android 消息机制详解

相信于此，绝大多数同学都会回答消息机制是android 为了线程间通信而引入的工具。可以轻松的将一个任务切换到handler所在线程执行。android开发规范有规定，不允许于子线程更新ui，这样会触发异常；我们平时使用handler主要都是将子线程切换到主线程中去执行；因此从本质上来来说，Handler并不是专门用于更新UI的，它只是常被开发者用来更新UI。

Q?为何不能在主线程外更新ui呢？

A:因为Android的UI线程是非 线程安全 的，应用更新UI，是调用 invalidate() 方法来实现界面的重绘，而 invalidate() 方法是 非线程安全 的，也就是说当我们 在非UI线程来更新UI时，可能会有其他的线程或UI线程也在更新UI，这就会导致界面更新的不同步 。因此我们不能在非UI主线程中做更新UI的操作。也就是说我们在使用Android中的线程时，要保证： 更新ui都在UI主线程执行.

Q:那为何不将需要更新ui的操作放在UI线程执行呢？

A:我们都知道在 java 中，线程存在以下几种基本状态： 创建 , 就绪 ， 运行 ， 阻塞 , 死亡 。我们的应用启动后，所有的交互都是在 UI 线程完成的；如果在 UI 执行延时操作，如常见的 网络请求 ， UI 线程就会进入 阻塞 状态；此时用户就无法响应任何操作了；如果此过程超过5秒，就会让程序处于 ANR（application not response） ，这时用户就可能想要和你的应用说声 gg 了。

Q：Android提供了哪几种线程间通信方式？

A: AsyncTask? , Handler 。为什么 AsynTask 打了个 ? 呢，我们可以简单看下 AsynTask 源码，他内部也是接住handler来进行线程间通信的。

Q:MessageQueue存在Targer对象的消息，那和我们正常流程中，由handler传递的消息有什么出入呢？

A：其实平时我们使用的 Message ，都是通过 Handler 发送的，有一些系统消息，他们会直接通过调用 MessageQueue 发送一个屏障消息，这类消息没有 Target ，然后配合 Handler 发送异步消息来使用；当 MessageQueue 读取到屏障消息后，他们会直接在链表中找到最近的 异步消息 ,直接执行。

feature-要素

• Message（消息单元）定义一个可以发送到 Handler 的消息；它定义了 消息Id ,两个额为的int字段和一个额外的 object字段 (消息处理对象)，它们可以不被初始化；虽然它的构造方法是public，但是还是建议我们通过obtain系列函数进行定义。

• MessageQueue(消息队列)存放所有发送的消息队列，单链表结构，供Looper从中读取数据；延时消息是怎么存取的，这个很有趣；

• Looper(消息读取者)永动机；其中有个死循环函数 Loop() ，不断读取 MessageQueue 中的消息，交给目标处理；问题来了，既然是个死循环，那不是始终会阻塞 Looper 所在线程吗。这又是如何解决的。

• Handler(消息分发以及处理者)通过 sendMessage 系列函数，会将 Message 传入 MessageQueue 中； Looper.loop() 读取到消息传递给 Handler 处理。

desc

1. handler 创建前， Looper.loop() 执行前；需要保证当前线程 Looper 有创建，而这个保证即 Looper.prepare() ;主线程由于在1ActivityThread1创建时，已经做过，所以无需执行；
2. Looper.loop() 中有一个死循环，所以线程资源不会释放；在线程运行结束时调用 MessageQueue 中的 quit 函数，我们才能释放资源；
3. Java 中,所有非静态成员变量会持有当前对象的引用（不然你又是怎么引用外部类的各种成员变量和函数等）；那样我们在 Activity 中通过 new Handler() , 创建的对象会持有当前页面的引用;而我们发送的每个消息不能保证是立即执行，以及迅速执行结束的， handler.sendEmptyMessageDelayed ;消息是会持有 handler 做为他的 target ，那在这个 message 在通过 msg.target.dispatchMessage(msg); 会一直被持有；这样会导致 messageQueue->message->handler->activity|fragment ;在页面被销毁，声明周期执行到 desatory 时， activity 不会得到释放，从而 内存泄漏 ； handler 得到消息处理时，如果当前页面已经被销毁，执行 Ui 更新，又会导致难以预料的问题。
4. 针对 3 所提的我们可以按以下两种处理： 1：页面 destory 销毁时，调用 handler.removeCallbacksAndMessages(null); 2:通过软引用创建静态Handler对象；

