android基础知识02——线程安全3：Message，MessageQueue，Handler，Looper

android的UI操作不是线程安全的，同时也只有主线程才能够操作UI，同时主线程对于UI操作有一定的时间限制（最长5秒）。为了能够做一些比较耗时的操作（比如下载、打开大文件等），android提供了一些列机制。《android基础知识02——线程安全》系列文章就是参考了网上许多网友的文章后，整理出来的一个系列，介绍了主要的方法。分别如下：

android基础知识02——线程安全1：定义及例子

android基础知识02——线程安全2：handler、message、runnable

android基础知识02——线程安全3：Message，MessageQueue，Handler，Looper

android基础知识02——线程安全4：HandlerThread

android基础知识02——线程安全5： AsyncTask

在上文例子中，用到了消息队列，这里就不得不提与之相关的Message，MessageQueue，Handler，Looper。

线程，MessageQueue，Handler，Looper之 间的关系可以通过一个图来展示：

1、Handler

--用来处理消息和线程

--每个Handler可以执行一个线程对象(Runnable实现)也可以发送和处理消息
>>post(Runnable)
>>postAtTime(Runnable,long)
>>postDelayed(Runnable,long)
>>sendEmptyMessage(int)
>>sendMessageAtTime(Message,long)
>>sendMessageDelayed(Message,long)
>>handleMessage(Message)
通过Handler你可以发布或者处理一个消息或者是一个Runnable的实例。每个Handler都会与唯一的一个线程以及该线程的消息队列管理。当你创建一个新的Handler时候，默认情况下，它将关联到创建它的这个线程和该线程的消息队列。也就是说，如果你通过Handler发布消息的话，消息将只会发送到与它关联的这个消息队列，当然也只能处理该消息队列中的消息。
主要的方法有：
1) public final boolean sendMessage(Message msg)
把消息放入该Handler所 关联的消息队列，放置在所有当前时间前未被处理的消息后。
2) public void handleMessage(Message msg)
关联该消息队列的线 程将通过调用Handler的handleMessage方 法来接收和处理消息，通常需要子类化Handler来 实现handleMessage。
removeMessages(0)来清除消息队列 。

这个是我从网络上找到的介绍，如果你看到handler的源代码，则其介绍这样的：

* A Handler allows you to send and process {@link Message} and Runnable
* objects associated with a thread's {@link MessageQueue}. Each Handler
* instance is associated with a single thread and that thread's message
* queue. When you create a new Handler, it is bound to the thread /
* message queue of the thread that is creating it -- from that point on,
* it will deliver messages and runnables to that message queue and execute
* them as they come out of the message queue.
*
* <p>There are two main uses for a Handler: (1) to schedule messages and
* runnables to be executed as some point in the future; and (2) to enqueue
* an action to be performed on a different thread than your own.

public class Handler {
    private static final boolean FIND_POTENTIAL_LEAKS = false;
    private static final String TAG = "Handler";

    public interface Callback {
        public boolean handleMessage(Message msg);
    }
    final MessageQueue mQueue;
    final Looper mLooper;
    final Callback mCallback;
    IMessenger mMessenger;
    /**
     * Subclasses must implement this to receive messages.
     */
    public void handleMessage(Message msg) {
    }
    public Handler() {
        if (FIND_POTENTIAL_LEAKS) {
            final Class<? extends Handler> klass = getClass();
            if ((klass.isAnonymousClass() || klass.isMemberClass() || klass.isLocalClass()) &&
                    (klass.getModifiers() & Modifier.STATIC) == 0) {
                Log.w(TAG, "The following Handler class should be static or leaks might occur: " +
                    klass.getCanonicalName());
            }
    }

        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 = null;
    }

    /**
     * Handle system messages here.
     */
    public void dispatchMessage(Message msg) {
        if (msg.callback != null) {
            handleCallback(msg);
        } else {
            if (mCallback != null) {
                if (mCallback.handleMessage(msg)) {
                    return;
                }
            }
            handleMessage(msg);
        }
    }
    public Handler() {
        if (FIND_POTENTIAL_LEAKS) {
            final Class<? extends Handler> klass = getClass();
            if ((klass.isAnonymousClass() || klass.isMemberClass() || klass.isLocalClass()) &&
                    (klass.getModifiers() & Modifier.STATIC) == 0) {
                Log.w(TAG, "The following Handler class should be static or leaks might occur: " +
                    klass.getCanonicalName());
            }
        }

