Handler消息机制，讲解Handler、Message、MessageQueue、Looper之间的关系

什么是handler?

Handler是进程内部、线程间的一种通信机制。

Handler、Looper、MessageQueen、Message的关系

Message: 消息对象
MessageQueen: 存储消息对象的队列
Looper:负责循环读取MessageQueen中的消息，读到消息之后就把消息交给Handler去处理。
Handler：发送消息和处理消息

源码解析

要想使用handler ,首先要保证当前所在线程存在Looper对象

 Looper.prepare();
 ...
 Looper.loop()

Looper类

Looper构造方法

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

创建Looper对象的时候，同时创建了MessageQueue,并让Looper绑定当前线程。但我们从来不直接调用构造方法获取Looper对象，而是使用Looper的prepare()方法
prepare()使用ThreadLocal 保存当前Looper对象，ThreadLocal 类可以对数据进行线程隔离，保证了在当前线程只能获取当前线程的Looper对象，同时prepare()保证当前线程有且只有一个Looper对象，间接保证了一个线程只有一个MessageQueue对象

Looper的prepare()

private static void prepare(boolean quitAllowed) {
    if (sThreadLocal.get() != null) {
        throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
    }
    sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));
 }

Looper开启循环

public static void loop() {
   final Looper me = myLooper();
   if (me == null) {
       throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
   }
   final MessageQueue queue = me.mQueue;
   Binder.clearCallingIdentity();
   final long ident = Binder.clearCallingIdentity();
   for (;;) {
       Message msg = queue.next(); // might block 也许会堵塞，一会在next方法中解析
       if (msg == null) {
           return;
       }
       try {
           msg.target.dispatchMessage(msg);
       } finally {
           if (traceTag != 0) {
               Trace.traceEnd(traceTag);
           }
       }
       msg.recycleUnchecked();
   }
}

Lopper通过loop()开启无限循环，通过MessageQueue的next()获取message对象。一旦获取就调用msg.target.dispatchMEssage(msg)将msg交给handler对象处理(msg.target是handler对象)，最后回收

Handler类

Hanlder实例化

 public Handler(Callback callback, boolean async) {
    mLooper = Looper.myLooper();
    if (mLooper == null) {
        throw new RuntimeException(
            "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");
    }
    mQueue = mLooper.mQueue;
    mCallback = callback;
    mAsynchronous = async;
}

实例化过程中获取当前线程的MessageQueue对象，以便于将消息加入MessageQueue

发送消息

public boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis) {
    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, uptimeMillis);
} 

将消息加入队列

 private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
    msg.target = this;
    if (mAsynchronous) {
        msg.setAsynchronous(true);
    }
    return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
  }

enqueueMessage中首先为msg.target赋值为this,为发送消息出队列交给handler处理埋下伏笔。

处理消息

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

前面我们提到Looper.loop()获取到消息时会调用handler的dispatchMessage方法进行处理，handler处理消息就是调用我们重写的handleMessage()方法，或者我们可以在创建Handler实例时实现Callback接口，一样可以处理从MessageQueue出来的消息

MessageQueue类

MessageQueue 构造方法

 MessageQueue(boolean quitAllowed) {
        mQuitAllowed = quitAllowed;
        mPtr = nativeInit();
  }

MessageQueue初始化过程同时初始化底层的NativeMessageQueue对象，并且持有NativeMessageQueue的内存地址(long)

MessageQueue的next()

Message next() {
    final long ptr = mPtr;
    if (ptr == 0) {
        return null;
    }
    int pendingIdleHandlerCount = -1; // -1 only during first iteration
    int nextPollTimeoutMillis = 0;
    for (;;) {
        if (nextPollTimeoutMillis != 0) {
            Binder.flushPendingCommands(); //刷一下，就当是Android系统的一种性能优化操作
        }
        nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);//native底层实现堵塞，堵塞状态可被新消息唤醒,头一次进来不会延迟
        synchronized (this) {
            final long now = SystemClock.uptimeMillis();
            Message prevMsg = null;
            Message msg = mMessages;//获取头节点消息
            if (msg != null && msg.target == null) {
                do {
                    prevMsg = msg;
                    msg = msg.next;
                } while (msg != null && !msg.isAsynchronous());
            }
            if (msg != null) {
                if (now < msg.when) {
                    nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE);//获取堵塞时间
                } else {
                    mBlocked = false;
                    if (prevMsg != null) { //头结点指向队列中第二个消息对象
                        prevMsg.next = msg.next;
                    } else {
                        mMessages = msg.next;
                    }
                    msg.next = null;
                    if (DEBUG) Log.v(TAG, "Returning message: " + msg);
                    msg.markInUse();
                    return msg;   //直接出队列返回给looper
                }
            } else {
                nextPollTimeoutMillis = -1;//队列已无消息，一直堵塞
            }
            if (mQuitting) {
                dispose();
                return null;
            }
        pendingIdleHandlerCount = 0;
        nextPollTimeoutMillis = 0;
    }
}

