Android中的Handler, Looper, MessageQueue和Thread

前几天，和同事探讨了一下Android中的消息机制，探究了消息的发送和接收过程以及与线程之间的关系。虽然我们经常使用这些基础的东西，但对于其内部原理的了解，能使我们更加容易、合理地架构系统，并避免一些低级错误。

对于这部分的内容，将分成4小节来描述：

1.职责与关系

2.消息循环

3.线程与更新

4.几点小结

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1） 接下来，我们开始这部分的内容，首先了解一下各自的职责及相互之间的关系。

职责

Message：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，终由Handler处理。

Handler：处理者，负责Message的发送及处理。使用Handler时，需要实现handleMessage(Message msg)方法来对特定的Message进行处理，例如更新UI等。

MessageQueue：消息队列，用来存放Handler发送过来的消息，并按照FIFO规则执行。当然，存放Message并非实际意义的保存，而是将Message以链表的方式串联起来的，等待Looper的抽取。

Looper：消息泵，不断地从MessageQueue中抽取Message执行。因此，一个MessageQueue需要一个Looper。

Thread：线程，负责调度整个消息循环，即消息循环的执行场所。

关系



Handler，Looper和MessageQueue就是简单的三角关系。Looper和MessageQueue一一对应，创建一个Looper的同时，会创建一个MessageQueue。而Handler与它们的关系，只是简单的聚集关系，即Handler里会引用当前线程里的特定Looper和MessageQueue。

这样说来，多个Handler都可以共享同一Looper和MessageQueue了。当然，这些Handler也就运行在同一个线程里。

2） 接下来，我们简单地看一下消息的循环过程：

生成

Message msg = mHandler.obtainMessage();
msg.what = what;
msg.sendToTarget();

发送

MessageQueue queue = mQueue;
if (queue != null) {
msg.target = this;
sent
= queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}

在Handler.java的sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis)方法中，我们看到，它找到它所引用的MessageQueue，然后将Message的target设定成自己（目的是为了在处理消息环节，Message能找到正确的Handler），再将这个Message纳入到消息队列中。

抽取

Looper me = myLooper();
MessageQueue queue = me.mQueue;
while (true) {
Message msg = queue.next(); // might block
if (msg != null) {
if (msg.target == null) {
// No target is a magic identifier for the quit message.
return;
}
msg.target.dispatchMessage(msg);
msg.recycle();
}
}

在Looper.java的loop()函数里，我们看到，这里有一个死循环，不断地从MessageQueue中获取下一个（next方法）Message，然后通过Message中携带的target信息，交由正确的Handler处理（dispatchMessage方法）。

处理

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

在Handler.java的dispatchMessage(Message msg)方法里，其中的一个分支就是调用handleMessage方法来处理这条Message，而这也正是我们在职责处描述使用Handler时需要实现handleMessage(Message
msg)的原因。

至于dispatchMessage方法中的另外一个分支，我将会在后面的内容中说明。

至此，我们看到，一个Message经由Handler的发送，MessageQueue的入队，Looper的抽取，又再一次地回到Handler的怀抱。而绕的这一圈，也正好帮助我们将同步操作变成了异步操作。

3）剩下的部分，我们将讨论一下Handler所处的线程及更新UI的方式。

在主线程（UI线程）里，如果创建Handler时不传入Looper对象，那么将直接使用主线程（UI线程）的Looper对象（系统已经帮我们创建了）；在其它线程里，如果创建Handler时不传入Looper对象，那么，这个Handler将不能接收处理消息。在这种情况下，通用的作法是：

class LooperThread extends Thread {
public Handler mHandler;
public void run() {
Looper.prepare();
mHandler = new Handler() {
public void handleMessage(Message msg) {
// process incoming messages here
}
};
Looper.loop();
}
}

在创建Handler之前，为该线程准备好一个Looper（Looper.prepare），然后让这个Looper跑起来（Looper.loop），抽取Message，这样，Handler才能正常工作。

因此，Handler处理消息总是在创建Handler的线程里运行。而我们的消息处理中，不乏更新UI的操作，不正确的线程直接更新UI将引发异常。因此，需要时刻关心Handler在哪个线程里创建的。

