前言

說到Android的消息機制，那么主要的就是指的Handler的運行機制。其中包括MessageQueue以及Looper的工作過程。

在開始正文之前，先拋出兩個問題：

為什么更新UI的操作要在主線程中進行？ Android中為什么主線程不會因為Looper.loop()里的死循環卡死？

UI線程的判斷是在ViewRootImpl中的checkThread方法中完成的。

對于第一個問題，這里給一個簡單的回答：

如果可以在子線程中修改UI，多線程的并發訪問可能會導致UI控件的不可預期性，采用加鎖的方式，就會降低UI的訪問效率以及會阻塞其他線程的執行，所以最簡單有效的方法就是采用單線程模型來處理UI操作。

Handler的運行離不來底層的MessageQueue和Looper的支撐。MessageQueue翻譯過來是一個消息隊列，里面存儲了Handler需要的Message，MessageQueue并不是一個隊列，其實上是用單鏈表的數據結構來存儲Message。

那么Handler如何拿到Message呢？這時候就需要Looper了，Looper通過Looper.loop()來開啟一個死循環，不斷從MessageQueue中取消息然后傳遞給Handler。

這里還有另一個知識點就是Looper的獲取，這里就要提高一個存儲類：ThreadLocal

ThreadLocal的工作原理

ThreadLocal是線程內部的一個數據存儲類，可以存儲某個線程中的數據，對于其他線程無法獲取該線程的數據。我們通過原理來看一下，這個觀點是否正確。

public void set(T value) { Thread t = Thread.currentThread(); ThreadLocalMap map = getMap(t); if (map != null) map.set(this, value); else createMap(t, value); } public T get() { Thread t = Thread.currentThread(); ThreadLocalMap map = getMap(t); if (map != null) { ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this); if (e != null) { @SuppressWarnings('unchecked') T result = (T)e.value; return result; } } return setInitialValue(); }

可以看出它的set和get方法就是在當前線程中所做的操作，ThreadLocalMap內部是一個數組table。 這樣就保證了在不同線程中的數據互不干擾。

ThreadLocal除了使用在Handler中獲取Looper，還用于一些復雜的場景，比如：監聽器的傳遞。

我們簡單了解了ThreadLocal，那么我們從New Handler()來一步步梳理下消息機制。

Looper的工作原理

// Handler.java public Handler() { this(null, false); } // callback 消息回調；async 是否同步 public Handler(Callback callback, boolean async) { ... // 1. 首先獲取looper mLooper = Looper.myLooper(); if (mLooper == null) { throw new RuntimeException( 'Can’t create handler inside thread ' + Thread.currentThread() + ' that has not called Looper.prepare()'); } // 2. 獲取MessggeQueue mQueue = mLooper.mQueue; mCallback = callback; mAsynchronous = async; }

我們平常用的是無參數的方法，它傳入的是空的回調以及false。

public static @Nullable Looper myLooper() { return sThreadLocal.get(); }

這里就出現了我們之前說的ThreadLoacal類，那么looper值是什么時候設置進去的呢？

它的設置方法其實是在prepare方法以及prepareMainLooper方法中，我們來分別來看下：

public static void prepare() { prepare(true); } private static void prepare(boolean quitAllowed) { // 在創建looper之前，判斷looper是否與threadloacal綁定過，這也是prepare只能設置一遍的原因。 if (sThreadLocal.get() != null) { throw new RuntimeException('Only one Looper may be created per thread'); } sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed)); } public static void prepareMainLooper() { // 這里其實還是調用的prepare方法 prepare(false); synchronized (Looper.class) { if (sMainLooper != null) { throw new IllegalStateException('The main Looper has already been prepared.'); } sMainLooper = myLooper(); } }

通過上面可以prepare方法只能設置一遍，那么我們在主線程中為什么能直接使用呢？ app程序的入口是在ActivityThread中的main方法中：

public static void main(String[] args) { ... //1. 初始化Looper對象 Looper.prepareMainLooper(); // 2. 開啟無限循環 Looper.loop(); throw new RuntimeException('Main thread loop unexpectedly exited'); }

