【Android】Handler、Looper源码分析

一、前言

　　源码分析使用的版本是 4.4.2_r1。

　　Handler和Looper的入门知识以及讲解可以参考我的另外一篇博客：Android Handler机制

　　简单而言：Handler和Looper是对某一个线程实现消息机制的重要组成部分，另外两个重要元素是Message和MessageQueue，通过这四个类，可以让某个线程具备接收、处理消息的能力。

二、源码剖析

　　虽然只有四个类，而且这里只是剖析其中两个，但是也不能独立分析，必须组合进行解析。切入点是类Looper的注释中的一段示例代码：

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();
     }
}

　　这段代码描述了如何将一个普通的线程转变为一个Looper线程，即让它具备消息的循环处理能力。我们从Looper入手，看看这里到底做了什么。

代码一：

/** Initialize the current thread as a looper.
      * This gives you a chance to create handlers that then reference
      * this looper, before actually starting the loop. Be sure to call
      * {@link #loop()} after calling this method, and end it by calling
      * {@link #quit()}.
      */
    public static void prepare() {
        prepare(true);
    }

    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));
    }

　　这里展示的是Looper的静态方法，即prepare()，前面代码中第5行调用。

　　第13行可以看到一个运行时异常，其打印信息翻译为：每一个线程只允许拥有一个Looper，而且判断条件中用到ThreadLocal对象，如果不明白这是什么，可以参考我的另外一篇博客：深入理解ThreadLocal。总之，第一次调换用这个方法并且之前没有调用过，则会调用第15行的代码，这里实例化了一个Looper对象，其构造方法如下：

代码二：

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

　　第2行初始化了一个MessageQueue，顾名思义，就是为Looper创建绑定了一个消息队列。

　　第3行则获取当前线程，即调用Looper的线程。这样即可将Looper绑定到一个线程上，同时为一个线程创建一个消息队列。

　　在消息机制里面，Looper只是负责管理消息队列，也就是取出消息进行处理，而Handler则是负责发送消息以及处理消息的，那么Handler和Looper又是如何绑定到一起的呢？看切入点里面的7-11行，这里做了什么呢？下面的分析涉及到Looper中的几个方法，这里插入分析一下：

代码三：

/**
     * Return the Looper object associated with the current thread.  Returns
     * null if the calling thread is not associated with a Looper.
     */
    public static Looper myLooper() {
        return sThreadLocal.get();
    }

    /** Returns the application's main looper, which lives in the main thread of the application.
     */
    public static Looper getMainLooper() {
        synchronized (Looper.class) {
            return sMainLooper;
        }
    }

　　很明显可以看到myLooper是获取属于当前线程的Looper，而getMainLooper则是获取应用的主Looper，它由属性sMainLooper引用，其赋值过程如下。

代码四：

    /**
     * Initialize the current thread as a looper, marking it as an
     * application's main looper. The main looper for your application
     * is created by the Android environment, so you should never need
     * to call this function yourself.  See also: {@link #prepare()}
     */
    public static void prepareMainLooper() {
        prepare(false);
        synchronized (Looper.class) {
            if (sMainLooper != null) {
                throw new IllegalStateException("The main Looper has already been prepared.");
            }
            sMainLooper = myLooper();
        }
    }

　　注释中说到，这个方法不应该由程序员自己调用，我猜测这个方法应该是在应用启动的时候，由属于应用的第一个线程调用，之后如果再次调用，就会抛出异常了，因为sMainLooper实际上是一个static变量，也就是说它是属于整个应用的。

　　准备完毕，现在回到主题，

代码五：

    /**
     * Default constructor associates this handler with the {@link Looper} for the
     * current thread.
     *
     * If this thread does not have a looper, this handler won't be able to receive messages
     * so an exception is thrown.
     */
    public Handler() {
        this(null, false);
    }
    /**
     * Use the {@link Looper} for the current thread with the specified callback interface
     * and set whether the handler should be asynchronous.
     *
     * Handlers are synchronous by default unless this constructor is used to make
     * one that is strictly asynchronous.
     *
     * Asynchronous messages represent interrupts or events that do not require global ordering
     * with represent to synchronous messages.  Asynchronous messages are not subject to
     * the synchronization barriers introduced by {@link MessageQueue#enqueueSyncBarrier(long)}.
     *
     * @param callback The callback interface in which to handle messages, or null.
     * @param async If true, the handler calls {@link Message#setAsynchronous(boolean)} for
     * each {@link Message} that is sent to it or {@link Runnable} that is posted to it.
     *
     * @hide
     */
    public Handler(Callback callback, boolean async) {
        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 = callback;
        mAsynchronous = async;
    }

　　重点在于39-43行。第38行调用myLooper()方法获取属于本线程的Looper，如果你在这之前没有调用Looper.prepare()方法，则会返回null，此时就会抛出异常，要求你在这之前调用Looper.prepare()方法。而平时我们在主线程中使用Handler的时候，并不需要调用Looper.prepare()方法，这是因为主线程默认绑定一个Looper。

　　接下去43行则是获取Looper的消息队列。

　　除了这种简单的创建方式之外，Handler也还有别的创建方式，比如：

代码六：

    /**
     * Use the provided {@link Looper} instead of the default one and take a callback
     * interface in which to handle messages.  Also set whether the handler
     * should be asynchronous.
     *
     * Handlers are synchronous by default unless this constructor is used to make
     * one that is strictly asynchronous.
     *
     * Asynchronous messages represent interrupts or events that do not require global ordering
     * with represent to synchronous messages.  Asynchronous messages are not subject to
     * the synchronization barriers introduced by {@link MessageQueue#enqueueSyncBarrier(long)}.
     *
     * @param looper The looper, must not be null.
     * @param callback The callback interface in which to handle messages, or null.
     * @param async If true, the handler calls {@link Message#setAsynchronous(boolean)} for
     * each {@link Message} that is sent to it or {@link Runnable} that is posted to it.
     *
     * @hide
     */
    public Handler(Looper looper, Callback callback, boolean async) {
        mLooper = looper;
        mQueue = looper.mQueue;
        mCallback = callback;
        mAsynchronous = async;
    }