如何更新UI才能不出异常呢？SDK告诉我们，有以下4种方式可以从其它线程访问UI线程：

· Activity.runOnUiThread(Runnable)

· View.post(Runnable)

· View.postDelayed(Runnable,
long)

· Handler

其中，重点说一下的是View.post(Runnable)方法。在post(Runnable
action)方法里，View获得当前线程（即UI线程）的Handler，然后将action对象post到Handler里。在Handler里，它将传递过来的action对象包装成一个Message（Message的callback为action），然后将其投入UI线程的消息循环中。在Handler再次处理该Message时，有一条分支（未解释的那条）就是为它所设，直接调用runnable的run方法。而此时，已经路由到UI线程里，因此，我们可以毫无顾虑的来更新UI。

4） 几点小结

· Handler的处理过程运行在创建Handler的线程里

· 一个Looper对应一个MessageQueue

· 一个线程对应一个Looper

· 一个Looper可以对应多个Handler

· 不确定当前线程时，更新UI时尽量调用post方法

Activity，Service属于主线程，在主线程中才能更新UI，如toast等。其他线程中不能直接使用，这时可以使用Handler来处理，Handler可以在Activity和Service中。

　　关于在非UI线程中进行UI操作会出现问题： Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()

这时有两种方式来解决：

（一）在该非UI线程中创建消息队列（因为创建的工作线程默认是没有消息循环和消息队列的），Looper.prepare();.....;Looper.loop();

newThread() {

public void run() {

Looper.prepare(); //创建消息队列

todo();

Looper.loop();//进入消息循环

}}.start();

（二）运用Handler机制：

package com.simon;

import android.app.Activity;

import android.os.Bundle;

import android.os.Message;

import android.util.Log;

import android.os.Handler;

public class MyHandler extends Activity {

static final String TAG = "Handler";

Handler h = new Handler(){

public void handleMessage (Message msg)

{

switch(msg.what)

{

case HANDLER_TEST:

Log.d(TAG, "The handler thread id = " + Thread.currentThread().getId() + "\n");

break;

}

}

};

static final int HANDLER_TEST = 1;

/** Called when the activity is first created. */

@Override

public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {

super.onCreate(savedInstanceState);

Log.d(TAG, "The main thread id = " + Thread.currentThread().getId() + "\n");

new myThread().start();

setContentView(R.layout.main);

}

class myThread extends Thread

{

public void run()

{

Message msg = new Message();

msg.what = HANDLER_TEST;

h.sendMessage(msg);

Log.d(TAG, "The worker thread id = " + Thread.currentThread().getId() + "\n");

}

}

}

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熟悉Windows编程的朋友可能知道Windows程序是消息驱动的，并且有全局的消息循环系统。而Android应用程序也是消息驱动的，按道理来说也应该提供消息循环机制。实际上谷歌参考了Windows的消息循环机制，也在Android系统中实现了消息循环机制。Android通过Looper、Handler来实现消息循环机制，Android消息循环是针对线程的（每个线程都可以有自己的消息队列和消息循环）。本文深入介绍一下Android消息处理系统原理。

Android系统中Looper负责管理线程的消息队列和消息循环，具体实现请参考Looper的源码。 可以通过Loop.myLooper()得到当前线程的Looper对象，通过Loop.getMainLooper()可以获得当前进程的主线程的Looper对象。

前面提到Android系统的消息队列和消息循环都是针对具体线程的，一个线程可以存在（当然也可以不存在）一个消息队列和一个消息循环（Looper），特定线程的消息只能分发给本线程，不能进行跨线程，跨进程通讯。但是创建的工作线程默认是没有消息循环和消息队列的，如果想让该线程具有消息队列和消息循环，需要在线程中首先调用Looper.prepare()来创建消息队列，然后调用Looper.loop()进入消息循环。这样你的线程就具有了消息处理机制了，在Handler中进行消息处理。

Activity是一个UI线程，运行于主线程中，Android系统在启动的时候会为Activity创建一个消息队列和消息循环（Looper）。详细实现请参考ActivityThread.java文件。

Handler的作用是把消息加入特定的（Looper）消息队列中，并分发和处理该消息队列中的消息。构造Handler的时候可以指定一个Looper对象，如果不指定则利用当前线程的Looper创建。详细实现请参考Looper的源码。