        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 = null;
}
public boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis)
    {
        boolean sent = false;
        MessageQueue queue = mQueue;
        if (queue != null) {
            msg.target = this;
            sent = queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
        }
        else {
            RuntimeException e = new RuntimeException(
                this + " sendMessageAtTime() called with no mQueue");
            Log.w("Looper", e.getMessage(), e);
        }
        return sent;
    }

从源码分析可以看出:
1）handler在无参数的构造方法中调用Looper.myLooper()方法,里面就是从当前线程里面获取一个Looper对象,如果没有则创建.这样对Looper就进行初始化,初始化Looper的同时一并初始化MessageQueue,并且从中得到looper的MessageQueue .可以看出Handler就是Looper和MessageQueue的管理者和调度者.

2）其中最重要的是:sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis)这个方法,当你往Handler中发送Message消息的时候,从代码看出他自己并不去处理Message ,而是交给了MessageQueue.由以下从这段代码来处理:

3）runnable对象在处理时，是创建一个新的Message并将其mCallback设置为该runnable对象，并将该Message插入到MessageQueue。

4）handler的功能包括两部分：处理消息（执行Message的内容）、转发消息，其中主要由handleMessage和dispatchMessage这两个函数处理；

5）handler中不管是send message还是post runnable都是将其加入到MessageQueue 。

queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis), 其具体实现要看下面的对。

2、Message

frameworks\base\core\java\android\Os\Message.java

--定义一个信息对象，该信息对象可以发送给Handler对象来处理。
--可以通过Message.obtain()或者Handler.obtainMessage()方法来实例化
Message是线程之间传递信息的载体，包含了对消息的描述和任意的数据对象。Message中包含了两个额外的 int字段和一个object字段，这样在大部分情况下，使用者就不需要再做内存分配工作了。虽然Message的构造函数是public的，但是最好是使用Message.obtain( )或Handler.obtainMessage( )函数来获取Message对象，因为Message的实现中包含了回收再利用的机制，可以提供效率。

* Defines a message containing a description and arbitrary data object that can be
* sent to a {@link Handler}. This object contains two extra int fields and an
* extra object field that allow you to not do allocations in many cases.

public final class Message implements Parcelable {
    public int what;
    public int arg1;
    public int arg2;
    public Object obj;
    public Messenger replyTo;
    long when;
    Bundle data;
    Handler target;     
    Runnable callback; 
    Message next;
    private static Object mPoolSync = new Object();
    private static Message mPool;
    private static int mPoolSize = 0;
    private static final int MAX_POOL_SIZE = 10;

When: 向Handler发送Message生成的时间
Data: 在Bundler 对象上绑定要线程中传递的数据
Next: 当前Message 对一下个Message 的引用
Handler: 处理当前Message 的Handler对象.
mPool: 通过字面理解可能叫他Message池,但是通过分析应该叫有下一个Message引用的Message链更加适合.
其中Message.obtain(),通过源码分析就是获取断掉Message链关系的第一个Message.

对于源码的解读，可以明确两点：

1）Message.obtain()是通过从全局Message pool中读取一个Message，回收的时候也是将该Message 放入到pool中。

2）Message中实现了Parcelable接口。

3、MessageQueue

--维护一个消息列表，该列表中的消息通过Looper对象来分发。
--调用Looper.myQueue()方法可以获得一个MessageQueue对象
Message Queue是一个消息队列，用来存放通过Handler发布的消息。消息队列通常附属于某一个创建它的线程，可以通过Looper.myQueue()得 到当前线程的消息队列。Android在 第一启动程序时会默认会为UI thread创建一个关联的消息队列，用来管理程序的一些上层组件，activities，broadcast receivers 等等。你可以在自己的子线程中创建Handler与UI thread通讯。

/**

* Low-level class holding the list of messages to be dispatched by a
* {@link Looper}. Messages are not added directly to a MessageQueue,
* but rather through {@link Handler} objects associated with the Looper.
* <p>You can retrieve the MessageQueue for the current thread with
* {@link Looper#myQueue() Looper.myQueue()}.
*/

public class MessageQueue {
    Message mMessages;
    private final ArrayList mIdleHandlers = new ArrayList();
    private boolean mQuiting = false;
    boolean mQuitAllowed = true;
    
    public static interface IdleHandler {
        boolean queueIdle();
}

public final void addIdleHandler(IdleHandler handler) {
     if (handler == null) {
         throw new NullPointerException("Can't add a null IdleHandler");
     }
        synchronized (this) {
            mIdleHandlers.add(handler);
        }
}