　　这里传入了一个Looper，而mLooper的赋值不是获取当前线程的Looper，而是直接取用该looper，这引起一个怀疑：一个Looper（或者说一个线程，因为是线程和Looper是一一对应的关系）可以绑定不止一个Handler，因为很明显我可以用一个Looper通过上述构造方法传入到不同的Handler中去，那么自然而然又想到一个问题：Handler是用于发送和处理消息的，那么当一个Looper绑定多个Handler的时候，发送来的消息肯定都是存储在Looper的消息队列中的，那么处理消息的时候，是怎么处理的呢？每一个Handler都处理一遍么？继续看源码，首先看发送消息的函数：

代码七：

    public final boolean sendMessage(Message msg)
    {
        return sendMessageDelayed(msg, 0);
    }

    public final boolean sendEmptyMessage(int what)
    {
        return sendEmptyMessageDelayed(what, 0);
    }

    public final boolean sendEmptyMessageDelayed(int what, long delayMillis) {
        Message msg = Message.obtain();
        msg.what = what;
        return sendMessageDelayed(msg, delayMillis);
    }

    public final boolean sendEmptyMessageAtTime(int what, long uptimeMillis) {
        Message msg = Message.obtain();
        msg.what = what;
        return sendMessageAtTime(msg, uptimeMillis);
    }

    public final boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis)
    {
        if (delayMillis < 0) {
            delayMillis = 0;
        }
        return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis);
    }

    /**
     * Enqueue a message into the message queue after all pending messages
     * before the absolute time (in milliseconds) <var>uptimeMillis</var>.
     * <b>The time-base is {@link android.os.SystemClock#uptimeMillis}.</b>
     * You will receive it in {@link #handleMessage}, in the thread attached
     * to this handler.
     * 
     * @param uptimeMillis The absolute time at which the message should be
     *         delivered, using the
     *         {@link android.os.SystemClock#uptimeMillis} time-base.
     *         
     * @return Returns true if the message was successfully placed in to the 
     *         message queue.  Returns false on failure, usually because the
     *         looper processing the message queue is exiting.  Note that a
     *         result of true does not mean the message will be processed -- if
     *         the looper is quit before the delivery time of the message
     *         occurs then the message will be dropped.
     */
    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);
    }

　　为了清晰，前面的方法全部都去掉了注释，只剩下最后一个方法，我们看到，往消息队列中添加消息，最后调用的是方法enqueueMessage。其实现如下：

代码八：

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

　　方法的最后调用了MessageQueue的enqueueMessage方法，从上面的流程可以看到，queue其实就是从mLooper中取出的MessgaeQueue。最终到了这里，消息可以通过Handler顺利压入绑定的Looper中的MessageQueue中去了。接下去就是消息的处理。这里需回到Looper中去，因为循环取出消息进行处理是Looper的工作。

　　前面切入点代码中可以看到，在调用Looper.prepare()方法，实例化Handler之后，还有一个方法需要调用，即Looper.loop()方法。

代码九：

 /**
     * Run the message queue in this thread. Be sure to call
     * {@link #quit()} to end the loop.
     */
    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.recycle();
        }
    }

　　前面6-16行就不多解释了，关键看17行，这里是一个死循环，无限循环表示从队列中获取消息；第18行也很关键，这里调用MessageQueue的next方法获取下一个消息，很重要的地方在于注释：might block。可能会阻塞！如果不注意这一点，很可能就会误认为调用该方法，因为当时队列中还没有消息，所以就会执行第21行，直接返回了，而看到这个注释，再加上第20-22行的代码，我们容易猜测，MessageQueue通过在next()方法中返回null来表示整个队列的取消，从而终结消息机制，OK，不多说，言归正传，这一段代码最重要的是看31行：msg.target.dispatchMessage(msg);这行代码预示着如何处理消息！

　　每一个Message都有一个target属性，该属性的声明如下：

   /*package*/ Handler target;  

　　没错，是Handler类型！反观代码，在代码八的第2行，有一行很重要的代码被忽视了：

msg.target = this;

　　在Handler发送没一个消息进入队列之前，都会将其target设置为自己。从这里就可以看到之前那个问题（红色部分）的答案，消息是交给发送它的Handler处理的！接下来自然要去看的是Handler的dispatchMessage方法：

/**
     * 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);
        }
    }

　　注释即说明它是处理消息的，在这里可以进行一些回调，这里不说明。主要看第13行，调用了handleMessage()方法，其实现如下：

代码十一：

/**
     * Subclasses must implement this to receive messages.
     */
    public void handleMessage(Message msg) {
    }

　　终于到这一步了！注释中就能看到，我们在实例化Handler的子类的时候，是需要重载这个方法的，否则你的消息不会得到处理，实现参见切入点8-11行！具体使用可以参见我的博客Android Handler机制。

 

三、总结

　　源码剖析中，主要关注的对象是：Thread，Handler，Looper三个重量级对象是如何绑定到一起的，以及消息是如何在Handler和Looper中存在和传播的，从源码中看这个过程非常清楚。其实整个设计并没有什么新奇的技巧，但是设计非常合理，值得借鉴。

　　下一篇博客会去探索一下MessageQueue，关于MessageQueue如何管理消息，和Looper一起实现延迟消息，我非常感兴趣。