原文：https://blog.csdn.net/ouyangfan54/article/details/55006558
android消息机制原理详解
Android消息机制概述
说到Android的消息机制，Android初级工程师（不包括那些初学者）肯定会想到Handler。是的，Android的消息机制主要是指Handler的运行机制以及Handler所附带的MessageQueue和Looper的工作过程。当我们工作的时候我们只要接触到Handler就可以了。
为什么要有Android消息机制？
我们知道Handler的主要作用是将一个任务切换到某个指定的线程去执行，比如Android规定访问UI只能在主线程中进行，如果在子线程中访问那么程序会抛异常，如下所示：
void checkThread(){
if(mThread != Thread.currentThread()){
throw new CalledFromWrongThreadException(
"Only the original thread that created a view hierarchy can touch its views.");
}
}这个时候就需要通过Handler来把这个任务从子线程切换到主线程中来执行，这样程序就不会抛异常。再延伸一下，为什么系统不允许在子线程中访问UI呢？这是因为Android的UI控件不是线程安全的，如果在多线程中访问UI控件则会导致不可预期的状态。那为什么不对UI控件访问加锁呢？缺点有两个：首先加锁会让UI控件的访问的逻辑变的复杂；其次，锁机制会降低UI的访问效率。那我们不用线程来操作不就行了吗？但这是不可能的，因为Android的主线程不能执行耗时操作，否则会出现ANR（不知道ANR的自己去百度吧）。所以，从各方面来说，Android消息机制是为了解决在子线程中无法访问UI的矛盾。
系统为什么不允许子线程访问UI线程？这是因为UI线程里面的控件都是非线程安全的，如果在多线程并发访问可能会导致UI控件处于不可预期的状态。那么为什么不给控件访问加上锁呢？首先，加锁之后会导致访问逻辑变得复杂，其次锁机制会降低UI访问的效率，因为锁机制会阻塞某些线程的执行。
android消息机制分析
我们知道，Android的消息机制主要包括Handler、MessageQueue和Looper，为了更好的理解Looper的工作原理，这里先介绍一下ThreadLocal。
ThreadLocal工作原理
ThreadLocal是一个线程内部的数据存储类，通过它可以在指定的线程中存储数据，而且只有在指定的线程里才能获取到存储的数据，对于其他线程来说是获取不到的。
消息机制为什么要用到这个呢？因为对于Handler来说，要获取到当前线程的Looper，而Looper的作用域是当前线程，并且不同线程有不同的Looper，这个时候就可以很方便的通过ThreadLocal对Looper进行存取。
从上面的分析我们可以指定ThreadLocal在使用时只用到了存和取功能，也就set和get方法。我们来看看它的set方法的实现过程是怎样的
public void set(T value){
Thread currentThread = Thread.currentThread();
Values values = values(currentThread);
if(values == null){
values = initializeValues(currentThread);
}
values.put(this, value);
}从上面的源代码中我们可以知道，首先是获取到当前使用这个ThreadLocal对象的线程，然后根据当前线程来找到对应的Values对象，如果没有Values对象则通过初始化来创建一个这样的Values对象，然后则把要保存的数据存储进去。
在Thread类的内部有一个protected属性的ThreadLocal.Values的成员用于存储线程的ThreadLocal的数据，所以values（currentThread）方法就是直接返回currentThread的这个属性。当这个属性为空的时候则通过new一个Values对象来赋值给currentThread。而Values的put方法就是用来保存数据的。Values类是ThreadLocal类的一个静态内部类，而在Values的内部有一个Object的数组：private Object[] table,ThreadLocal存储的值就保存在这个数组里。
/**
* Sets entry for given ThreadLocal to given value, creating an
* entry if necessary.
