前言
談到 Android 的消息機(jī)制彪杉，相信大家應(yīng)該不陌生梅割，在日常開發(fā)中不可避免要接觸到這方面的內(nèi)容僚稿，而且這也是面試中常被問到的內(nèi)容，最近本著「Read the Fucking Source Code」的原則丐怯，每天花半個(gè)小時(shí)開始看源碼，從 Android 消息機(jī)制開始翔横。本文的內(nèi)容借鑒了「Android 開發(fā)藝術(shù)探索」读跷，在此強(qiáng)烈向大家推薦這本書，可以說是 Android 進(jìn)階必備禾唁，質(zhì)量真的相當(dāng)高效览。
一、Android 消息機(jī)制的概述
Android 消息機(jī)制的主要是指的是 Handler 的運(yùn)行機(jī)制以及 Handler 所附帶的 MessageQueue 和 Looper 的工作過程荡短，這三者實(shí)際上是一個(gè)整體丐枉，只不過我們?cè)陂_發(fā)過程中比較多地接觸 Handler 而已。
Handler 的主要功能是將任務(wù)切換到某個(gè)指定的線程中去執(zhí)行掘托，那么 Android 為什么要提供這個(gè)功能呢瘦锹？這是因?yàn)?Android 規(guī)定訪問 UI 只能在主線程中進(jìn)行，如果在子線程中訪問 UI，那么程序就會(huì)拋出異常弯院。
那為什么 Android 不允許子線程中訪問 UI 呢辱士？這是因?yàn)?Android 的 UI 控件并不是線程安全的，如果在多線程中并發(fā)訪問可能會(huì)導(dǎo)致 UI 控件處于不可預(yù)期的狀態(tài)听绳，那還有一個(gè)問題颂碘，為什么系統(tǒng)不對(duì) UI 控件的訪問加上鎖機(jī)制呢？缺點(diǎn)有兩個(gè)：
- 加上鎖機(jī)制會(huì)讓 UI 訪問的邏輯變得復(fù)雜
- 鎖機(jī)制會(huì)降低 UI 訪問的效率椅挣，因?yàn)殒i機(jī)制會(huì)阻塞某些線程的執(zhí)行
Handler 創(chuàng)建完畢后头岔，這個(gè)時(shí)候其內(nèi)部的 Looper 以及 MessageQueue 就可以和 Handler 一起協(xié)同工作了，然后通過 Handler 的 post() 方法將一個(gè) Runnable 投遞到 Handler 的內(nèi)部的 Looper 中去處理鼠证，也可以通過 Handler 的 send() 方法發(fā)送一個(gè)消息峡竣，這個(gè)消息同樣會(huì)在 Looper 中去處理。其實(shí) post() 方法最終也是通過 send() 方法來完成的名惩。
接下來談下 send() 的工作過程澎胡。當(dāng) Handler 的 send() 方法被調(diào)用時(shí)，它會(huì)調(diào)用 MessageQueue 的 enqueueMessage() 方法將這個(gè)消息放入消息隊(duì)列中娩鹉，然后 Looper 發(fā)現(xiàn)有新消息到來時(shí)攻谁，就會(huì)處理這個(gè)消息，最終消息中的 Runnable 或 Handler 的 handleMessage() 就會(huì)被調(diào)用弯予。注意 Looper 是運(yùn)行在創(chuàng)建 Handler 所在的線程中去執(zhí)行的戚宦，這樣一來 Handler 中的業(yè)務(wù)邏輯就被切換到創(chuàng)建 Handler 所在的線程中去執(zhí)行了。
二锈嫩、消息隊(duì)列的工作原理
消息隊(duì)列在 Anroid 中指的是 MessageQueue受楼，MessageQueue 主要包含兩個(gè)操作：插入和讀取。讀取操作本身會(huì)伴隨著刪除操作呼寸，插入和刪除對(duì)應(yīng)的方法分別為：enqueueMessage() 和 next()艳汽，其中 enqueueMessage() 的作用是往消息隊(duì)列中插入一條消息，而 next() 的作用是從消息隊(duì)列中取出一條消息并將其從消息隊(duì)列中移除对雪。盡管 MessageQueue 叫做消息隊(duì)列河狐，但是它的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)并不是用的隊(duì)列，實(shí)際上它是通過一個(gè)單鏈表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來維護(hù)消息隊(duì)列的瑟捣，因?yàn)閱捂湵碓诓迦牒蛣h除上比較有優(yōu)勢(shì)馋艺。
接下來看下它的 enqueueMessage() 和 next() 方法的實(shí)現(xiàn)，enqueueMessage() 的源碼如下所示：
boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
synchronized (this) {
...
