Android Message Handler消息处理机制总结笔记

一次性线程和无限循环线程

普通线程是一次性的，执行结束后也就退出了（这种说法可能不严谨，但为了下文描述方便）。但某些情况下需要无限循环、不退出的线程。比如处理用户交互的线程，它等待并执行用户的点击、滑动等等操作事件，也执行由系统触发的广播等事件，称之为主线程，也叫UI线程。

关于这种无限循环线程需要说的是：

每个事件及其所包含的信息被封装为一个Message（下文中提到的“消息”和“事件”是一回事儿）；
线程不能同时处理所有事件，所以需要有个收件箱MessageQueue（下文中提到的线程，如果没有特别说明是一次性线程，那么都指looper thread）；
之所以不同于一次性线程，而能无限循环，是Looper的功劳，所以这种线程也被称为message looper thread；
事件由Handler发送和处理。

创建一个looper thread

Android提供的类HandlerThread，是一个looper thread类。通过源码理解它是怎么办到的： HandlerThread源码链接

23 public class HandlerThread extends Thread {
51     @Override
52     public void run() {
            // 初始化当前线程为looper thread，prepare()方法保证为每个线程只新建一个Looper object；
            // 在新建Looper object时，新建了一个MessageQueue object；
            // 所以，HandlerThread对象、Looper对象、MessageQueue对象，三者之间建立了彼此惟一的关联。
54         Looper.prepare();
55         synchronized (this) {
                // 该静态方法返回与当前线程关联的Looper object，如果当前线程未关联Looper则返回空；
                // 稍后讲到的Handler也是通过该方法建立和当前线程的惟一关联；
                // 至于为什么是当前线程，好像是和ThreadLocal<Looper>这个静态变量有关，不甚明了，存疑 TODO.
56             mLooper = Looper.myLooper();
57             notifyAll();
58         }
            // 你可以覆写这个函数，以在循环开始前做些必要的工作，比如实例化一个Handler，稍后讲它。
60         onLooperPrepared();
            // 调用loop()方法后，Looper对象就开始循环地从MessageQueue对象中取消息、处理消息、没消息时等待消息；
            // 这就使得它成为了一个looper thread；
            // 而如何处理消息，涉及Handler，稍后讲它。
61         Looper.loop();
63     }

所以，创建一个HandlerThread实例，就创建了一个looper thread：

// 在合适的地方新建并启动线程，比如在Activity.onCreate()方法。
HandlerThread mHandlerThread = new HandlerThread("Gallery Downloading Thread");
mHandlerThread.start();

// 必须调用getLooper()，而且必须在start()之后调用，该方法获取与线程关联的Looper对象，以确保线程就绪；
// 因为该方法会被阻塞直至looper对象初始化好了。
mHandlerThread.getLooper();

// 在合适的地方调用quit()方法，比如Activity.onDestroy()方法，以退出线程的looper循环，不再处理消息队列中的任何消息；
// 此处存疑 TODO：线程退出了吗？（好像并没有，该如何处理？）
mHandlerThread.quit();

如此，一个looper thread就在运转了，但它发现没有消息，于是它等待。问题是，该如何传递消息给它；它拿到消息后又是怎么处理的呢？答案在Handler。

Handler负责消息的发送和处理

Handler源码链接

关于Handler需要说的是：

Handler使你能够发送并处理Message和Runnable对象；
当你创建了一个Handler实例，它就被绑定给创建它的线程，只能绑定给这1个线程，这也就意味着只关联了1个MessageQueue，此后，就可以发送messages和runnables给所关联的message queue，而当这些消息出队时，就在handler绑定的线程中得到执行；
Handler主要有2种用途：(1) 安排messages和runnables在将来的某个时间点执行；(2) 让另一个线程做些事情。以上内容截取自源码文件的注释（翻译后）。

使用默认构造器创建一个Handler

Handler mHandler = new Handler();

通过源码来理解为什么handler被绑定到了创建它的线程:

188    public Handler(Callback callback, boolean async) {
            // 通过该静态方法获得与当前线程绑定的Looper，而Looper是和当前线程惟一关联的（参看上文描述）；
            // 这样就建立了handler和当前线程及其MessageQueue的惟一关联；
            // 当然也可以通过另一个方法关联到指定的Looper，此处暂且不表 TODO.
198        mLooper = Looper.myLooper();
            // 如果当前线程没有looper，就没有queue，就没法接收消息，所以抛出异常。
199        if (mLooper == null) {
200            throw new RuntimeException(
201                "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");
202        }
203        mQueue = mLooper.mQueue;
204        mCallback = callback;
206    }

