyncBarrier 同步屏障消息

message.target == null ，这类消息不会真的执行，起到标记作用

MessageQueqe在遍历消息队列时，如果队头是同步屏障消息，那么会忽略同步消息，优先让异步消息得到执行

一般异步消息和同步屏障消息会一同使用

异步消息 & 同步屏障

使用场景：

• ViewRootImpl接收屏幕垂直同步信息事件用于驱动UI测绘
• ActivityThread接收AMS的事件驱动生命周期
• InputMethodMessage分发软键盘输入事件
• PhoneWindowManager分发电话页面各种事件

目的：

        让重要的消息尽可能早的得到执行

注意：

• 开发过程中无法使用，只能系统源码使用
• 必须使用MessageQueue来发生，Handler是无法发送同步屏障消息的，只能用来发送异步消息和同步消息

MessageQueue#postSyncBarrier

    public int postSyncBarrier() {//使用uptimeMillis，意思是：发送了这条消息，在这期间如果设备进入休眠状态，那么消息是不会执行的，设备被唤醒之后才会执行return postSyncBarrier(SystemClock.uptimeMillis());}

• currentTimeMillis() 系统当前时间，即日期时间，可以被系统设置修改，如果设置系统时间，时间值也会发生改变
• uptimeMillis() 自开机后，经过的时间，不包括深度休眠的时间

sendMessageDelay.postDelay 也都使用了这个时间戳

问题：

        如果使用handler发送一条消息，然后让设备进入休眠，也就是先熄屏，然后长时间不操作手机，这条消息会不会得到执行，为什么？

        进入休眠之后，消息是不会被触发的，因为设备休眠之后uptimeMillis是不会被累加的

 private int postSyncBarrier(long when) {// Enqueue a new sync barrier token.// We don't need to wake the queue because the purpose of a barrier is to stall it.synchronized (this) {final int token = mNextBarrierToken++;//从消息池复用，构建新消息体final Message msg = Message.obtain();msg.markInUse();//并没有给target赋值//区分是不是同步屏障，就看target是否等于null，等于null，就是同步屏障消息msg.when = when;msg.arg1 = token;Message prev = null;Message p = mMessages;if (when != 0) {//遍历队列所有消息，直到找到一个message.when > msg.when 的消息，决定新消息插入的位置while (p != null && p.when <= when) {prev = p;p = p.next;}}//如果找到了合适的位置则插入if (prev != null) { // invariant: p == prev.nextmsg.next = p;prev.next = msg;} else {//如果没有找到直接放队头msg.next = p;mMessages = msg;}return token;}}

  屏障消息在插入队列时是没有主动唤醒线程的，因为屏障消息并不需要得到执行，也不需要唤醒这个线程去轮询它

屏障消息的移除，谁添加的就由谁来移除

比如ViewRootImpl，在接收到垂直同步信号的到达，发送一条异步消息，并发送了一条屏障消息，当接收到异步消息时，ViewRootImpl就会把同步屏障消息从队列中移除

问题：

        ViewRootImpl是如何在UI测绘的工作优先得到执行的？

        发送了同步屏障和异步消息

五、消息分发

Looper#loop()

队列中的消息之所以能得到分发，是由于Looper中的loop方法，会开启一个无限for循环消息的驱动器，在这个无限for循环中会调用MessageQueue的next方法，去获取一个可执行的msg对象

这个next方法可能使得当前线程进入一个阻塞的状态，此时这个方法不会有返回值，下面的分发代码就不会得到执行，所以这个无限for循环并不会一直空轮询下去，

目的：只是不让这个线程退出，因为一个线程任务执行完成，就会自动退出，如果想让它不退出，开启一个while循环等待一段时间，这里也是一样的道理

直到队列中有可处理的消息才会返回

for(;;){//取出队列中的消息Message msg = me.mQueue.next(); // might blockif (msg == null) {// No message indicates that the message queue is quitting.return false;}……//分发消息msg.target.dispatchMessage(msg);……//回收Messagemsg.recycleUnchecked();
}   

拿到消息之后调用msg.target.dispatchMessage(msg) 去分发消息

当消息处理完成之后调用msg.recycleUnchecked()方法回收Message，留着复用

总结：

        loop方法的作用是从队列中去取消息，然后分发，然后回收

MessageQueue#next()

首先也是开启一个for循环，在消息分发时可能存在消息的插入、删除，而且队列是一个单向链表无法确切知道消息插入时是有多少的，当这个next方法找到一个合适的消息时就会退出for循环

    int nextPollTimeoutMillis = 0;for (;;) {nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);synchronized (this) {// Try to retrieve the next message.  Return if found.final long now = SystemClock.uptimeMillis();Message prevMsg = null;Message msg = mMessages;if (msg != null && msg.target == null) {// Stalled by a barrier.  Find the next asynchronous message in the queue.do {prevMsg = msg;msg = msg.next;} while (msg != null && !msg.isAsynchronous());}if (msg != null) {//找到了一条消息，但是它的时间，还没到需要执行的时机if (now < msg.when) {// Next message is not ready.  Set a timeout to wake up when it is ready.nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE);} else {// Got a message.mBlocked = false;//prevMsg不为空说明需要删除的是中间的消息，只需要上一条消息的next指向msg的next，为空说明要删除的这条消息是队头消息if (prevMsg != null) {prevMsg.next = msg.next;} else {mMessages = msg.next;}msg.next = null;if (DEBUG) Log.v(TAG, "Returning message: " + msg);msg.markInUse();return msg;}} else {// No more messages.//msg对象为空，说明队头对象为空，也就是当前队列为空，此时把nextPollTimeoutMillis置为-1，looper将进入永久休眠，直到有新消息到达nextPollTimeoutMillis = -1;}}