msg.markInUse();
msg.when = when;
Message p = mMessages;
boolean needWake;
if (p == null || when == 0 || when < p.when) {
// New head, wake up the event queue if blocked.
msg.next = p;
mMessages = msg;
needWake = 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 = 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;
}
可以看到 enqueueMessage() 中迈套，主要就是進(jìn)行了單鏈表的插入操作捐祠。
接下來看看 next() 的源碼：
Message next() {
// Return here if the message loop has already quit and been disposed.
// This can happen if the application tries to restart a looper after quit
// which is not supported.
final long ptr = mPtr;
if (ptr == 0) {
return null;
}
int pendingIdleHandlerCount = -1; // -1 only during first iteration
int nextPollTimeoutMillis = 0;
for (;;) {
if (nextPollTimeoutMillis != 0) {
Binder.flushPendingCommands();
}
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) {
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;
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.
nextPollTimeoutMillis = -1;
}
// Process the quit message now that all pending messages have been handled.
if (mQuitting) {
dispose();
return null;
}
// If first time idle, then get the number of idlers to run.
// Idle handles only run if the queue is empty or if the first message
// in the queue (possibly a barrier) is due to be handled in the future.
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;
}
if (mPendingIdleHandlers == null) {
mPendingIdleHandlers = new IdleHandler[Math.max(pendingIdleHandlerCount, 4)];
}
mPendingIdleHandlers = mIdleHandlers.toArray(mPendingIdleHandlers);
}
// Run the idle handlers.
// We only ever reach this code block during the first iteration.
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;
}
}
可以看到 next() 方法是一個(gè)無限循環(huán)的方法，如果消息隊(duì)列中沒有消息桑李，那么 next() 方法會(huì)一直阻塞在這里踱蛀，當(dāng)有新消息到來時(shí)窿给，next() 方法會(huì)返回這條消息并將其從消息隊(duì)列中刪除。
三星岗、Looper 的工作原理
Looper 在 Android 的消息機(jī)制中扮演著消息循環(huán)的角色填大，具體來說就是它會(huì)不停地從 MessageQueue 中查看是否有新的消息，如果有新消息就回立刻處理俏橘，否則就一直阻塞在那里允华。
先來看下它的構(gòu)造方法：
private Looper(boolean quitAllowed) {
mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
mThread = Thread.currentThread();
}
在構(gòu)造方法中，它會(huì)創(chuàng)造一個(gè) MessageQueue 即消息隊(duì)列寥掐，然后將當(dāng)前的線程對(duì)象進(jìn)行保存靴寂。
我們知道，Handler 的工作需要 Looper召耘，沒有 Looper 的線程就會(huì)報(bào)錯(cuò)百炬，那么如何為一個(gè)線程創(chuàng)建 Looper 呢？其實(shí)很簡(jiǎn)單污它，通過 Looper.prepare() 就可以為當(dāng)前線程創(chuàng)建一個(gè) Looper剖踊，接著通過 Looper.loop() 來開啟消息循環(huán)。
