我要做 Android 之消息机制
Android的消息机制指的是Handler的运行机制，本篇将总结Handler机制的相关知识点：
- 消息机制概述
- 消息机制分析
1.消息机制概述
a.作用：跨线程通信。
b.常用场景：当子线程中进行耗时操作后需要更新UI时，通过Handler将有关UI的操作切换到主线程中执行。
系统不建议在子线程访问UI的原因：UI控件非线程安全，在多线程中并发访问可能会导致UI控件处于不可预期的状态。而不对UI控件的访问加上锁机制的原因有：
- 上锁会让UI控件变得复杂和低效
- 上锁后会阻塞某些进程的执行
c.四要素：
- Message（消息）：需要被传递的消息，其中包含了消息ID，消息处理对象以及处理的数据等，由MessageQueue统一列队，最终由Handler处理。
- MessageQueue（消息队列）：用来存放Handler发送过来的消息，内部通过单链表的数据结构来维护消息列表，等待Looper的抽取。
- Handler（处理者）
：负责Message的发送及处理。- Handler.sendMessage()：向消息池发送各种消息事件。
- Handler.handleMessage() ：处理相应的消息事件。
- Looper（消息泵）：通过Looper.loop()不断地从MessageQueue中抽取Message，按分发机制将消息分发给目标处理者。
Thread（线程）：负责调度整个消息循环，即消息循环的执行场所。
存在关系：
- 一个Thread只能有一个Looper，可以有多个Handler；
- Looper有一个MessageQueue，可以处理来自多个Handler的Message；
- MessageQueue有一组待处理的Message，这些Message可来自不同的Handler；
- Message中记录了负责发送和处理消息的Handler；
- Handler中有Looper和MessageQueue；
d.实现方法：
- 在主线程实例化一个全局的Handler对象；
- 在需要执行UI操作的子线程里实例化一个Message并填充必要数据，调用Handler.sendMessage(Message msg)方法发送出去；
- 复写handleMessage()方法，对不同Message执行相关操作；
2.消息机制分析
a.工作流程：
- Handler.sendMessage()发送消息时，会通过MessageQueue.enqueueMessage()向MessageQueue中添加一条消息；
- 通过Looper.loop()开启循环后，不断轮询调用MessageQueue.next()；
- 调用目标Handler.dispatchMessage()去传递消息，目标Handler收到消息后调用Handler.handlerMessage()处理消息。
简单来看，即Handler将Message发送到Looper的成员变量MessageQueue中，之后Looper不断循环遍历MessageQueue从中读取Message，最终回调给Handler处理。如图：
b.工作原理：
- (1)Looper的创建：先从应用程序的入口函数ActivityThread.main()看起，在这里(主线程)系统自动创建了Looper，主要方法：
//主线程中不需要自己创建Looper
public static void main(String[] args) {
......
Looper.prepareMainLooper();//为主线程创建Looper，该方法内部又调用 Looper.prepare()
......
Looper.loop();//开启消息轮询
......
}
注意：
- 子线程的Looper需要手动去创建，标准写法是：
//子线程中需要自己创建一个Looper
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
Looper.prepare();//为子线程创建Looper
Looper.loop(); //开启消息轮询
}
}).start();
无论是主线程还是子线程，Looper只能被创建一次，即一个Thread只有一个Looper。
所创建的Looper会保存在ThreadLocal（线程本地存储区）中，它不是线程，作用是帮助Handler获得当前线程的Looper。更多讲解见ThreadLocal详解
(2)MessageQueue的创建：在Looper的构造函数创建了一个MessageQueue：
private Looper(boolean quitAllowed) {
mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
mThread = Thread.currentThread();
}
(3)Message轮询及处理：有了Looper和MessageQueue之后通过Looper.loop()开启消息轮询：
public static void loop() {
......
for (;;) {//死循环
Message msg = queue.next(); //用于提取下一条信息，该方法里同样有个for(;;)死循环，当没有可处理该Message的Handler时，会一直阻塞
if (msg == null) {
return;
}
......
try {
msg.target.dispatchMessage(msg);//如果从MessageQueue中拿到Message，由和它绑定的Handler(msg.target)将它发送到MessageQueue
end = (slowDispatchThresholdMs == 0) ? 0 : SystemClock.uptimeMillis();
} finally {
if (traceTag != 0) {
Trace.traceEnd(traceTag);
}
}
......