通过nativePollOnce这个native方法进行阻塞，传递的nextPollTimeoutMillis，如果这个值是大于0的，就会使得当前线程进入阻塞，并且释放掉对CPU资源的使用权，尽管Looper中有个无限for循环，但是不会造成CPU资源的过多占用

由于nextPollTimeoutMillis第一次for循环时是等于0的，所以第一次不会使得这个线程进入阻塞的，但是如果在接下来的循环中没有找到一个合适的、需要处理的消息，这个nextPollTimeoutMillis会被更新，在第二次循环的时候如果这个值不等于0，这个线程就会进入阻塞状态，如果这个值等于-1，当前线程就会进入无限阻塞状态，直到有新消息插入时，才会被唤醒

nextPollTimeoutMillis等于多少，这个线程就会被阻塞多少ms，超时之后就会继续执行以下代码

延迟消息是怎么得到保证的？

首先是通过uptimeMillis去计算出应该被执行的时间戳，然后借助nativePoll阻塞一段时间，超时之后自动恢复 ，然后继续往下检查是否有满足条件的消息，如果有就拿出来去执行

如何去取消息？

把队头消息赋值给一个临时变量msg，防止插入消息，队头可能被改变，然后判断msg是否是同步屏障消息（也就是判断msg.target == null），如果是通过do-while循环，在while中判断这个msg 不是一个异步消息，也就是说如果这个消息是异步消息，就会退出do-while循环

这个屏障消息唯一的作用就是：当它处于队头时，next方法在检索消息时会跳过同步消息，会优先检索出所有的异步消息，让它们优先执行

msg.target对象如果不为空，不会执行do-while循环，就会按照时间顺序来检索分发消息

判断消息msg是否为空，说明队头对象为空，也就是当前队列为空，此时把nextPollTimeoutMillis置为-1，looper将进入永久休眠，线程进入无限阻塞状态，直到有新消息到达

不为空时，也就是找到了一条消息，检查是否到达需要执行的时机

如果没有，去更新nextPollTimeoutMillis值，等于应该执行的时间 - 当前时间 ，计算出还应该延迟多久

否则说明找到了这条需要处理的消息，首先需要从队列中移除掉

preMsg不等于null，说明被删除的这条消息是队列中间的这条消息，preMsg代表被删除消息的前一条消息，删除这条消息，只需要将preMsg的next节点指向这个消息的next节点

preMsg等于null，说明被删除的这条消息是队头消息，需要将mMessage指向要删除消息的下一个节点

最后把msg对象返回回去，让它去分发，去执行

idler.queueIdle()

                if (pendingIdleHandlerCount < 0&& (mMessages == null || now < mMessages.when)) {pendingIdleHandlerCount = mIdleHandlers.size();}if (pendingIdleHandlerCount <= 0) {// No idle handlers to run.  Loop and wait some more.mBlocked = true;continue;}

判断队头Message是否为空，也就是队列中没有任务了，或者队头消息时间还没有到达可执行的时机，在第二次for循环中，线程即将进入阻塞状态，在进入阻塞状态之前，称之为空闲状态，判断有没有向MessageQueue中注册IdleHandler，用于监听这个状态

IdleHandler：

        可以监听当前线程是否即将进入空闲状态，也就是说通过事件的监听来做一些延迟的初始化，以及数据加载、日志上报等工作，而不是有任务就提交，从而避免抢占重要的资源

如果pendingIdleHandlerCount大于0，就会去调用idler.queueIdle()方法

            for (int i = 0; i < pendingIdleHandlerCount; i++) {final IdleHandler idler = mPendingIdleHandlers[i];mPendingIdleHandlers[i] = null; // release the reference to the handlerboolean keep = false;try {keep = idler.queueIdle();} catch (Throwable t) {Log.wtf(TAG, "IdleHandler threw exception", t);}if (!keep) {synchronized (this) {mIdleHandlers.remove(idler);}}}

最后会将nextPollTimeoutMillis延迟时间置为0，既然业务层监听了线程的空闲状态，在queueIdle这个方法里，就有可能再次产生新的消息，为了让新消息尽可能早的得到执行，此时不需要让线程进入休眠了

nextPollTimeoutMillis = 0;

在Android中存在两套消息机制，一套是Java的，一套是C++的，本质上是独立的，在Java中MessageQueue调用nativePollOnce的主要原因是借助native消息机制所实现的线程阻塞能力

六、问题解惑

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