看到了吧，初始化在這里，那么我們再來看下looper的初始化方法：

private Looper(boolean quitAllowed) { mQueue = new MessageQueue(quitAllowed); mThread = Thread.currentThread(); }

Looper的初始化做了兩件事：創建消息隊列MessageQueue以及獲取當前的線程。 到這里，我們可以得到一個結論：

prepare方法在一個線程中只能調用一次。 Looper的初始化在一個線程中只能調用一次。 最后可以得知：一個線程對應一個Looper，一個Looper對應一個MessageQueue。

Looper可以理解為一個工廠線，不斷從MessageQueue中取Message，工廠線開啟的方式就是Looper.loop()

public static void loop() { final Looper me = myLooper(); // 1. 判斷looper是否存在 if (me == null) { throw new RuntimeException('No Looper; Looper.prepare() wasn’t called on this thread.'); } final MessageQueue queue = me.mQueue; ... //2. 開啟一個死循環 for (;;) { Message msg = queue.next(); // might block if (msg == null) { // No message indicates that the message queue is quitting. return; } ... try { msg.target.dispatchMessage(msg); dispatchEnd = needEndTime ? SystemClock.uptimeMillis() : 0; } finally { if (traceTag != 0) { Trace.traceEnd(traceTag); } } ... } }

looper方法通過開啟一個死循環，不斷從MessageQueue中取Message消息，當message為空時，退出該循環，否則調用msg.target.dispatchMessage(msg)方法，target就是msg綁定的Handler對象。

Handler的工作原理

好了到這里又回到了Handler類中。

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

這個handleMessage就是我們需要實現的方法。 那么Handler是如何設置到Message中的呢？我們來看下我們熟知的sendMessage方法：

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; ... return enqueueMessage(queue, msg, uptimeMillis); } private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) { // 關鍵代碼來了！ msg.target = this; if (mAsynchronous) { msg.setAsynchronous(true); } return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis); }

可以看到，通過一系列的方法，在enqueueMessage中將handler賦值到msg的target中。最后調用的是MessageQueue的enqueueMessage方法中：

boolean enqueueMessage(Message msg, long when) { if (msg.target == null) { throw new IllegalArgumentException('Message must have a target.'); } if (msg.isInUse()) { throw new IllegalStateException(msg + ' This message is already in use.'); } synchronized (this) { if (mQuitting) { 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(); 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 { 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; }

enqueueMessage方法主要做了兩件事：

首先判斷handler是否存在以及是否在使用中。然后根據時間順序插入MessageQueue中。

到這里基本的流程已經梳理完了，回到起初我們的問題：Looper.loop()是一個死循環，為什么不會堵塞主線程呢？

我們來看下MessageQueue的next方法：

Message next() { final long ptr = mPtr; if (ptr == 0) { return null; } int pendingIdleHandlerCount = -1; // -1 only during first iteration int nextPollTimeoutMillis = 0; for (;;) { nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis); ... } }

nativePollOnce方法是一個 native 方法，當調用此 native 方法時，主線程會釋放 CPU 資源進入休眠狀態，直到下條消息到達或者有事務發生，通過往 pipe 管道寫端寫入數據來喚醒主線程工作，這里采用的 epoll 機制。關于 nativePollOnce 的詳細分析可以參考：nativePollOnce函數分析

總結 app程序啟動從ActivityThread中的main方法中開始，通過Looper.prepare()進行Looper以及MessageQueue的創建以及ThreadLocal與線程之間的綁定。 我們在創建Handler時，通過ThreadLocal來獲取該線程中的Looper以及在Looper上綁定的MessageQueue。 通過Handler.sendMessage()方法來將msg與Handler之間進行綁定，然后將msg通過時間順序插入MessageQueue中。 主線程創建后，Looper.loop()來啟動一個（不占用資源）死循環，從Looper已經存在的MessageQueue中不斷取出Message，然后調用不為空的Message綁定的Handler的dispatchMessage(msg)方法，最后會調用我們復寫的handlerMessage方法中。參考資料

Androi開發藝術探索

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