一个Activity中可以创建多个工作线程或者其他的组件，如果这些线程或者组件把他们的消息放入Activity的主线程消息队列，那么该消息就会在主线程中处理了。因为主线程一般负责界面的更新操作，并且Android系统中的weget不是线程安全的，所以这种方式可以很好的实现Android界面更新。在Android系统中这种方式有着广泛的运用。

那么另外一个线程怎样把消息放入主线程的消息队列呢？答案是通过Handle对象，只要Handler对象以主线程的Looper创建，那么调用Handler的sendMessage等接口，将会把消息放入队列都将是放入主线程的消息队列。并且将会在Handler主线程中调用该handler的handleMessage接口来处理消息。

这里面涉及到线程同步问题，请先参考如下例子来理解Handler对象的线程模型：

1、首先创建MyHandler工程。

2、在MyHandler.java中加入如下的代码：

package com.simon;import android.app.Activity;  import android.os.Bundle;  import android.os.Message;  import android.util.Log;  import android.os.Handler;public class MyHandler extends Activity {      static final String TAG = "Handler";      Handler h = new Handler(){          	public void handleMessage (Message msg)          	{              		switch(msg.what)              		{              		case HANDLER_TEST:                  			Log.d(TAG, "The handler thread id = " + Thread.currentThread().getId() + "\n");                  			break;              		}          	}      };    static final int HANDLER_TEST = 1;      	/** Called when the activity is first created. */      	@Override      	public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {          		super.onCreate(savedInstanceState);          		Log.d(TAG, "The main thread id = " + Thread.currentThread().getId() + "\n");  			new myThread().start();          			setContentView(R.layout.main);      		}    class myThread extends Thread{       	public void run()          	{              		Message msg = new Message();              		msg.what = HANDLER_TEST;             	 	h.sendMessage(msg);              		Log.d(TAG, "The worker thread id = " + Thread.currentThread().getId() + "\n");          	}      }  }

在这个例子中我们主要是打印，这种处理机制各个模块的所处的线程情况。如下是我的机器运行结果：

09-10 23:40:51.478: DEBUG/Handler(302): The main thread id = 1  09-10 23:40:51.569: DEBUG/Handler(302): The worker thread id = 8  09-10 23:40:52.128: DEBUG/Handler(302): The handler thread id = 1

我们可以看出消息处理是在主线程中处理的，在消息处理函数中可以安全的调用主线程中的任何资源，包括刷新界面。工作线程和主线程运行在不同的线程中，所以必须要注意这两个线程间的竞争关系。

上例中，你可能注意到在工作线程中访问了主线程handler对象，并在调用handler的对象向消息队列加入了一个消息。这个过程中会不会出现消息队列数据不一致问题呢？答案是handler对象不会出问题，因为handler对象管理的Looper对象是线程安全的，不管是加入消息到消息队列和从队列读出消息都是有同步对象保护的，具体请参考Looper.java文件。上例中没有修改handler对象，所以handler对象不可能会出现数据不一致的问题。

通过上面的分析，我们可以得出如下结论：

1、如果通过工作线程刷新界面，推荐使用handler对象来实现。

2、注意工作线程和主线程之间的竞争关系。推荐handler对象在主线程中构造完成（并且启动工作线程之后不要再修改之，否则会出现数据不一致），然后在工作线程中可以放心的调用发送消息SendMessage等接口。

3、除了2所述的hanlder对象之外的任何主线程的成员变量如果在工作线程中调用，仔细考虑线程同步问题。如果有必要需要加入同步对象保护该变量。

4、handler对象的handleMessage接口将会在主线程中调用。在这个函数可以放心的调用主线程中任何变量和函数，进而完成更新UI的任务。

5、Android很多API也利用Handler这种线程特性，作为一种回调函数的变种，来通知调用者。这样Android框架就可以在其线程中将消息发送到调用者的线程消息队列之中，不用担心线程同步的问题。

深入理解Android消息处理机制对于应用程序开发非常重要，也可以让你对线程同步有更加深刻的认识。以上是最近Simon学习Android消息处理机制的一点儿总结，如有错误之处请不吝指教。