从源码解析Android异步消息处理机制（一）

前言：本篇纯属个人学习笔记，故摘录《Android开发艺术探索》大量语句，特此声明

目的：深入理解Looper、Handler、MessageQueue三者之间的关系。
1. 概述

Android的消息机制主要指Handler的运行机制，Handler的运行又和MessageQueue、Looper这两者紧密相关。简单来说，异步消息处理线程启动后，Looper会以无限循环的形式去MessageQueue查找是否有新的消息，如果有的话就回调相应的消息处理函数，否则就一直等待着（阻塞）。

2.源码解析

MessageQueue

MessageQueue（Android.os.MessageQueue类），消息队列。它的内部存储了一组消息，以队列的形式对外提供插入和读取的工作（读取操作本身会伴随着删除操作）。虽然叫消息队列，但是它的内部存储结构并不是真正的队列，而是采用单链表的数据结构来存储消息列表。插入和读取对应的方法分别是enqueueMessage()和next()。
我们主要看next()方法（而enqueueMessage()方法有兴趣的道友可自行查看源码）

Message next() {
    int pendingIdleHandlerCount = -1; // -1 only during first iteration
    int nextPollTimeoutMillis = 0;
    for (;;) {
        if (nextPollTimeoutMillis != 0) {
            Binder.flushPendingCommands();
        }

        // We can assume mPtr != 0 because the loop is obviously still running.
        // The looper will not call this method after the loop quits.
        nativePollOnce(mPtr, 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 (false) Log.v("MessageQueue", "Returning message: " + msg);
                    msg.markInUse();
                    return msg;
                }
            } else {
                // No more messages.
                nextPollTimeoutMillis = -1;
            }
            ...
}

可以发现next()方法是一个无限循环的方法，如果MessageQueue没有消息，那么next()会一直阻塞在那里，当有新消息时，next方法会返回这条消息并将其从单链表中移除。

Looper

Looper（Android.os.Looper类），消息循环。由于MessageQueue只是一个消息的存储单元，它不能去处理消息，而Looper就填补了这个功能，Looper会以无限循环的形式去MessageQueue查找是否有新的消息，如果有的话就回调相应的消息处理函数，否则就一直等待着（阻塞）。Looper中还有个特殊的概念——ThreadLocal，它并不是线程，它的作用是在每个线程中存储数据。
我们直接上源码开撸：
首先看一下它的构造函数：

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

我们可以看到在构造方法中它会创建一个MessageQueue即消息队列，然后通过变量mThread将当前线程保存起来。
我们知道，Handler的运行需要Looper，没有Looper的线程会报错，那如何为一个线程创建Looper？Looper.prepare()这个方法就是提供了这个功能：

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));
}

在Looper.prepare()方法中sThreadLocal是一个ThreadLocal对象，可以在一个线程中存储变量，通过sThreadLocal.set()将一个Looper实例放入了ThreadLocal，中间的if判断则说明了Looper.prepare()方法不能被调用两次，一个线程只能有一个Looper实例。
Looper最重要的一个方法是loop()，只有调用了loop后，消息循环机制才会真正地起作用：

/**
 * 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();
    }
}

/**
 * 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();
}

我们一行行看代码，在myLooper()方法中返回了sThreadLocal存储的Looper实例，如果me为null，则抛出异常，也就是说loop()必须在prepare()方法之后运行。接着拿到该looper实例中的mQueue（具体可见Looper的构造函数）。再接下来就进入一个for(;;)死循环，而唯一跳出循环的方式是MessageQueue的next()方法返回了null。紧接着把消息交给msg的target的disptchMessage(msg)方法去处理。而msg的target就是handler对象，下面会进行分析。最后一句msg.recycle()则释放消息占据的资源。

接着我们分析一下MessageQueue.next()什么时候会返回null？我们先看看Looper的quit()方法：

public void quit() {
    mQueue.quit(false);
}

public void quitSafely() {
    mQueue.quit(true);
}

//MessageQueue的quit(boolean safe)方法

void quit(boolean safe) {
    if (!mQuitAllowed) {
        throw new IllegalStateException("Main thread not allowed to quit.");
    }

    synchronized (this) {
        if (mQuitting) {
            return;
        }
        mQuitting = true;

        if (safe) {
            removeAllFutureMessagesLocked();
        } else {
            removeAllMessagesLocked();
        }

        // We can assume mPtr != 0 because mQuitting was previously false.
        nativeWake(mPtr);
    }
}

private void removeAllMessagesLocked() {
    Message p = mMessages;
    while (p != null) {
        Message n = p.next;
        p.recycleUnchecked();
        p = n;
    }
    mMessages = null;
}

private void removeAllFutureMessagesLocked() {
    final long now = SystemClock.uptimeMillis();
    Message p = mMessages;
    if (p != null) {
        if (p.when > now) {
            removeAllMessagesLocked();
        } else {
            Message n;
            for (;;) {
                n = p.next;
                if (n == null) {
                    return;
                }
                if (n.when > now) {
                    break;
                }
                p = n;
            }
            p.next = null;
            do {
                p = n;
                n = p.next;
                p.recycleUnchecked();
            } while (n != null);
        }
    }
}

也就是说当Looper的quit方法被调用时，Looper就会调用MessageQueue的quit()或quitSafely()方法来通知消息队列退出，当消息队列被标记为退出状态时，它的next方法就会返回null。

小结
Looper主要作用：

与当前线程绑定，保证一个线程只会有一个Looper实例，同时一个Looper实例也只有一个MessageQueue。（具体可见Looper的构造函数）
looper()方法，不断从MessageQueue中去取消息，交给消息的target属性的dispatchMessage()去处理。

从源码解析Android异步消息处理机制（一）

1. 概述

2.源码解析

MessageQueue

Looper