*/
void put(ThreadLocal<?> key, Object value) {
cleanUp();
// Keep track of first tombstone. That's where we want to go back
// and add an entry if necessary.
int firstTombstone = -1;
for (int index = key.hash & mask;; index = next(index)) {
Object k = table[index];
if (k == key.reference) {
// Replace existing entry.
table[index + 1] = value;
return;
}
if (k == null) {
if (firstTombstone == -1) {
// Fill in null slot.
table[index] = key.reference;
table[index + 1] = value;
size++;
return;
}
// Go back and replace first tombstone.
table[firstTombstone] = key.reference;
table[firstTombstone + 1] = value;
tombstones--;
size++;
return;
}
// Remember first tombstone.
if (firstTombstone == -1 && k == TOMBSTONE) {
firstTombstone = index;
}
}
}从上面的源码可以看出ThreadLocal的值在table数组中的存储位置总是为ThreadLocal的reference字段所标识的对象的下一个位置。这也就是它的存储规则。
看了set方法现在再来看一下get方法：
public T get() {
// Optimized for the fast path.
Thread currentThread = Thread.currentThread();
Values values = values(currentThread);
if (values != null) {
Object[] table = values.table;
int index = hash & values.mask;
if (this.reference == table[index]) {
return (T) table[index + 1];
}
} else {
values = initializeValues(currentThread);
}
return (T) values.getAfterMiss(this);
}从上面的源码可以看出来，也是通过currentThread来获取到Values对象，然后判断reference属性是否等于Object数组index位置的对象，等于的时候则获取index下一个位置的对象，这个对象就是之前保存的数据。如果没有Values则使用默认的值，默认情况下为null。
ThreadLocal总结：从ThreadLocal的set和get方法可以看出，它们所操作的都是当前对象的Values对象中的Object数组table，因此不同的线程访问同一个ThreadLocal的set和get方法，它们对ThreadLocal所做的读写仅限于各自线程内部。
MessageQueue工作原理
MessageQueue是消息队列，主要包含两个操作：插入和读取，而读取也包含了删除操作，即每读取一个消息就会从MessageQueue中删除掉这个已读的消息。插入和读取所对应的方法分别是enqueueMessage和next，先来看看enqueueMessage的源码：
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;
}首先先判断Message是否绑定了一个Handler对象，即msg.target对象，然后再判断当前消息是否正在使用，当都满足条件的时候则锁定MessageQueue对象，然后判断这个消息是否正在退出，如果正在退出则回收当前消息并且返回false；当以上条件都通过后，则设置当前消息为正在使用，以及配置一些信息。Message p = mMessages;当第一次执行到这里时，mMessages是为空的，所以后面是执行if里面的代码，即把当前消息赋值到mMessages中，然后把当前消息的next（也是一个Message）置为空（）；注：when == 0 || when < p.when说明上一个消息已经执行完毕或者是当前消息比上一个消息先执行，所以相当于是第一次执行到这里。当消息队列里还有消息的时候就执行else里面的代码，首先循环找到最后一个message，通过判断message.next返回的值是否为空来判断是否是最后一个，因为当是最后一个消息时，此值必定为null，那个时候就跳出循环。因为p已经是null了，所以给当前要处理的message的next置为null，确定这是最后一个消息；同时，因为prev经过赋值已经是mMessages，即之前插入到消息队列的消息，只是还未处理而已；然后把当前传入的messge放到mMessages消息的后面。而且，在else代码里都未对mMessages进行重新赋值，这是因为mMessages还没有读取，当执行next方法的时候才会重新对mMessages赋值。
从这个实现上来看，MessageQueue虽然叫消息队列，但是里面的实现是通过单链表的数据结构来维护消息列表的（当前对象保留下一个对象的地址引用）。插入消息的实现过程只是对单链表的插入操作。下面来看一下next方法：
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) {
return null;
}
int pendingIdleHandlerCount = -1; // -1 only during first iteration
int nextPollTimeoutMillis = 0;
for (;;) {
if (nextPollTimeoutMillis != 0) {
Binder.flushPendingCommands();
}
nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);
synchronized (this) {
// Try to retrieve the next message. Return if found.
final long now = SystemClock.uptimeMillis();
Message prevMsg = null;
Message msg = mMessages;
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) {
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);
} else {
// Got a message.
mBlocked = false;
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;
}
} else {
// No more messages.
nextPollTimeoutMillis = -1;
}
// Process the quit message now that all pending messages have been handled.
if (mQuitting) {
dispose();
return null;
}
// If first time idle, then get the number of idlers to run.
