Android 高級進階之深刻剖析消息機制

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今天分享的內容是深刻剖析 Android 的消息機制，有些人問了，一些功能會用不就好了嗎？爲何還要分析底層源碼呢？今天小鹿告訴你的是不少開源的項目都已經不須要咱們造輪子了，重複造輪子是多麼愚蠢的一件事。可是，Android 的底層源碼和一些功能的實現讓咱們學習到底層的模式和邏輯實現。

學編程什麼最重要，固然是邏輯思惟了，即便你什麼功能都能實現，邏輯思惟能力差照樣啥都幹不了。你的思惟邏輯能力差，在技術路線上已經決定了你的高度。

Android 的消息機制

Android 的消息機制主要是指 Handlerr 的運行須要底層的 MessageQueue 和 Looper 的支撐。

（1）MessageQueue 的中文翻譯是消息隊列。以隊列的形式對外提供插入和刪除工做。雖然叫作消息隊列，可是內部存儲結構並非真正的隊列，而是以單鏈表的數據結構來存儲消息列表。

（2）Looper 的中文翻譯爲循環，咱們叫它消息循環。因爲 MessageQueue 只是一個存儲單元，不會去處理消息。而 Looper 確彌補了這個功能，Looper 會以無限無限循環的形式去查找是否有新的消息，有的話就去處理消息，不然就一直等待。

學習思惟導圖：

之後文章中的思惟導圖是小鹿給你們精心整理的，這樣對每篇分享的文章都有一個清晰地結構，有利於複習和整理。

1、Android 消息機制概述

Android 消息機制主要是指 Handler 的運行機制以及 Handler 所附帶的 MessageQueue 和 Looper 的工做過程。Handler 的主要做用就是將一個任務切換到某個指定的線程中去執行。

概述

（1）思考：爲何 Android 要提供這個功能呢？

答：由於 Android 規定訪問 UI 線程只能在主線程中進行的，若是在子線程中訪問 UI ，那麼程序就會拋出異常。

（2）源碼：通過查看看源碼的 checkThread（）方法對更新 UI 是否在主線程中更新，進行拋出異常信息提示開發者（相信在開發中都遇到過這個種狀況）。

（3)過程：因爲以上限制，這就要求開發者必須在主線程中更新 UI，可是 Android 又建議不要在主線程中進行過於耗時的工做，不然會產生應用程序無響應 ANR。考慮到這種狀況，當咱們在服務器拉去一些信息並顯示到 UI 上時，拉去工做咱們將在子線程中進行，拉取完畢以後不能再子線程中直接更新 UI ，沒有 Handler ，那咱們的確沒有辦法將訪問 UI 的工做切換到主線程去執行。所以，系統之因此給咱們提供 Handler，主要緣由是爲了解決在子線程中沒法訪問 UI 的矛盾。

（4)問題：

① 爲何不能再子線程中更新 UI？ 
答 ： 由於 Android 的 UI 控件不是線性安全的。若是在多線程中併發的訪問可能會致使 UI 控件處於不可預期的狀態。

② 爲何不對 UI 控件的訪問加上鎖機制呢？ 

答 ：首先，加上鎖機制會讓訪問 UI 變的複雜，其次鎖機制會下降 UI 的訪問效率，由於鎖機制會阻塞某些線程的執行。

最簡單最高效的就是採用單線程模型來處理 UI 操做，只需經過 Handlerr 切換一下 UI 訪問的執行線程便可。

Handler 的工做原理

Handler 建立時就會採用當前的 Looper 來構建內部的消息循環系統，若是當前沒有 Looper ,那麼就會報錯。

怎麼解決上述問題？兩個方法：

① 爲當前線程建立 Looper 便可。
② 在 Looper 的線程中建立 Handler 也能夠。

工做原理

（1）Handler 建立過程： Handler 被建立以後，內部的 MessageQueue 和 Looper 就與 Handler 一塊兒工做協同工做了， 而後經過 Handler 的 post 方法將一個 Runnable 投遞給 Handler 內部的 Looper 去處理；也能夠經過 Handler 的 send 方法發送一個消息，也是經過 Looper 去處理的，其實 Post 方法最終也是經過 send 方法來完成的..

（2）send 方法的工做過程：當 Handler 的 send 方法被調用時，它會調用 MessageQueue 的 enqueueMessage 方法將這個消息放到消息隊列中，而後 Looper 發現新消息，就會處理這個消息，最終消息的 Runnable 或者 Handler 的 handlerMessage 方法就會被調用。

2、 Android 的消息機制分析

消息隊列的工做原理

消息隊列在 Android 主要是指 MessageQueue ，MessageQueue 主要包括兩個操做：插入和刪除。消息隊列的內部實現並非隊列，實際上經過一條單鏈表的數據結構來維護消息隊列，單鏈表在插入刪除上頗有優點。

① 插入（enqueueMessage）：往消息隊列中插入一條消息。（源碼實現就是單鏈表的插入）

② 刪除（next）：從消息隊列中取出一條消息並將其從消息隊列中移除。（next 是一個無限循環的方法，消息隊列沒有信息就處於阻塞狀態，有新消息到來就執行單鏈表的刪除）

Lopper 的工做原理

Looper 在 Android 消息機制中扮演着消息循環的角色，做用：不停地從 MessageQueue 中查看是否有新的消息，若是有消息就會馬上處理，若是沒有消息就會處於阻塞狀態。

