解析Android消息處理機制：Handler/Thread/Looper & MessageQueue

解析Android消息處理機制

——Handler/Thread/Looper & MessageQueue

Keywords: Android Message HandlerThread Looper UML

           本文解析Android如何利用Handler/Thread/Looper以及MessageQueue來實現消息機制的內部實現。知道了它的內部實現機理以後，之後再遇到使用它們時候的任何問題就得心應手、迎刃而解了。

           Android利用執行在HandlerThread線程中的Looper的相應消息分發/處理，與其餘線程中的消息發送結合，實現完整的消息處理機制。本文首先介紹這些消息處理過程當中的參與者之間的關係，而後結合WifiService消息處理的實際實例，講解消息處理的全過程，最後還從線程視圖的角度，從新審視一下線程同步模型。

 

1、HandlerThread/Looper/MessageQueue的前世此生

下圖是從Froyo從抽取出的HandlerThread、Looper和MessageQueue的關係圖。他們被定義在package android.os。

圖一：HandlerThread/Looper/MessageQueue實例關係

        HandlerThread是一個Thread，繼承自Thread。它保留着對Looper實例的引用，不過這裏還看不到HandlerThread、Looper和MessageQueue如何實例化，這要到2、HandlerThread/Looper/MessageQueue實例化以後才能看清如何實現的。

        一看便知，Looper的構造函數是私有的，外界沒法直接實例化之；要實例化，只有經過Looper::prepare()。這樣HandlerThread就與Looper創建了對應關係。對如何創建的是否是已經火燒眉毛了，那就接着看下一小節。

 

2、HandlerThread/Looper/MessageQueue實例化

        上一節只是看了HandlerThread、Looper和MessageQueue之間的靜態視圖關係，他們具體如何實例化的，還要看動態的實例初始化過程。

圖二：HandlerThread/Looper實例化

 

 

• HandlerThread是一個Thread，在它被實例化並執行start()[序列1&2]以後，它的run()方法會在它本身的線程空間執行[序列3]。
• 上節已經提到了Looper的實例化是經過Looper::prepare實現的，圖中能夠看到Looper::prepare()正是在HandlerThread::run()中被調用而實例化[序列4&5]的。
• 而MessageQueue是在Looper的私有構造函數Looper()中實例化的。

 

總結一下，HandlerThread是被顯式地經過new建立的實例，而與它綁定在一塊兒的Looper是在HandlerThread的執行過程當中被實例化的，相應的MessageQueue也是在這個過程當中實例化的。

3、Looper::loop分發處理消息

      上節重點講了HandlerThread/Looper的實例化過程，它發生在Thread::run()這也是線程運行的關鍵，從圖二也看到了Looper::loop()這個消息處理的核心正是在這裏執行的，下面就看看它到底作了什麼。

圖三：Looper::loop()處理

 

圖中的全部序列是發生在一個無限循環體while (true) {} 中的。

• mQueue:MessageQueue是Looper保留的一份引用，經過它的next()[序列1]獲取MessageQueue中的下一個要處理的消息，這個過程當中若是沒有相應的消息，執行它的線程會用this.wait()釋放它所擁有的MessageQueue的對象鎖而等待。
• 一旦有消息到來[序列2]，Looper會用得到的Message的Handler（msg.target）來分發處理消息[序列3&4]。消息處理完以後，還要回收[序列5]。

4、Handler實現具體消息處理

        在Looper::loop()消息處理的順序圖裏看到了Handler，這個消息分發處理的參與者。下面結合WifiHandler這個具體的Handler看它如何參與到消息的發送、分發和處理的。

 

4.1 Handler實例化

        WifiService中定義了以下的WifiHandler。

圖4、消息的發送、分發、處理者Handler

 

      看Handler的構造函數是須要Looper的，從上面的分析知道，Looper是在HandlerThread執行中實例化的，Looper實例如何得到的呢？看圖一&圖二，知道HandlerThread保留着Looper的應用mLooper，並可經過getLooper()被外面獲取。而Handler的mQueue: MessageQueue能夠經過mLooper.mQueue得到。