// Idle handles only run if the queue is empty or if the first message
// in the queue (possibly a barrier) is due to be handled in the future.
if (pendingIdleHandlerCount < 0
&& (mMessages == null || now < mMessages.when)) {
pendingIdleHandlerCount = mIdleHandlers.size();
}
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();
} catch (Throwable t) {
Log.wtf(TAG, "IdleHandler threw exception", t);
}
if (!keep) {
synchronized (this) {
mIdleHandlers.remove(idler);
}
}
}
// Reset the idle handler count to 0 so we do not run them again.
pendingIdleHandlerCount = 0;
// 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;
}
}从最外面的for循环我们可以看出来这是一个无限循环的过程，当消息队列里有消息时，则会取出这个message，即mMessages。当满足条件时，则取出这个mMessages（通过Message msg = mMessages赋值后返回msg），然后把mMessages赋值为msg.next，即把下一个消息赋值成mMessages。通过这个过程就把当前消息处理完了，并且把处理过的消息删除掉了。
这个就是MessageQueue大概的工作原理。
Looper的工作原理
Looper在消息机制里扮演着消息循环的角色，它不停的从消息队列里查看是否有新消息，如果有，则立即处理新消息，没有则一直阻塞在那里。当需要为一个线程创建一个Looper的时候，需要调用Looper的两个静态方法就可以给这个线程创建一个Looper对象了，这两个方法是Looper.prepare();和Looper.loop();
new Thread(){
@override
public void run(){
Looper.prepare();
Handler handler = new Handler();
Looper.loop();
}
}.start();现在来看一下这两个方法里都做了些什么，先看prepare的，这个很简单，代码如下：
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));
}prepare方法里调用的是这个方法，所以看这个方法就行了，从这个源码就可以看出，就是把一个Looper对象保存到ThreadLocal里面，然后没有其他的了。
接下来看loop方法的源代码：
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;
// 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();
final long ident = Binder.clearCallingIdentity();
for (;;) {
Message msg = queue.next(); // might block
if (msg == null) {
// 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
Printer logging = me.mLogging;
if (logging != null) {
logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " +
msg.callback + ": " + msg.what);
}
msg.target.dispatchMessage(msg);
if (logging != null) {
logging.println("<<<<< Finished to " + msg.target + " " + msg.callback);
}
// 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();
}
}首先是获取到当前线程的Looper对象和绑定到Looper对象的这个消息队列，接着就是一个死循环了。当消息队列没有消息时，则跳出循环，loop结束；当有消息时，则把这个消息通过Handler（msg.target是一个Handler对象）的dispatchMessage方法来处理这个消息，这也就到了Handler里面去执行了，这样就成功地将代码逻辑切换到指定的线程中去了。
如果当这个loop执行到一半的时候要退出怎么办呢？Looper有一个quit方法，此方法被调用时，Looper会调用MessageQueue的quit或者quitSafely方法来通知消息队列退出，并标识为退出状态，当消息队列被标记为退出状态时，next方法就会返回null，这样loop里面的死循环就跳出去了。
上述通过prepare方法和loop方法只是对普通线程来说的，对于主线程来说，由于主线程情况比较复杂，所以提供了prepareMainLooper来给ActivityThread创建Looper对象，但是其本质也是通过prepare来实现的，这个可以自己去看源码。同时，也可以通过getMainLooper方法在其他任何地方获取到主线程的Looper对象。
注：
1.当Looper退出后，通过Handler发送的消息会失败，这个时候Handler的send方法会返回false；
2. 在子线程中，如果手动为其创建了Looper，那么在所有消息处理完成之后应该调用quit方法来终止消息循环，否则这个子线程就会一直处于等待状态，而如果退出Looper以后，这个线程就会立刻终止，因此建议不需要的时候终止Looper。
Handler的工作原理
Handler主要包括消息的发送和接收，也就是相当于Handler给自己发送了一条消息，只是消息经过了消息队列以及Looper，最后才到Handler的handleMessage方法里。Handler的消息的发送主要由post一系列方法以及send的一系列方法来实现，post的一系列方法最终都是通过send的一系列方法来实现的。而send一系列方法最后都是通过sendMessageAtTime方法来实现的。sendMessageAtTime代码如下：
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);
}