// 默认的构造器就调用上面的方法，绑定handler到当前线程，也就是创建它的线程。
113    public Handler() {
114        this(null, false);
115    }

现在有了handler，又该如何发送消息呢？在发送之前，我们先新建一个消息。

使用默认构造器创建一个Message

Message msg = new Message();
msg.what // 自定义的消息识别码，整形，以便接收者识别消息；
msg.arg1 // 如果两个int数据就可以满足你的要求，就用arg1和arg2；
msg.arg2
msg.obj // 如果复杂，就传递Object对象，或者Bundle数据；
msg.setData(Bundle data)

使用Handler发送消息

Handler可以发送处理Message和Runnable两种对象，提供了若干方法：

boolean post(Runnable r);
boolean postAtTime(Runnable r, Object token, long uptimeMillis);
boolean postDelayed(Runnable r, long delayMillis);

boolean sendEmptyMessage(int what);
boolean sendMessage(Message msg);
boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis);
boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis);

这些方法最终都调用了sendMessageAtTime()，然后把消息放入队列。Runnable对象在内部被转成了Message对象的callback字段，稍后讲它。

Message绑定给了发送它的Handler

需要特别关注message的成员变量Handler target，消息入队时，该字段被设置为发送它的handler，这就确保了message对象和handler对象的惟一关联。这样在message出队时，就知道该交给哪个handler处理；除此之外它还有别的用处，稍后讲它。

高效发送消息的做法

上文发送消息的做法，每次都需要新建一个message实例。如果频繁的话，Android推荐这样做：

mHandler
    .obtainMessage(int what, int arg1, int arg2, Object obj)
    .sendToTarget();

Handler.obtainMessage(...) 方法从公共循环池里获取消息（如果没有的话，它会创建新的实例），并传入消息的各个字段。这样可以避免创建新的Message实例，提高效率。 Message.sendToTarget()方法只执行了一条语句target.sendMessage(this)，这就是上文提到的target字段的别的用处。这样就把消息放入了队列。

使用Handler处理消息

这是消息循环的核心源码，一个死循环：

// Looper.loop()
109    public static void loop() {
110        final Looper me = myLooper();
114        final MessageQueue queue = me.mQueue;
115
121        for (;;) {
122            Message msg = queue.next(); // might block 没有消息则阻塞。
123            if (msg == null) {
                    // 收到空消息就退出。
124                // No message indicates that the message queue is quitting.
125                return;
126            }
                // 这就是前面提到的target字段的作用：知道把出队的消息交给谁。
135            msg.target.dispatchMessage(msg);
153        }
154    }

下面就开始dispatchMessage：

// Handler.dispatchMessage()
93     public void dispatchMessage(Message msg) {
            // 上文提到的，发送消息时，Runnable对象在内部被转成了Message对象的`callback`字段；
            // 若callback不为空，那么消息就是一个runnable对象，那么就执行它；
94         if (msg.callback != null) {
95             handleCallback(msg);
96         } else {
                // 如果不是runnable，那么就是Message对象了：
                // 上文只讲了使用默认构造器创建handler，也可以Handler(Callback callback);
                // 这样就为每个handler设置了各自的callback，优先执行它；
97             if (mCallback != null) {
98                 if (mCallback.handleMessage(msg)) {
99                     return;
100                }
101            }
                // 如果handler对象没有自己的callback，那么就执行这个方法；
                // 这是一个空方法，当通过默认构造器新建一个handler时需要覆写它。
102            handleMessage(msg);
103        }
104    }

理论知识已经具备了，那么接下来，在1个典型的应用场景中使用它们解决我们的问题。

一个demo使用后台线程完成下载任务

这段代码截取自《Android权威编程指南》第26, 27章，作者构建了一个这样的App：下载Flicker上最新的100张缩略图，并填充到GridView内。首先通过AsyncTask线程获取包含缩略图url信息的XM文件；然后下载那些url指向的缩略图。这里需要思考的是，何时下载这些缩略图，是一次下载完？还是下载一部分？由谁触发下载？下载后怎样填充到GridView内？解决了这些问题，就基本掌握了创建后台线程，并和主线程通信的方法。

public class PhotoGalleryFragment extends Fragment {
    ThumbnailDownloader<ImageView> mThumbnailDownloader;

    @Override
    public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        mThumbnailDownloader = new ThumbnailDownloader<ImageView>(new Handler());
        mThumbnailDownloader.setOnThumbnailDownloadListener(new OnThumbnailDownloadListener<ImageView>() {
            public void onThumbnailDownloaded(ImageView imageView, Bitmap bitmap) {
                imageView.setImageBitmap(bitmap);
            }
        });
        mThumbnailDownloader.start();
        mThumbnailDownloader.getLooper();
    }