Looper 除了 prepare() 方法外衫贬，還提供了 prepareMainLooper() 方法德澈，這個(gè)方法主要是給主線程創(chuàng)建 Looper 使用的，其本質(zhì)也是通過 prepare() 方法來實(shí)現(xiàn)的固惯。Looper 還提供了 quit() 和 quitSafely() 兩個(gè)方法來退出一個(gè) Looper梆造，兩者的區(qū)別是：quit() 會(huì)直接退出 Looper，而 quitSafely() 只是設(shè)定一個(gè)退出標(biāo)識(shí)葬毫，然后把消息隊(duì)列中的消息處理完畢后才安全地退出镇辉。
public void quitSafely() {
mQueue.quit(true);
}
Looper 最重要的一個(gè)方法是 loop() 方法，只有調(diào)用了 loop() 后贴捡，消息循環(huán)系統(tǒng)才會(huì)真正地起作用忽肛，Looper 的 loop() 方法的工作過程也比較好理解，loop() 方法是一個(gè)死循環(huán)烂斋，唯一跳出循環(huán)的方式是 MessageQueue 返回 null麻裁，當(dāng) Looper 的 quit() 被調(diào)用時(shí)，Looper 就會(huì)調(diào)用 MessageQueue 的 quit() 或者 quitSafely() 方法來通知消息隊(duì)列退出源祈，當(dāng)前消息隊(duì)列被標(biāo)記為退出狀態(tài)時(shí)，它的 next 方法就回返回 null色迂。
四香缺、Handler 的工作原理
Handler 的工作主要包括消息的發(fā)送和接收過程。消息的發(fā)送可以通過 post() 的一系列方法以及 send() 的一系列方法來實(shí)現(xiàn)歇僧，post() 的一系列方法最終也是通過 send() 的一系列方法來實(shí)現(xiàn)的图张。發(fā)送一條消息的典型過程如下所示锋拖。
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);
}
可以發(fā)現(xiàn)，Handler 發(fā)送消息的過程僅僅是向消息隊(duì)列中插入一條消息祸轮，MessageQueue 的 next() 方法就會(huì)返回這條消息給 Looper兽埃，Looper 收到消息就開始處理，最終消息由 Looper 交給 Handler 進(jìn)行處理适袜，即 dispatchMessage() 方法會(huì)被調(diào)用柄错，這時(shí) Handler 就進(jìn)入了處理消息的階段，dispatchMessage() 的具體實(shí)現(xiàn)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);
}
}
Handler 處理消息的過程如下：
首先檢查 Message 的 callback 是否為 null苦酱，不為 null售貌，就通過 handleCallback() 來處理消息，Message 的 callback 是一個(gè) Runnable 對(duì)象疫萤，實(shí)際上就是 Handler 的 post() 方法所傳遞的 Runnable 參數(shù)颂跨。handleCallback 的邏輯也比較簡(jiǎn)單，如下所示扯饶。
private static void handleCallback(Message message) {
message.callback.run();
}
其次恒削，檢查 mCallback 是否為 null，不為 null 則調(diào)用 mCallback.handleMessage() 方法來處理消息尾序。最后調(diào)用 Handler 的 handleMessage() 方法來處理消息钓丰。
總結(jié)
Android 的消息機(jī)制主要指 Handler 的運(yùn)行機(jī)制，以及 Handler 所附帶的 MessageQueue 和 Looper 的工作過程蹲诀，三者是一個(gè)整體斑粱。當(dāng)我們要將任務(wù)切換到某個(gè)指定的線程（如 UI 線程）中執(zhí)行的時(shí)候，會(huì)通過 Handler 的 send(Message message msg) 和 post(Runnable r) 進(jìn)行消息的發(fā)送脯爪，post()方法最終也是通過 send() 方法來完成的则北。
發(fā)送的消息會(huì)插入到 MessageQueue 中（MessageQueue 雖然叫做消息隊(duì)列，但是它的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)并不是隊(duì)列痕慢，而是單鏈表尚揣，因?yàn)閱捂湵碓诓迦牒蛣h除上比較有優(yōu)勢(shì)），然后 Looper 通過 loop() 方法進(jìn)行無限循環(huán)掖举，判斷 MessageQueue 是否有新的消息快骗，有的話就立刻進(jìn)行處理，否則就一直阻塞在那里塔次，loop() 跳出無限循環(huán)的唯一條件是 MessageQueue 返回 null方篮。
Looper 將處理后的消息交給 Handler 進(jìn)行處理，然后 Handler 就進(jìn)入了處理消息的階段励负，此時(shí)便將任務(wù)切換到 Handler 所在的線程藕溅，我們的目的也就達(dá)到了。