private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
msg.target = this;
if (mAsynchronous) {
msg.setAsynchronous(true);
}
return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}从上面代码可以看出，发送消息其实就是往消息队列里面插入一个消息。当Handler把消息插入到消息队列里后，MessageQueue就通过next方法把这个消息返回给Looper，而Looper则通过loop方法调用Handler的dispatchMessage方法（msg.target.dispatchMessage(msg);）。来看看dispatchMessage方法的实现过程：
public void dispatchMessage(Message msg) {
if (msg.callback != null) {
handleCallback(msg);
} else {
if (mCallback != null) {
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
}
}
handleMessage(msg);
}
}
private static void handleCallback(Message message) {
message.callback.run();
}
首先就是判断Message对象是否有callback对象，如果有，则调用callback的run方法，就是下面的这个方法，callback其实是一个实现了Runnable的对象，实际上是通过Handler的post方法所传递的。如果Message对象没有callback对象，则跑到else代码块里，mCallback的handlerMessage方法和后面的那个handlerMessage方法其实是一样的，第一个是通过实现mCallback接口来得到的一个方法，而第二个是Handler的方法，两个方法都是空实现，当处理消息时都要重写这个两个方法中的一个，只是创建Handler时的构造方法不一样而已。
主线程消息循环
ActivityThread是Android的主线程，主线程的入口方法为ActivityThread.java类中的main方法，main代码如下：
public static final void main(String[] args) {
SamplingProfilerIntegration.start();
Process.setArgV0("<pre-initialized>");
Looper.prepareMainLooper();
if (sMainThreadHandler == null) {
sMainThreadHandler = new Handler();
}
ActivityThread thread = new ActivityThread();
thread.attach(false);
if (false) {
Looper.myLooper().setMessageLogging(new
LogPrinter(Log.DEBUG, "ActivityThread"));
}
Looper.loop();
if (Process.supportsProcesses()) {
throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
}
thread.detach();
String name = (thread.mInitialApplication != null)
? thread.mInitialApplication.getPackageName()
: "<unknown>";
Slog.i(TAG, "Main thread of " + name + " is now exiting");
}从源码中可以看到，通过Looper.prepareMainLooper来给主线程创建了一个Looper对象以及MessageQueue对象，然后通过Looper.loop();来开启消息循环。其中，主线程的Handler是mH这个变量，mH是ActivityThread.H的一个实例，它内部定义了一组消息，主要包含了四大组建的启动和停止。
private final class H extends Handler {
public static final int LAUNCH_ACTIVITY = 100;
public static final int PAUSE_ACTIVITY = 101;
public static final int PAUSE_ACTIVITY_FINISHING= 102;
public static final int STOP_ACTIVITY_SHOW = 103;
public static final int STOP_ACTIVITY_HIDE = 104;
public static final int SHOW_WINDOW = 105;
public static final int HIDE_WINDOW = 106;
public static final int RESUME_ACTIVITY = 107;
public static final int SEND_RESULT = 108;
public static final int DESTROY_ACTIVITY = 109;
public static final int BIND_APPLICATION = 110;
public static final int EXIT_APPLICATION = 111;
public static final int NEW_INTENT = 112;
public static final int RECEIVER = 113;
public static final int CREATE_SERVICE = 114;
public static final int SERVICE_ARGS = 115;
public static final int STOP_SERVICE = 116;
public static final int REQUEST_THUMBNAIL = 117;
public static final int CONFIGURATION_CHANGED = 118;
public static final int CLEAN_UP_CONTEXT = 119;
public static final int GC_WHEN_IDLE = 120;
public static final int BIND_SERVICE = 121;