流程解析

android handler流程分析晚上有很多资料；我们这儿简单介绍下：

• Looper , MessageQueue 就绪；调用 Looper.prepare() ,其间会向 Looper 静态线程变量 sThreadLocal 插入一个当前线程的 Looper ;在调用 Looper 构造函数时，我们会初始化 MessageQueue ,并将 mThread 设置为当前 Thread.currentThread();

• Looper.prepare() 代码块如下：

  public static void prepare() {
          prepare(true);
      }
  
  private static void prepare(boolean quitAllowed) {
      	//sThreadLocal->ThreadLocal对象，里面封装了一个map逻辑，key是线程hash值;static 类变量
         if (sThreadLocal.get() != null) {//不允许多次prepare
              throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
         }
         sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));//设置当前线程的Looper
   }
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  Looper 构造函数,以及 MessageQueue 构造函数如下：

  private Looper(boolean quitAllowed) {
          mQueue = new MessageQueue(quitAllowed); //初始化消息池
          mThread = Thread.currentThread();
   }
  //是否允许退出
  MessageQueue(boolean quitAllowed) {
          mQuitAllowed = quitAllowed; 
          mPtr = nativeInit(); //线程id
    }
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• 接下来我们看下数据插入

  sendMessage(Message msg)
  sendEmptyMessage(int what)
  sendEmptyMessageDelayed(int what, long delayMillis)
  sendEmptyMessageAtTime(int what, long uptimeMillis)
  sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis)
  sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis)
  sendMessageAtFrontOfQueue(Message msg)

  这以上七个方法，可以通过handler向handler所在线程发送消息；其中 1,2,3,4,5 都是调用方法 6 进行执行的；其中方法 6 中的 uptimeMillis 取的是系统非休眠时间 SystemClock.uptimeMillis() ；

  我们接下来看下 sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis) :

  public boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis) {
      MessageQueue queue = mQueue; //将线程变量Looper中的queue取出使用
      if (queue == null) { //queue判空，其实创建handler时，也是必须要Looper初始化结束；queue创建后的
          RuntimeException e = new RuntimeException(
                  this + " sendMessageAtTime() called with no mQueue");
          Log.w("Looper", e.getMessage(), e);
          return false;
      }
      return enqueueMessage(queue, msg, uptimeMillis);//简单判断，交给enqueueMessage函数执行；
  }
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  而 7.sendMessageAtFrontOfQueue(Message msg) 调用的函数如下：

  public final boolean sendMessageAtFrontOfQueue(Message msg) {
          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, 0);//简单判断，交给enqueueMessage函数执行；设置执行时间0
      }
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  据此，我们发现所有消息的发送都是通过 MessageQueue 的 enqueueMessage(Message msg, long when) 方法；

• 我们来看下 enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis)

  private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
      msg.target = this; //将msg的target设置为当前handler；这儿可以看出msg和handler是 n:1的关系
      if (mAsynchronous) {//handler是否是异步？默认false；将值赋予msg
          msg.setAsynchronous(true);
      }
      return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);//可以看到，此处最终调用了eqeue的enqueueMessage方法
  }
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  那我们看下 enqueueMessage 函数（handler的消息基本都是通过该函数放入线程 MessageQueue 中）：

  boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
      if (msg.target == null) {//handler不能为空
          throw new IllegalArgumentException("Message must have a target.");
      }
      if (msg.isInUse()) {//消息是否在被使用处理
          throw new IllegalStateException(msg + " This message is already in use.");
      }
  