}
现在就剩创建Handler及Message发送了。(4)先看Handler的创建：有两种形式的Handler：
//第一种:send方式的Handler创建
Handler handler = new Handler() {
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
//如UI操作
}
};
//第二种：post方式的Handler创建
Handler handler = new Handler();
- (5) Message的发送：
对于send方式的Handler：创建好一个Message后，调用Handler的以下几种常见的方法来发送消息：
sendEmptyMessage(); //发送空消息
sendEmptyMessageAtTime(); //发送按照指定时间处理的空消息
sendEmptyMessageDelayed(); //发送延迟指定时间处理的空消息
sendMessage(); //发送一条消息
sendMessageAtTime(); //发送按照指定时间处理的消息
sendMessageDelayed(); //发送延迟指定时间处理的消息
sendMessageAtFrontOfQueue(); //将消息发送到消息队头
对于post方式的Handler，可在子线程直接调用Handler的以下几种常见方法，使得切换到主线程：
post(Runnable r)
postAtFrontOfQueue(Runnable r)
postAtTime(Runnable r, Object token, long uptimeMillis)
postAtTime(Runnable r, long uptimeMillis)
postDelayed(Runnable r, long delayMillis)
//例如，postDelayed()方法
handler.postDelayed(new Runnable() {
@Override
public void run() {
//如UI操作
}
},300);
通过以上各种Handler的发送方法，都会依次调用 Handler.sendMessageDelayed->Handler.sendMessageAtTime()->MessageQueue.enqueueMessage() 最终将Message发送到MessageQueue。
Q:Message可以如何创建？哪种效果更好，为什么？
创建Message对象的时候，有三种方式，分别为：
1.Message msg = new Message();
2.Message msg2 = Message.obtain();
3.Message msg1 = handler1.obtainMessage();
这三种方式有什么区别呢？
Message msg = new Message();这种就是直接初始化一个Message对象，没有什么特别的。
2）Message msg2 = Message.obtain();
/**
* Return a new Message instance from the global pool. Allows us to
* avoid allocating new objects in many cases.
*/
public static Message obtain() {
synchronized (sPoolSync) {
if (sPool != null) {
Message m = sPool;
sPool = m.next;
m.next = null;
m.flags = 0; // clear in-use flag
sPoolSize--;
return m;
}
}
return new Message();
}
从注释可以得知，从整个Messge池中返回一个新的Message实例，通过obtainMessage能避免重复Message创建对象。
Message msg1 = handler1.obtainMessage();
public final Message obtainMessage()
{
return Message.obtain(this);
}1234
public static Message obtain(Handler h) {
Message m = obtain();
m.target = h;
return m;
}
public static Message obtain() {
synchronized (sPoolSync) {
if (sPool != null) {
Message m = sPool;
sPool = m.next;
m.next = null;
m.flags = 0; // clear in-use flag
sPoolSize--;
return m;
}
}
return new Message();
}
可以看到，第二种跟第三种其实是一样的，都可以避免重复创建Message对象，所以建议用第二种或者第三种任何一个创建Message对象。
Q：主线程中Looper的轮询死循环为何没有阻塞主线程？
正如我们所知，在android中如果主线程中进行耗时操作会引发ANR（Application Not Responding）异常。
造成ANR的原因一般有两种：
- 当前的事件没有机会得到处理（即主线程正在处理前一个事件，没有及时的完成或者looper被某种原因阻塞住了）
- 当前的事件正在处理，但没有及时完成
为了避免ANR异常，android使用了Handler消息处理机制。让耗时操作在子线程运行。
因此产生了一个问题，主线程中的Looper.loop()一直无限循环检测消息队列中是否有新消息为什么不会造成ANR？
while (true) {
//取出消息队列的消息，可能会阻塞
Message msg = queue.next(); // might block
...
//解析消息，分发消息
msg.target.dispatchMessage(msg);
...
}
显而易见的，如果main方法中没有looper进行循环，那么主线程一运行完毕就会退出。
总结：ActivityThread的main方法主要就是做消息循环，一旦退出消息循环，那么你的应用也就退出了。
因为Android 的是由事件驱动的，looper.loop() 不断地接收事件、处理事件，每一个点击触摸或者说Activity的生命周期都是运行在 Looper.loop() 的控制之下，如果它停止了，应用也就停止了。只能是某一个消息或者说对消息的处理阻塞了 Looper.loop()，而不是 Looper.loop() 阻塞它。
也就说我们的代码其实就是在这个循环里面去执行的，当然不会阻塞了。
如果某个消息处理时间过长，比如你在onCreate(),onResume()里面处理耗时操作，那么下一次的消息比如用户的点击事件不能处理了，整个循环就会产生卡顿，时间一长就成了ANR。
而且主线程Looper从消息队列读取消息，当读完所有消息时，主线程阻塞。子线程往消息队列发送消息，并且往管道文件写数据，主线程即被唤醒，从管道文件读取数据，主线程被唤醒只是为了读取消息，当消息读取完毕，再次睡眠。因此loop的循环并不会对CPU性能有过多的消耗。
总结：Looer.loop()方法可能会引起主线程的阻塞，但只要它的消息循环没有被阻塞，能一直处理事件就不会产生ANR异常。
