解析Android中Handler机制原理

Handler是Android中提供的一种异步回调机制，也可以理解为线程间的消息机制。为了避免ANR,我们通常会把一些耗时操作（比如：网络请求、I/O操作、复杂计算等）放到子线程中去执行，而当子线程需要修改UI时则子线程需要通知主线程去完成修改UI的操作，则此时就需要我们使用Handler机制来完成子线程与主线程之间的通信。

1. Handler的一般使用步骤

在明确了Android中只有主线程能修改UI界面、子线程执行耗时操作的前提后，下面一起来学习下Handler的使用步骤。

1. 在主线程中创建Handler实例，并且重写handlerMessage方法。

   private Handler handler = new Handler(){
   @Override
   public void handleMessage(Message msg) {
       switch (msg.what) {
           case 1:
               //执行相关修改UI的操作
               break;
           }
       }
   };

2. 子线程中获取Handler对象，在需要执行更新UI操作的地方使用handler发送消息

   Message msg = Message.obtain();
   msg.obj = "content";
   msg.what = 1;
   //发送消息给Handler
   handler.sendMessage(msg);   

3. 在handlerMessage方法中的Switch里面，根据case下不同的常量执行相关操作

以上只是Handler的一种使用方式，由于本文的重点是探究Handlerde原理，故其他使用方式这里不重点介绍。

2. 重要类的职责

在深入了解Handler机制原理之前，我们应该明确在Handler机制中几个重要类的职责。

• Handler：负责发送处理消息
• MessageQueue：消息队列，负责存储消息
• Message: 具体发送的消息
• Looper: 负责循环取出消息给Handler处理
• ThreadLocal: 用于线程间的数据隔离，在每个线程中存放各自对应的Looper

3. Handler机制原理

• 每个Handler都会关联一个消息队列，消息队列又是封装在Looper对象中，而每个Looper又会关联一个线程。这样Handler、消息队列、线程三者就关联上了。

• Handler是一个消息处理器，将消息发送给消息队列，然后再由对应的线程从消息队列中逐个取出，并执行。

• 默认情况下，消息队列只有一个，也就是主线程的消息队列，该消息队列通过Looper.prepareMainLooper()方法创建，最后执行Looper.loop()来循环启动消息。

以上叙述可能有点空洞，下面我们结合源码一起来理解：

3.1 Handler是如何关联消息队列和线程的？

我们首先看Handler默认的构造函数：

     public Handler(Callback callback, boolean async) {
    //代码省略
    mLooper = Looper.myLooper();//获取Looper
    if (mLooper == null) {
        throw new RuntimeException(
            "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");
    }
        mQueue = mLooper.mQueue;//通过Looper对象获取消息队列
        mCallback = callback;
        mAsynchronous = async;
    }

    //获取Looper对象
    public final Looper getLooper() {
        return mLooper;
     }

从Handler的构造函数中我们可以发现，Handler在初始化的同时会通过Looper.getLooper()获取一个Looper对象，并与Looper进行关联，然后通过Looper对象获取消息队列。那我们继续深入到Looper源码中去看Looper.getLooper()是如何实现的。

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

    //为当前线程设置一个Looper
    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));
     }

从上面的程序可以看出通过prepareMainLooper()，然后调用 prepare(boolean quitAllowed)方法创建了一个Looper对象，并通过sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed))方法将该对象设置给了sThreadLocal。

    //通过ThreadLocal获取Looper
    public static @Nullable Looper myLooper() {
        return sThreadLocal.get();
     }

通过Looper中的预备工作，sThreadLocal中已经存储了一个Looper对象，然后myLooper()方法通过sThreadLocal.get()方法获取到了Looper。那么消息队列就与线程关联上了，所以各个线程只能访问自己的消息队列。

综上所述，我们可以发现消息队列通过Looper与线程关联上了，而Looper又与Handler是关联的，所以Handler就跟线程、线程的消息队列关联上了。

3.2 如何执行消息循环？

在创建Looper对象后，通过Handler发来的消息放在消息队列中后是如何被处理的呢？这就涉及到了消息循环，消息循环是通过Looper.loop()方法来建立的。源代码如下：

    //执行消息循环
    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;//获取消息队列
    //代码省略
    for (;;) {//死循环
        Message msg = queue.next(); // 获取消息
        if (msg == null) {
            // No message indicates that the message queue is quitting.
            return;
        }
        //代码省略
        try {
            msg.target.dispatchMessage(msg);//分发消息
        } finally {
            if (traceTag != 0) {
                Trace.traceEnd(traceTag);
            }
        }
        //代码省略
        msg.recycleUnchecked();//消息回收
         }
    }   

从源码中我们可以看出，loop()方法实质上就是通过一个死循环不断的从消息队列中获取消息，然后又不断的处理消息的过程。

3.3 消息处理机制

msg.target.dispatchMessage(msg);//分发消息

我们从loop中的 dispatchMessage()方法入手，看看谁是该方法的调用者，深入Message源码中看看target的具体类型：

    public final class Message implements Parcelable {
        //代码省略

        /*package*/ int flags;
        /*package*/ long when;
        /*package*/ Bundle data;
        /*package*/ Handler target;
        /*package*/ Runnable callback;
        /*package*/ Message next;

        //代码省略
    }

从源码中我们可以看到其实target就是Handler类型。所以Handler是将消息发送到消息队列暂时存储下，然后又将消息发送给Handler自身去处理。那我们继续到Handler源码中去看看Handler是如何处理消息的：

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

</br>

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

</br>

/**
 * Subclasses must implement this to receive messages.
 * 消息处理方法为一个空方法，由子类去实现
 */
public void handleMessage(Message msg) {
}

从上面的源码中可以看出，dispatchMessage(Message msg)只负责分发Message。从Message源码中我么可以知道callback为Runnable类型，如果callback不为空，则执行 handleCallback方法来处理，而该方法又会调用callback.run()；如果如果callback为空，则调用handleMessage来处理消息，而该方法又为空，所以我们会在子类中重写该方法，并将修改UI的代码写在里面。之所以会出现这两种情况，是因为Handler发送消息有两种形式：

• 在本文的一般使用步骤中，我使用的是sendMessage(msg)发送消息，此时callback就为空。
• 当使用post发送消息时，callback就不为空。

以上就是Handler机制的原理，大致可以总结为：在子线程中Handler将消息发送到MessageQueue中，然后Looper不断的从MessageQueue中读取消息，并调用Handler的dispatchMessage发送消息，最后再Handler来处理消息。为了更好的帮助大家一起理解，我画了一个Handler机制的原理图：

关于Handler机制补充如下几点：

• Handler创建消息时用到了消息池，在创建消息时会先从消息池中去查询是否有消息对象，如果有，则直接使用消息池中的对象，如果没有，则创建一个新的消息对象。
• 使用ThreadLocal的目的是保证每一个线程只创建唯一一个Looper。之后其他Handler初始化的时候直接获取第一个Handler创建的Looper