      synchronized (this) {//同步锁
          if (mQuitting) {//mQuitting；子线程消息池我们在线程即将结束时，调用这个mQuitting退出；之后发送的消息都是不会被收入消息池的；所以如果遇到消息没有发送成功，我们可能需要判断是不是looper已经退出了；
              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();//标志该消息被处理了
          msg.when = when;//设置执行的时间
          Message p = mMessages;//链表头消息
          boolean needWake;//是否需要唤醒线程
          if (p == null || when == 0 || when < p.when) {//表头无消息||即时消息||当前消息执行时间小于表头时间
              // New head, wake up the event queue if blocked.
              msg.next = p;
              mMessages = msg;
              //表头消息替换为放入的msg；
              needWake = mBlocked;//巧妙处，如果锁住，就唤醒；
          } 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.
              //入队列中，默认不唤醒，仅当头部msg是屏障消息，当前msg是异步消息
              needWake = mBlocked && p.target == null && msg.isAsynchronous();
              Message prev;
              for (;;) {
                  prev = p;
                  p = p.next;
                  //查找到节点
                  if (p == null || when < p.when) {
                      break;
                  }
                  //需要唤醒&&存在异步？
                  if (needWake && p.isAsynchronous()) {
                      needWake = false;
                  }
              }
              //将msg插入对应节点
              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;
  }
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• 于此我们所有的消息入栈已经看完了；那消息是怎么获取的呢； mBlocked 是不是真的代表线程阻塞呢？根据前面的图形介绍，我们知道， Looper 中有一个 loop 函数，他是一个死循环，负责向 MessageQueue 读取数据，接下来我们来看下这个函数；

  /**
       * Run the message queue in this thread. Be sure to call
       * {@link #quit()} to end the loop. 在线程结束时，要调用looper.quit()退出
       */
      public static void loop() {
          final Looper me = myLooper(); //静态方法，获取当前线程的Looper；两个工作线程进行通信，需要先在补获线程调用prepare()，并在其run()结束时，调用quit()
          if (me == null) {
              throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
          }
          final MessageQueue queue = me.mQueue; //获取mQueue
  
          // Make sure the identity of this thread is that of the local process,
          // and keep track of what that identity token actually is.
          Binder.clearCallingIdentity();  //清空远程调用端的uid和pid，用当前本地进程的uid和pid替代
          final long ident = Binder.clearCallingIdentity();
  
          // Allow overriding a threshold with a system prop. e.g.
          // adb shell 'setprop log.looper.1000.main.slow 1 && stop && start'
          final int thresholdOverride =
                  SystemProperties.getInt("log.looper."
                          + Process.myUid() + "."
                          + Thread.currentThread().getName()
                          + ".slow", 0);
  
          boolean slowDeliveryDetected = false;
  
          for (;;) {
              Message msg = queue.next(); // might block 获取消息可能阻塞线程；我们先分析它，后面的代码下面分析
             ……
          }
      }
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  MessageQueue.next():

  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) { //在调用quit结束loop后，又一次尝试调用prepare后，此时ptr会为0，不支持
              return null;
          }
  
          int pendingIdleHandlerCount = -1; // -1 only during first iteration 默认pendingIdleHandler为0
          int nextPollTimeoutMillis = 0; //需要阻塞时间，-1表示无限阻塞，直到消息入栈调用nativeWake唤醒
          for (;;) {
              if (nextPollTimeoutMillis != 0) {//time不为0存在阻塞
                  Binder.flushPendingCommands();  //native方法，看注释是配合线程长时间阻塞使用，用于释放任何的挂起对象
              }
  
              nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);//线程阻塞，time阻塞时长
  			
              //同步锁
              synchronized (this) {
                  // Try to retrieve the next message.  Return if found.
                  final long now = SystemClock.uptimeMillis();
                  Message prevMsg = null;
                  Message msg = mMessages;
                  //当前消息的目标为屏障消息（消息无target），找寻下一个异步消息执行
                  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) {
                      //when比当前时间大；需要阻塞
                      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);//计算消息的延时时间
                      } else {
                          //返回这个将要执行的消息；将mBlocked阻塞置false；将当前message置为执行消息后一个
                          // Got a message.
                          mBlocked = false;无需阻塞
                          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; //返回消息，退出当前循环
                      }
                  } else {
                      // No more messages.没有消息；无限阻塞，直到新消息入列唤醒它
                      nextPollTimeoutMillis = -1;
                  }
  
