深入剖析Android消息机制原理

在Android中，线程内部或者线程之间进行信息交互时经常会使用消息，这些基础的东西如果我们熟悉其内部的原理，将会使我们容易、更好地架构系统，避免一些低级的错误。在学习Android中消息机制之前，我们先了解与消息有关的几个类：

1.Message

消息对象，顾名思义就是记录消息信息的类。这个类有几个比较重要的字段：

a.arg1和arg2：我们可以使用两个字段用来存放我们需要传递的整型值，在Service中，我们可以用来存放Service的ID。

b.obj：该字段是Object类型，我们可以让该字段传递某个多项到消息的接受者中。

c.what：这个字段可以说是消息的标志，在消息处理中，我们可以根据这个字段的不同的值进行不同的处理，类似于我们在处理Button事件时，通过switch(v.getId())判断是点击了哪个按钮。

在使用Message时，我们可以通过new Message()创建一个Message实例，但是Android更推荐我们通过Message.obtain()或者Handler.obtainMessage()获取Message对象。这并不一定是直接创建一个新的实例，而是先从消息池中看有没有可用的Message实例，存在则直接取出并返回这个实例。反之如果消息池中没有可用的Message实例，则根据给定的参数new一个新Message对象。通过分析源码可得知，Android系统默认情况下在消息池中实例化10个Message对象。

2.MessageQueue

消息队列，用来存放Message对象的数据结构，按照“先进先出”的原则存放消息。存放并非实际意义的保存，而是将Message对象以链表的方式串联起来的。MessageQueue对象不需要我们自己创建，而是有Looper对象对其进行管理，一个线程最多只可以拥有一个MessageQueue。我们可以通过Looper.myQueue()获取当前线程中的MessageQueue。

3.Looper

MessageQueue的管理者，在一个线程中，如果存在Looper对象，则必定存在MessageQueue对象，并且只存在一个Looper对象和一个MessageQueue对象。在Android系统中，除了主线程有默认的Looper对象，其它线程默认是没有Looper对象。如果想让我们新创建的线程拥有Looper对象时，我们首先应调用Looper.prepare()方法，然后再调用Looper.loop()方法。典型的用法如下：

class LooperThread extends Thread
{
 public Handler mHandler;
 public void run()
 {
   Looper.prepare();
   //其它需要处理的操作
   Looper.loop();
 }
}

倘若我们的线程中存在Looper对象，则我们可以通过Looper.myLooper()获取，此外我们还可以通过Looper.getMainLooper()获取当前应用系统中主线程的Looper对象。在这个地方有一点需要注意，假如Looper对象位于应用程序主线程中，则Looper.myLooper()和Looper.getMainLooper()获取的是同一个对象。

4.Handler

消息的处理者。通过Handler对象我们可以封装Message对象，然后通过sendMessage(msg)把Message对象添加到MessageQueue中；当MessageQueue循环到该Message时，就会调用该Message对象对应的handler对象的handleMessage()方法对其进行处理。由于是在handleMessage()方法中处理消息，因此我们应该编写一个类继承自Handler，然后在handleMessage()处理我们需要的操作。

下面我们通过跟踪代码分析在Android中是如何处理消息。首先贴上测试代码：

/**
*
* @author coolszy
*
*/

public class MessageService extends Service

{
 private static final String TAG = "MessageService";
 private static final int KUKA = 0;
 private Looper looper;
 private ServiceHandler handler;
 /**
  * 由于处理消息是在Handler的handleMessage()方法中，因此我们需要自己编写类
  * 继承自Handler类，然后在handleMessage()中编写我们所需要的功能代码
  * @author coolszy
  *
  */
 private final class ServiceHandler extends Handler
 {
   public ServiceHandler(Looper looper)
   {
     super(looper);
   }

@Override
   public void handleMessage(Message msg)
   {
     // 根据what字段判断是哪个消息
     switch (msg.what)
     {
     case KUKA:
       //获取msg的obj字段。我们可在此编写我们所需要的功能代码
       Log.i(TAG, "The obj field of msg:" + msg.obj);
       break;
     // other cases
     default:
       break;
     }
     // 如果我们Service已完成任务，则停止Service
     stopSelf(msg.arg1);
   }
 }  

@Override
 public void onCreate()
 {
   Log.i(TAG, "MessageService-->onCreate()");
   // 默认情况下Service是运行在主线程中，而服务一般又十分耗费时间，如果
   // 放在主线程中，将会影响程序与用户的交互，因此把Service
   // 放在一个单独的线程中执行
   HandlerThread thread = new HandlerThread("MessageDemoThread", Process.THREAD_PRIORITY_BACKGROUND);
   thread.start();
   // 获取当前线程中的looper对象
   looper = thread.getLooper();
   //创建Handler对象，把looper传递过来使得handler、
   //looper和messageQueue三者建立联系
   handler = new ServiceHandler(looper);
 }

@Override
 public int onStartCommand(Intent intent, int flags, int startId)
 {
   Log.i(TAG, "MessageService-->onStartCommand()");

//从消息池中获取一个Message实例
   Message msg = handler.obtainMessage();
   // arg1保存线程的ID，在handleMessage()方法中
   // 我们可以通过stopSelf(startId)方法，停止服务
   msg.arg1 = startId;
   // msg的标志
   msg.what = KUKA;
   // 在这里我创建一个date对象，赋值给obj字段
   // 在实际中我们可以通过obj传递我们需要处理的对象
   Date date = new Date();
   msg.obj = date;
   // 把msg添加到MessageQueue中
   handler.sendMessage(msg);
   return START_STICKY;
 }