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;
    }

mMessages: 为当前序列的第一个Message, 通过源码分析 MessageQueue并不是对许多Message 之间的关系维护,这样也许可以省去很多事把,而Message 之间的关系
则统统丢给了Message自己去维护,这个可以从对Message源码分析可以理解.
mIdleHandler: 保存的是一系列的handler的集合.
其中final boolean enqueueMessage(Message msg, long when),
这个方法就是上面提到Handler 处理消息时调用到的方法,对她理解了就显的很重要了,其按延迟时间长短，将延迟时间短的放在前面，功能代码如下:

msg.when = when;
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();
}

当向MessageQueue中添加消息的时候,判断当前的Message(mMessage)是否为空,
如果为空或者when=0或者when<p.when: 则把要添加的Message(msg)赋给当前的Message(mMessage),并且将msg.next属性设为空,

如果不为空: 则循环把当前的Message(mMessage)的下一个Message(next)进行遍历,用prev记住当前的message,直到找到prev的下一个Message为空的时候就退出循环,最后将msg接到prev的屁股后面,即这段代码: prev.next = msg;

当然，需要注意到，在其中定义了一个IdleHandler接口，该接口只有一个方法申明：boolean queueIdle()。MessageQueue类中addIdleHandler(IdleHandler handler)函数用于添加队列为空时的IdleHandler。当队列为空时，需要一一通知这些IdleHandler。

4、Looper

--该类用来为一个线程维护一个消息队列
--默认的线程是没有和一个Looper实例关联的，需要在线程中使用Loop.prepare();关联一个线程，使用Looper.loop()处理消息直到结束。

Looper扮演着一个Handler和 消息队列之间通讯桥梁的角色。程序组件首先通过Handler把 消息传递给Looper，Looper把 消息放入队列。Looper也 把消息队列里的消息广播给所有的Handler，Handler接 受到消息后调用handleMessage进 行处理。
1) 可以通过Looper类 的静态方法Looper.myLooper得 到当前线程的Looper实 例，如果当前线程未关联一个Looper实 例，该方法将返回空。
2) 可以通过静态方法Looper. getMainLooper方法得到主线程的Looper实 例。

/**
  * Class used to run a message loop for a thread.  Threads by default do
  * not have a message loop associated with them; to create one, call
  * {@link #prepare} in the thread that is to run the loop, and then
  * {@link #loop} to have it process messages until the loop is stopped.
  * 
  * <p>Most interaction with a message loop is through the
  * {@link Handler} class.
  * 
  * <p>This is a typical example of the implementation of a Looper thread,
  * using the separation of {@link #prepare} and {@link #loop} to create an
  * initial Handler to communicate with the Looper.
  * 
  * <pre>
  *  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();
  *      }
  *  }</pre>
  */

public class Looper {
    private static final boolean DEBUG = false;
    private static final boolean localLOGV = DEBUG ? Config.LOGD : Config.LOGV;

    // sThreadLocal.get() will return null unless you've called prepare().
    private static final ThreadLocal sThreadLocal = new ThreadLocal();

    final MessageQueue mQueue;
    volatile boolean mRun;
    Thread mThread;
    private Printer mLogging = null;
    private static Looper mMainLooper = null;
    
    public static final void prepare() {
        if (sThreadLocal.get() != null) {
            throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
        }
        sThreadLocal.set(new Looper());
}
public static final void loop() {
        Looper me = myLooper();
        MessageQueue queue = me.mQueue;
        while (true) {
            Message msg = queue.next(); // might block
            if (msg != null) {
                if (msg.target == null) {
                    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();
            }
        }
    }

从源码可以看出Looper 封装的信息:
Looper实质上是对当前线程, ThreadLocal,MessageQueue的封装,也就是负责在多线程之间传递消息的一个循环器.

当你往Handler中添加消息的时候则,里面这个方法: public static final void loop()死循环的方法就会被系统调用,之后的功能代码是:
msg.target.dispatchMessage(msg),则从MessageQueue中得到一个Message(msg),之后调用Handler的dispatchMessage(msg),这个方法内部实际调用的就是 Handler.handleMessage(msg)方法,这个就是我们在activity要重写的方法,所以我们就能够得到其他子线程传递的Message了.