                  // Process the quit message now that all pending messages have been handled.
                  if (mQuitting) { //如果执行了退出。调用dispose（）；
                      dispose();
                      return null;//返回null作为next()执行结果，注意，此时Looper.loop()也会执行结束
                  }       
                  //idleHandlers->idleHandler是指一个线程当前没有需要立即执行的消息，（延时执行or无消息）时，会执行的一个callback;根据上面的分析，只有在next()执行，且没有需要返回消息时执行         
                  if (pendingIdleHandlerCount < 0 
                          && (mMessages == null || now < mMessages.when)) {//延时执行or无消息
                      pendingIdleHandlerCount = mIdleHandlers.size(); //只有调用addIdleHandler加入idle时，count才会增加
                  }
                  //默认0;无idle时，mBlocked阻塞置为true，执行循环 for (;;) {}内部内容
                  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();//根据queueIdle返回值，决定是否需要执行后移除该idle
                  } catch (Throwable t) {
                      Log.wtf(TAG, "IdleHandler threw exception", t);
                  }
  
                  if (!keep) {
                      synchronized (this) {
                          mIdleHandlers.remove(idler);
                      }
                  }
              }
  			
              //执行完PendingIdleHandler后，我门将count置为0，不再执行他
              // Reset the idle handler count to 0 so we do not run them again.
              pendingIdleHandlerCount = 0;
  			//执行完idle后，可能有消息准备就绪，我们重新计算阻塞时间
              // 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;
          }
      }
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  总结一下， MessageQueue 不断获取待执行消息，并可能阻塞线程（没有message or 待执行 message 的 when 比当前时间晚）；而 MessageQueue 提供了一个 Idle机制 ,用于在当前线程没有由于没有待执行 Message 或者 延时Message 时执行,而 addIdleHandler 就是用于添加 Idle 的

  我们再回头看下 Looper.loop() :

  for (;;) {
              Message msg = queue.next(); // might block 刚刚分析上文，当前消息是延时消息或者消息队列为空时，会进行阻塞
              if (msg == null) { //没有消息退出循环，loop结束工作 ； next控制 ；即Mq执行quit退出后，不在执行任何消息
                  // No message indicates that the message queue is quitting.
                  return;
              }
  
              // This must be in a local variable, in case a UI event sets the logger //日志输出；支持自定义
              final Printer logging = me.mLogging;
              if (logging != null) {
                  logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " +
                          msg.callback + ": " + msg.what);
              }
  			//Trace用于追踪一个Message执行的；可以结合TraceView等 工具 查看，具体请百度吧；而我们的Ui线程所有的ui绘制，事件流执行，等都属于一个消息，可以通过Trace进行跟踪；
              final long traceTag = me.mTraceTag;
              long slowDispatchThresholdMs = me.mSlowDispatchThresholdMs;
              long slowDeliveryThresholdMs = me.mSlowDeliveryThresholdMs;
              if (thresholdOverride > 0) {
                  slowDispatchThresholdMs = thresholdOverride;
                  slowDeliveryThresholdMs = thresholdOverride;
              }
              final boolean logSlowDelivery = (slowDeliveryThresholdMs > 0) && (msg.when > 0);
              final boolean logSlowDispatch = (slowDispatchThresholdMs > 0);
  
              final boolean needStartTime = logSlowDelivery || logSlowDispatch;
              final boolean needEndTime = logSlowDispatch;
  		
              if (traceTag != 0 && Trace.isTagEnabled(traceTag)) {
                  Trace.traceBegin(traceTag, msg.target.getTraceName(msg));//跟踪起始
              }
  