（1) Looper 的構造方法

① 建立一個 MessageQueue 消息隊列。

② 將當前線程的對象保存起來。

（2）如何爲一個線程建立 Looper

（Handle 的工做須要 Looper，沒有 Looper 就會報錯）

① 經過 Looper.prepare() 方法爲線程建立一個 Looper 。

 ② 經過 Looper.loop() 方法來開啓消息循環。

（3）建立線程的另外一種方法

① 主線程 Looper 的獲取。 Looper 這個方法主要給線程也就是 ActivityThread 建立 Looper 使用的，本質也是經過 prepare 來實現的，因爲主線程的 Looper 比較特殊，因此 Looper 提供了一個 getMainLopper 的方法獲取主線程的 Looper。

② Looper 的退出。****Looper 提供了兩個方法：quit 方法和 quitSafely 方法。

二者區別：quite 直接退出 Looper。

而 quitSafely 只是設定一個退出標記，先把消息隊列中的消息處理完以後再退出

（4）Looper.loop() 方法實現原理

loop 是一個死循環，惟一能跳出循環的方法就是 MessageQueue 的 next 方法返回了 null。當 Looper 的 quit 方法被調用時，MessageQueue 的 quit 方法或者 quitSafely 方法就會通知消息隊列退出，當消息隊列被標記爲退出狀態時，next 就會返回一個 null。Looper 是必須退出的，不然 loop 會永遠循環下去。

loop 方法會調用 MessageQueue 的 next 方法獲取消息，若是 MessageQueue 沒有消息，next 就會處於阻塞狀態，loop 方法也會處於阻塞狀態。

詳解 Handler 的工做原理

Handler 的主要工做就是發送和接收消息。消息的發送能夠經過 post 一系列方法以及 send 的一系列方法來實現，post 的一系列方法最終都是經過 send 一系列方法來實現的。

代碼實現：

1public class HandlerActivity extends Activity {
 2
 3    @Override
 4    protected void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState) {
 5        super.onCreate(savedInstanceState);
 6        setContentView(R.layout.activity_main);
 7
 8        //開啓線程
 9        handler();
10    }
11    //主線程
12    Handler handler = new Handler(){
13
14        @Override
15        public void handleMessage(Message msg) {
16            super.handleMessage(msg);
17            switch (msg.what) {
18                case 1:
19                    // 獲取Message裏面的複雜數據
20                    Bundle date = new Bundle();
21                    date = msg.getData();
22                    String name = date.getString("name");
23                    int age = date.getInt("age");
24                    String sex = date.getString("sex");
25                    //這裏是主線程，可進行對UI的更新
26                    textView.setText(name)
27            }
28        }
29    };
30
31    //子線程
32    public void handler(){
33        new Thread(new Runnable() {
34            @Override
35            public void run() {
36                Message message = new Message();
37                message.what = 1;
38
39                // Message對象保存的數據是Bundle類型的
40                Bundle data = new Bundle();
41                data.putString("name", "李文志");
42                data.putInt("age", 18);
43                data.putString("sex", "男");
44                // 把數據保存到Message對象中
45                message.setData(data);
46                // 使用Handler對象發送消息
47                handler.sendMessage(message);
48            }
49        }).start();
50    }
51}

發送消息

經過對源碼分析，Handler 發送消息的過程僅僅是向消息隊列中插入一條信息，MessageQueue 的 next 方法就會返回這條信息給 Looper ,Looper 接收到消息以後就當即處理，由 Looper 交給 Handler 去處理消息，Handler 的 dispatchMessage 方法就會被調用，這時候 Handler 就進入了消息處理階段。

消息處理

深刻 dispatchMessage 的源代碼進行分析，Handler 處理消息以下：

① 首先檢查 Message 的 callback 是否爲 null, 不爲 null 就經過 handlerCallback 來處理消息。（Message的 callback 是一個 Runnable d 對象，實際上就是 post 方法所遞的 Runnable 參數）

② 其次檢查 mCallback 是否爲 null，不爲 null 就調用 mCallback 的 handlerMessage 方法來處理消息。Callback 是個接口。

③ 咱們經過 Callback 能夠採用以下的方式來建立 Handle 對象。

1Handler handler = new Handler(callback);

這樣建立的意義就是建立一個實例可是並不須要派生 Handler 的子類。

④ 可是，在咱們的平常開發中，常常派生一個 Handler 的子類並重寫其 handleMessage 方法來處理具體的消息，若是不想建立派生子類，就能夠經過 Callback 來實現。

主線程的消息循環

Android 的主線程就是 ActivityThread，主線程的入口方法爲 main ，在 main 方法中系統會經過 Looper.prepareMainLooper()；來建立主線程的 Looper 以及 MessageQueue ，並經過 Looper.loop() 來開啓主線程的消息循環。

主線程的消息循環開始了之後，ActivityThread 還須要一個 Handler 來和消息隊列進行交互，這個 Handler 就是 ActivityThread.H 。ActivityThread 經過 ApplicationThread 和 AMS 進行進程間通訊，AMS 以進程間通訊的方式完成 ActvityThread 的請求後會回調 ApplicationThread 中的 Binder 方法，而後 ApplicationThread 向 H 發送消息，H 收到消息會將 ApplicationThread 中的邏輯切換到 ActivityThread 中去執行，即切換到主線程中去執行，這個過程就是主線程的消息循環模型。