 

因此，Wifi的HandlerThread，WifiHandler能夠這樣實例化： 

HandlerThread wifiThread = new HandlerThread("WifiService");
wifiThread.start();
mWifiHandler = new WifiHandler(wifiThread.getLooper());

 

4.2 消息發送

圖5、消息發送

經過Message::obtain()能夠創建起Message和Target/Handler，what之間的關係，並獲得一個Message msg[序列1&2]；而後經過msg.sendToTarget()就能夠用Handler來具體發送消息了[序列3&4]；經過一系列的調用，最後會經過MessageQueue::enqueueMessage()把消息放到mMessages上[序列7]，還會經過this.notify()通知正在等待新消息的線程，從新擁有MessageQueue的對象鎖，而處理該消息。

圖6、MessageQueue與Message的關係

至此，消息的發送，分發，處理基本上介紹完畢。

 

4.3 消息處理

        而要具體處理消息，從圖三的序列4就可知道，整個框架的最後消息的處理是經過Handler::handleMessager(msg: Message)來完成。因此若是有本身具體要處理的消息，只要override Handler的handleMessage(msg: Message)方法，並加入本身特定的對消息的處理便可。

 

        要處理消息，就看看Message的屬性裏都有什麼。

圖7、Message屬性

 

重點關注public屬性what是區分具體什麼消息；能夠帶參數arg1, arg2。

 

5、從新審視

5.1 應用指南

        上面介紹了消息處理的全過程，這些對於只是用來發送和處理消息的應用者來講，可能有些繁雜，這裏梳理一下從應用者角度看，怎麼使用之。

        其實4、Handler實現具體消息處理中的WifiService就是一個典型的應用場景。

        實現一個Handler的子類，並Override handleMessage()方法，亦即，實現消息處理函數handleMessage()。而後分別建立HandlerThread和Hanlder繼承類的實例。這樣就能夠如4.2裏那樣發消息了，而消息處理在handleMessage()中進行。

        從應用者角度看，Looper和MessageQueue是消息處理的內部機制，能夠不關注它的實現細節（惟一要知道的，Handler實例化的時候，須要經過HandlerThread得到Looper的實例，從而能夠傳遞給Handler）。

 

5.2 線程角度

        下面再從線程的角度看一下，消息處理過程當中參與的線程，以及這些線程之間的同步。

        顯然的，這裏有線程HandlerThread的參與，並且Looper::loop()就是執行在HandlerThread的run()方法裏，也就是在HandlerThread裏執行，這也就是說消息的分發處理和執行是在HandlerThread的線程上下文中。另外，還有至少一個線程存在，也就是建立了HandlerThread的線程B，以及執行消息發送的線程C，B和C有多是同一線程。

        消息的發送是在另一個線程裏，就是由於有了多個線程的存在，纔有了線程的同步操做。可再次關注一下圖三和圖五中實現線程同步的Java原語wait()/notify()。

結束語

        寫本文的初衷並非爲了寫它而寫它，是在研究Android中的Wifi實現時，遇到了實現Wifi的各類具體操做都是經過消息來實現的，就想探討一下ANDROID消息處理機制，這樣就邊看邊用ROSE畫了圖，等到消息的發送/接收/處理的過程都看完了，再回頭看一下整個UML圖，這不就整個一完整的消息處理機制嘛！

        工做這麼多年過來了，回過頭來看看，本身積累了什麼呢，再看一下五、6年前鄙人的BLOG發現那時仍是留下了些東西的，並且寫本文時，重溫Java的線程同步機制時，看到當時寫的東西，發現若是是當時是本身理解的東西，而且用本身擅長的領域表達出來，本身回頭再看時，一目瞭然，幾個UML圖就能解決問題了。

修正記錄

    消息發送分發處理的主要參與者是Looper, Handler，還有Thread的執行。不少應用場景有他們參與就可完成，HandlerThread卻是WifiService處理時消息處理的一個特例，因此，在這些關鍵點上去掉HandlerThread。