              final long dispatchStart = needStartTime ? SystemClock.uptimeMillis() : 0;
              final long dispatchEnd;
              try {
                  msg.target.dispatchMessage(msg); //分发消息
                  dispatchEnd = needEndTime ? SystemClock.uptimeMillis() : 0; //记录执行结束时间
              } finally {
                  if (traceTag != 0) {
                      Trace.traceEnd(traceTag);//跟踪结束
                  }
              }
       		//Slow?没研究，但也是打印相关日志信息的。。
              if (logSlowDelivery) {
                  if (slowDeliveryDetected) {
                      if ((dispatchStart - msg.when) <= 10) {
                          Slog.w(TAG, "Drained");
                          slowDeliveryDetected = false;
                      }
                  } else {
                      if (showSlowLog(slowDeliveryThresholdMs, msg.when, dispatchStart, "delivery",
                              msg)) {
                          // Once we write a slow delivery log, suppress until the queue drains.
                          slowDeliveryDetected = true;
                      }
                  }
              }
              if (logSlowDispatch) {
                  showSlowLog(slowDispatchThresholdMs, dispatchStart, dispatchEnd, "dispatch", msg);
              }
  
              if (logging != null) {
                  logging.println("<<<<< Finished to " + msg.target + " " + msg.callback); //打印结束时间
              }
  
              // Make sure that during the course of dispatching the
              // identity of the thread wasn't corrupted.
              final long newIdent = Binder.clearCallingIdentity();
              if (ident != newIdent) {
                  Log.wtf(TAG, "Thread identity changed from 0x"
                          + Long.toHexString(ident) + " to 0x"
                          + Long.toHexString(newIdent) + " while dispatching to "
                          + msg.target.getClass().getName() + " "
                          + msg.callback + " what=" + msg.what);
              }
  	
              msg.recycleUnchecked();//msg结合obtion()实现对象复用
          }
  复制代码

  结合代码来看 Looper.loop() 所做的事情不多，主要都是用于记录分析 Message 信息的：

• 开启一个死循环，将消息读取交给 MessageQUeue 的 next() 函数，该函数可能导致线程阻塞；

• 提供一个 Printer 接口，记录打印每个 Message 的执行开始和结束信息；

• 提供的 Trace 函数用来记录每个消息的处理信息；

• 通过 msg.target.dispatchMessage(msg) 执行消息

• 通过 msg.recycleUnchecked() 回收消息，使得 Message 消息池得到复用； Message 是一个链表结构，提供了 Message.obtion() 方法，用于不断的取链表头对象；在表头空时新建；消息执行完调用的 recycleUnchecked 会将 Message 相关消息情况，插入链表头

  至此我们对 Android 的消息机制发送和读取有了一个完整的了解：下面附上一个简单的流程图（md的流程图绘制，真心累啊。）

对于一个消息创建流程,加入消息队列, MessageQueue 简单通过 Mq 代表了：

接下来是消息读取的流程图：

上面流程图中有涉及到一个新的消息概念 屏障消息（无target的消息） ：

我们向消息队列 MessageQueue 发送一个屏障消息，然后再发送一个异步消息；在我们读取到这个屏障消息的时候，我们会找到链表后的第一个异步消息；这样就能快速执行该异步消息了；

系统有一个 postSyncBarrier() 用来发送屏障消息，但是被隐藏了；我们可以反射调用或者直接向 MessageQueue 表头反射插入一个 Message ，但是不建议这样做；

发送异步消息可以通过：创建 Handler 时，传入异步参数：

public Handler(boolean async);
public Handler(Callback callback, boolean async);
public Handler(Looper looper, Callback callback, boolean async);
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这样就能发送屏障消息和异步消息了；

在系统源码 ViewRootImpl.scheduleTraversals 中，为了更快响应 UI刷新事件时 ：

void scheduleTraversals() {
    if (!mTraversalScheduled) {
        mTraversalScheduled = true;
        //设置同步障碍，确保mTraversalRunnable优先被执行
        mTraversalBarrier = mHandler.getLooper().getQueue().postSyncBarrier();
        //内部通过Handler发送了一个异步消息
        mChoreographer.postCallback(
                Choreographer.CALLBACK_TRAVERSAL, mTraversalRunnable, null);
        if (!mUnbufferedInputDispatch) {
            scheduleConsumeBatchedInput();
        }
        notifyRendererOfFramePending();
        pokeDrawLockIfNeeded();
    }
复制代码

mTraversalRunnable 调用了 performTraversals 执行 measure、layout、draw

为了让 mTraversalRunnable 尽快被执行，在发消息之前调用 MessageQueue.postSyncBarrier 设置了同步屏障