public static final int UNBIND_SERVICE = 122;
public static final int DUMP_SERVICE = 123;
public static final int LOW_MEMORY = 124;
public static final int ACTIVITY_CONFIGURATION_CHANGED = 125;
public static final int RELAUNCH_ACTIVITY = 126;
public static final int PROFILER_CONTROL = 127;
public static final int CREATE_BACKUP_AGENT = 128;
public static final int DESTROY_BACKUP_AGENT = 129;
public static final int SUICIDE = 130;
public static final int REMOVE_PROVIDER = 131;
public static final int ENABLE_JIT = 132;
public static final int DISPATCH_PACKAGE_BROADCAST = 133;
public static final int SCHEDULE_CRASH = 134;
String codeToString(int code) {
if (DEBUG_MESSAGES) {
switch (code) {
case LAUNCH_ACTIVITY: return "LAUNCH_ACTIVITY";
case PAUSE_ACTIVITY: return "PAUSE_ACTIVITY";
case PAUSE_ACTIVITY_FINISHING: return "PAUSE_ACTIVITY_FINISHING";
case STOP_ACTIVITY_SHOW: return "STOP_ACTIVITY_SHOW";
case STOP_ACTIVITY_HIDE: return "STOP_ACTIVITY_HIDE";
case SHOW_WINDOW: return "SHOW_WINDOW";
case HIDE_WINDOW: return "HIDE_WINDOW";
case RESUME_ACTIVITY: return "RESUME_ACTIVITY";
case SEND_RESULT: return "SEND_RESULT";
case DESTROY_ACTIVITY: return "DESTROY_ACTIVITY";
case BIND_APPLICATION: return "BIND_APPLICATION";
case EXIT_APPLICATION: return "EXIT_APPLICATION";
case NEW_INTENT: return "NEW_INTENT";
case RECEIVER: return "RECEIVER";
case CREATE_SERVICE: return "CREATE_SERVICE";
case SERVICE_ARGS: return "SERVICE_ARGS";
case STOP_SERVICE: return "STOP_SERVICE";
case REQUEST_THUMBNAIL: return "REQUEST_THUMBNAIL";
case CONFIGURATION_CHANGED: return "CONFIGURATION_CHANGED";
case CLEAN_UP_CONTEXT: return "CLEAN_UP_CONTEXT";
case GC_WHEN_IDLE: return "GC_WHEN_IDLE";
case BIND_SERVICE: return "BIND_SERVICE";
case UNBIND_SERVICE: return "UNBIND_SERVICE";
case DUMP_SERVICE: return "DUMP_SERVICE";
case LOW_MEMORY: return "LOW_MEMORY";
case ACTIVITY_CONFIGURATION_CHANGED: return "ACTIVITY_CONFIGURATION_CHANGED";
case RELAUNCH_ACTIVITY: return "RELAUNCH_ACTIVITY";
case PROFILER_CONTROL: return "PROFILER_CONTROL";
case CREATE_BACKUP_AGENT: return "CREATE_BACKUP_AGENT";
case DESTROY_BACKUP_AGENT: return "DESTROY_BACKUP_AGENT";
case SUICIDE: return "SUICIDE";
case REMOVE_PROVIDER: return "REMOVE_PROVIDER";
case ENABLE_JIT: return "ENABLE_JIT";
case DISPATCH_PACKAGE_BROADCAST: return "DISPATCH_PACKAGE_BROADCAST";
case SCHEDULE_CRASH: return "SCHEDULE_CRASH";
}
}
return "(unknown)";
}ActivityThread通过ApplicationThread和AMS（ActivityManagerService）进行进程间通信，AMS以进程间通信的方式完成ActivityThread的请求后会回调ApplicationThread中的Binder方法，然后ApplicationThread会向H发送消息，H收到消息后会将ApplicationThread中的逻辑切换到ActivityThread中去执行，即切换到主线程去执行。
总结
Android的消息机制的总体流程就是：Handler向MessageQueue发送一条消息（即插入一条消息），MessageQueue通过next方法把消息传给Looper，Looper收到消息后开始处理，然后最终交给Handler自己去处理。换句话说就是：Handler给自己发送了一条消息，然后自己的handleMessage方法处理消息，只是中间过程经过了MessageQueue和Looper。调用的方法过程如下：Handler.sendMessage方法–>Handler.enqueueMessage–>MessageQueue.next–>Looper.loop–>handler.dispatchMessage–>Handler.handleMessage(或者Runnable的run方法或者Callback.handleMessage)。