    @Override
    public void onDestroy() {
        mThumbnailDownloader.quit();
    }

    private class GalleryItemAdapter extends ArrayAdapter<GalleryItem> {
        @Override
        public View getView(int position, View convertView, ViewGroup parent) {
            ImageView imageView;
            String url;
            // 对于需要显示在GridView视图中的成百上千张图片，我们不可能一次下载完然后显示；
            // 只能在需要显示时下载，而GridView的adapter知道什么时候显示哪些视图；
            // 所以我们在此处安排后台线程的下载任务。
            mThumbnailDownloader.queueThumbnail(imageView, url);
            return convertView;
        }
    }
}


public class ThumbnailDownloader<Token> extends HandlerThread {
    private static final String TAG = "ThumbnailDownloader";
    private static final int MESSAGE_DOWNLOAD = 0;

    Handler mHandler;
    Map<Token, String> requestMap = Collections.synchronizedMap(new HashMap<Token, String>());

    Handler mResponseHandler;
    OnThumbnailDownloadListener<Token> mOnThumbnailDownloadListener;

    public interface OnThumbnailDownloadListener<Token> {
        void onThumbnailDownloaded(Token token, Bitmap thumbnail);
    }

    public void setOnThumbnailDownloadListener(OnThumbnailDownloadListener<Token> l) {
        mOnThumbnailDownloadListener = l;
    }

    public ThumbnailDownloader(Handler responseHandler) {
        super(TAG);
        // 后台线程能在主线程上完成任务的一种方式是，让主线程将其自身的Handler传给后台线程；
        // mResponseHandler始终和主线程保持关联，由它发送的消息都将在主线程中得到处理。
        mResponseHandler = responseHandler;
        // 我们也可以传递主线程的context，通过下述方式获取主线程的handler:
        // mResponseHandler = new Handler(mContext.getMainLooper());
    }

    public void queueThumbnail(Token token, String url) {
        // requestMap是一个同步HashMap。 使用Token作为key，可存储或获取与特定Token关联的URL.
        requestMap.put(token, url);
        // mHandler是和后台线程关联的，我们开放这个方法给主线程，主线程调用这个方法来安排后台线程的任务。
        // 我们把下载信息封装成message后放入后台线程的收件箱。
        mHandler.obtainMessage(MESSAGE_DOWNLOAD, token).sendToTarget();
    }

    @Override
    protected void onLooperPrepared() {
        // onLooperPrepared()方法发生在Looper.loop()之前，此时消息还没有开始循环，
        // 所以是我们实现mHandler的好地方，在此处下载。
        mHandler = new Handler() {
            @Override
            public void handleMessage(Message msg) {
                if (msg.what == MESSAGE_DOWNLOAD) {
                    Token token = (Token)msg.obj;
                    handleRequest(token);
                }
            }
        };
    }

    private void handleRequest(final Token token) {
        // 下载，并根据获取的数据构建Bitmap对象；
        final String url = requestMap.get(token);
        final Bitmap bitmap;
        // 下载完成后，我们在后台线程使用与主线程关联的handler，安排要在主线程上完成的任务。
        // 除了post，我们也可以sendMessage给主线程，那么主线程的handler需要覆写自己的handleMessage()方法。
        mResponseHandler.post(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                if (mOnThumbnailDownloadListener != null) {
                    mOnThumbnailDownloadListener.onThumbnailDownloaded(token, bitmap);
                }
            }
        });
    }
}

后记和参考

强烈建议阅读《Android权威编程指南》第26, 27这两章代码。本书的官方主页链接可以从这里获取本书的源码但我在学习这两个章节的时候，有些概念和类的描述理解很吃力，比如“消息循环由一个线程和一个looper组成。 Looper对象管理着线程的消息队列”，又比如“一个Handler仅与一个Looper相关联，一个Message 也仅与一个目标Handler”。因为作者着重讲解app的实现思路，对涉及到的类只给出了结论，没有说明为什么。所以初学时很费解，实际编程时也是只知其然不知其所以然。后来读了些博文（下面给出了链接），又阅读了源码，总算厘清了这些类，而这篇文章就是我理解后的一个产物。

下面是3个作者的4篇博文，总结的都很棒，侧重于源码分析。尤其是第2篇，作者最后画了一张图，通过传送带来解释涉及到的类和概念：“在现实生活的生产生活中，存在着各种各样的传送带，传送带上面洒满了各种货物，传送带在发动机滚轮的带动下一直在向前滚动，不断有新的货物放置在传送带的一端，货物在传送带的带动下送到另一端进行收集处理。”

下面就是源码链接了，对于理解android的消息处理机制非常有帮助。