虽然looper也开启了循环，但是到了真正干活的时候它却调用了MessageQueue的next()，要想搞明白怎么个堵塞，先看这三个对应的条件
nextPollTimeoutMillis=0 不堵塞
nextPollTimeoutMillis<0 一直堵塞
nextPollTimeoutMillis>0 堵塞对应时长，可被新消息唤醒
next()中，因为消息队列是按照延迟时间排序的，所以先考虑延迟最小的也就是头消息。当头消息为空，说明队列中没有消息了，nextPollTimeoutMIllis就被赋值为-1,当头消息延迟时间大于当前时间，堵塞消息要到延迟时间和当前时间的差值
当消息延迟时间小于等于0，直接返回msg给handler处理
nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis)方法是native底层实现堵塞逻辑，堵塞状态会到时间唤醒，也可被新消息唤醒，一旦唤醒会重新获取头消息，重新评估是否堵塞或者直接返回消息

消息入栈enqueueMessage()

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 {
            // 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.
            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;
}

消息入栈时，首先会判断新消息如果是第一个消息 或者 新消息没有延迟 或者 新消息延迟时间小于队列第一个消息的，都会立刻对这个消息进行处理。只有当消息延迟大于队列头消息时，才会依次遍历消息队列，将消息按延迟时间插入消息队列响应位置。

Message类

Message 初始化

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();
}

建议使用obtain()获取Message对象，因为Message维护着一个消息池，这个消息池的数据结构是单向链表，优先从池子里拿数据，如果池子里没有再创建对象。如果Message对象已存在，可以使用obtain(msg)方法，最终也会调用obtain()

消息的回收

void recycleUnchecked() {
    flags = FLAG_IN_USE;
    what = 0;
    arg1 = 0;
    arg2 = 0;
    obj = null;
    replyTo = null;
    sendingUid = -1;
    when = 0;
    target = null;
    callback = null;
    data = null;

    synchronized (sPoolSync) {
        if (sPoolSize < MAX_POOL_SIZE) {
            next = sPool;
            sPool = this;
            sPoolSize++;
        }
    }
}

消息的回收不是将Message对象销毁，而是将Message对象的值恢复初始值然后放回池子，等待使用

因为android会频繁的使用Message的对象，使用“池”这种机制可以减少创建对象开辟内存的时间，更加高效的利用内存，因此”池”这种机制被应用于频繁大量使用的类对象的情况，我们常说的“线程池”也是基于同样的原理。

总结： 要想在当前线程使用handler机制，首先确保当前线程存在Looper

Looper.parper()创建一个 当前线程的Looper对象，同时创建一个MessageQueue对象

每个线程只有一个Looper对象和一个MessageQueue对象

Looper.loop()开始循环，没有msg情况下进入堵塞状态(-1)

Message对象最好通过Message.obtain()获得

Handler发送消息进入队列，如果没有延迟唤醒堵塞 Looper获得msg ，调用msg.targe.dispachMessage处理消息

关闭Activity如果栈中有未出栈的message，需清除handler.removeMessage(int)

子线程不再使用handler时，要调用loop.quit(),loop.quitSafely()

虽然表面上看是looper循环队列，并将msg给handler,但实际上是MessageQueue的next()去完成的，MessageQueue同时还承担消息的入队列，并对消息按照延迟时间从小到大进行了排序。鉴于MessageQueue如此大的工作量，在Android 2.3版本后，MessageQueue中next()方法的堵塞机制转移到了native层去处理，也就是我们使用的nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis)方法

本篇博文没有分析屏障逻辑(msg.target==null)，以及底层的堵塞逻辑，也没有分析异步消息逻辑(msg.isAsynchronous()==true)