@Override
 public void onDestroy()
 {
   Log.i(TAG, "MessageService-->onDestroy()");
 }

@Override
 public IBinder onBind(Intent intent)
 {
   return null;
 }
}

运行结果：
注：在测试代码中我们使用了HandlerThread类，该类是Thread的子类，该类运行时将会创建looper对象，使用该类省去了我们自己编写Thread子类并且创建Looper的麻烦。

下面我们分析下程序的运行过程：

1.onCreate()

首先启动服务时将会调用onCreate()方法，在该方法中我们new了一个HandlerThread对象，提供了线程的名字和优先级。
紧接着我们调用了start()方法，执行该方法将会调用HandlerThread对象的run()方法：

public void run() {
   mTid = Process.myTid();
   Looper.prepare();
   synchronized (this) {
     mLooper = Looper.myLooper();
     notifyAll();
   }
   Process.setThreadPriority(mPriority);
   onLooperPrepared();
   Looper.loop();
   mTid = -1;
 }

 在run()方法中，系统给线程添加的Looper，同时调用了Looper的loop()方法：

public static final void loop() {

Looper me = myLooper();
   MessageQueue queue = me.mQueue;
   while (true) {
     Message msg = queue.next(); // might block
     //if (!me.mRun) {
     //  break;
     //}
     if (msg != null) {
       if (msg.target == null) {
         // No target is a magic identifier for the quit message.
         return;
       }
       if (me.mLogging!= null) me.mLogging.println(
           ">>>>> Dispatching to " + msg.target + " "
           + msg.callback + ": " + msg.what
           );
       msg.target.dispatchMessage(msg);
       if (me.mLogging!= null) me.mLogging.println(
           "<<<<< Finished to  " + msg.target + " "
           + msg.callback);
       msg.recycle();
     }
   }
 }

 通过源码我们可以看到loop()方法是个死循环，将会不停的从MessageQueue对象中获取Message对象，如果MessageQueue 对象中不存在Message对象，则结束本次循环，然后继续循环；如果存在Message对象，则执行 msg.target.dispatchMessage(msg)，但是这个msg的.target字段的值是什么呢？我们先暂时停止跟踪源码，返回到onCreate()方法中。线程执行完start()方法后，我们可以获取线程的Looper对象，然后new一个ServiceHandler对象，我们把Looper对象传到ServiceHandler构造函数中将使handler、looper和messageQueue三者建立联系。

2.onStartCommand()

执行完onStart()方法后，将执行onStartCommand()方法。首先我们从消息池中获取一个Message实例，然后给Message对象的arg1、what、obj三个字段赋值。紧接着调用sendMessage(msg)方法，我们跟踪源代码，该方法将会调用sendMessageDelayed(msg, 0)方法，而sendMessageDelayed()方法又会调用sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis)方法，在该方法中我们要注意该句代码msg.target = this，msg的target指向了this，而this就是ServiceHandler对象，因此msg的target字段指向了ServiceHandler对象，同时该方法又调用MessageQueue 的enqueueMessage(msg, uptimeMillis)方法：

final boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
   if (msg.when != 0) {
     throw new AndroidRuntimeException(msg
         + " This message is already in use.");
   }
   if (msg.target == null && !mQuitAllowed) {
     throw new RuntimeException("Main thread not allowed to quit");
   }
   synchronized (this) {
     if (mQuiting) {
       RuntimeException e = new RuntimeException(
         msg.target + " sending message to a Handler on a dead thread");
       Log.w("MessageQueue", e.getMessage(), e);
       return false;
     } else if (msg.target == null) {
       mQuiting = true;
     }
     msg.when = when;
     //Log.d("MessageQueue", "Enqueing: " + msg);
     Message p = mMessages;
     if (p == null || when == 0 || when < p.when) {
       msg.next = p;
       mMessages = msg;
       this.notify();
     } else {
       Message prev = null;
       while (p != null && p.when <= when) {
         prev = p;
         p = p.next;
       }
       msg.next = prev.next;
       prev.next = msg;
       this.notify();
     }
   }
   return true;
 }

该方法主要的任务就是把Message对象的添加到MessageQueue中（数据结构最基础的东西，自己画图理解下）。
handler.sendMessage()-->handler.sendMessageDelayed()-->handler.sendMessageAtTime()-->msg.target = this;queue.enqueueMessage==>把msg添加到消息队列中

3.handleMessage(msg)

onStartCommand()执行完毕后我们的Service中的方法就执行完毕了，那么handleMessage()是怎么调用的呢？在前面分析的loop()方法中，我们当时不知道msg的target字段代码什么，通过上面分析现在我们知道它代表ServiceHandler对象，msg.target.dispatchMessage(msg);则表示执行ServiceHandler对象中的dispatchMessage()方法：

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

该方法首先判断callback是否为空，我们跟踪的过程中未见给其赋值，因此callback字段为空，所以最终将会执行handleMessage()方法，也就是我们ServiceHandler类中复写的方法。在该方法将根据what字段的值判断执行哪段代码。 

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的怀抱中。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。