Thread,Looper,Handler,Message,MessageQueue,MessagePool之间的关系

多线程与异步
Main Thread & UI Thread
当程序启动的时候Android会自动创建一个进程和一个线程，这个线程负责界面更新，收集系统事件和用户的操作事件等并分配给对应的组件，所以这个线程非常重要 被称为主线程，因为所的和UI有关的操作都是在这个线程当中进行的所以也被称作UI线程。所以说默认情况下主线程和UI线程指的是同一个线程。For instance, when the user touches a button on the screen, your app's UI thread dispatches the touch event to the widget, which in turn sets its pressed state and posts an invalidate request to the event queue. The UI thread dequeues the request and notifies the widget that it should redraw itself.

Android的UI系统参考了很多SWT的设计模式。比如，UI线程机制，底层JNI实现 etc.

Android 的UI系统是非线程安全的，意思是说只有创建UI的线程(也就是主线程)才可以对UI进程操作。如果我们在其它线程中执行了一些操作，而这些操作的结果又需要通过UI展现给用户，必需把这更新UI的操作转移到到UI线程中执行。

很多Java起步的程序员对UI线程中的"消息循环"会感觉陌生。其实就是在线程内部有一个死循环一直监听系统事件(用户的操作等)并把任务分发给对应的组件（有兴趣的可以看看NDK附带的native-activity的一个sample,在c中的实现方式就是一个while(1)的死循环）。主线程通过Looper实现了消息的循环处理。

The ralationship between Handler,Message,MessageQueue and Looper?
如果一个线程里边有一个死循环，那么这个循环就会一直在死循环里边循环，并且这个线程不会过多的cpu资源，那么这个线程肯定的阻塞的。如果线程只是一直循环没有什么意义，实际情况通常需要线程根据不同的条件运行不同的方法。我们通常的作法可能会加一个switch开关，根据条件的不同去调用不同的方法。

线程间通信(最常见的就是，worker线程需要更新UI)，这个时候实际是包含两个内容：一，数据的传递；二，方法的传递； Android中的Message用于数据传递，而Handler就是方法传递(其实是方法的执行者，Handler会把这个方法放到Handler所在的线程当中去执行);MessageQueue是Message的容器和Java中的Queue一样都是容器，只不过Message Queue是专门用于装载Message的容器。Looper则是一个线程中的死循环用于管理MessageQueue,它负责阻塞读取MessageQueue中的信息(如果MessageQueue中没有信息会一直在那里),挨个读取并把这个Message分发给对应的Handler去执行。

通过一个小例子+源码追踪下它们之间是怎么工作的，关系是什么样的

public class HandleMessageTrackActivity extends Activity {
		final static int SHOW_ALERT = 1025;
		Activity mActivity;
		TextView displayText;
		Handler mHandler = new Handler() {
			@Override
			public void handleMessage(Message msg) {
				super.handleMessage(msg);
				switch (msg.what) {
				case SHOW_ALERT:
					showAlert((String) msg.obj);
					break;
				}
			}
		};

		@Override
		protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
			super.onCreate(savedInstanceState);
			mActivity = this;
			displayText = new TextView(this);
			setContentView(displayText);
			displayText.setText("Just ignore me");
			new Thread() {
				@Override
				public void run() {
					String Greetings = "Greetings from another Thread";
					mHandler.obtainMessage(SHOW_ALERT, Greetings)
							.sendToTarget();
				}
			}.start();
		}

		private void showAlert(String content) {
			AlertDialog.Builder builder = new Builder(mActivity);
			builder.setMessage(content);
			builder.create().show();
		}
	}

首先看一下mHandler.obtainMessage(SHOW_ALERT, Greetings).sendToTarget();会执行什么。 通过查看Handler的源码发现执行了下边的代码。

	public final Message obtainMessage(int what, Object obj) {
		return Message.obtain(this, what, obj);
	}

接着查看Message中的代码，

	public static Message obtain(Handler h, int what, Object obj) {
		Message m = obtain();
		m.target = h;
		m.what = what;
		m.obj = obj;
		return m;
	}

	/***
	 * Return a new Message instance from the global pool. Allows us to* avoid
	 * allocating new objects in many cases.
	 */
	public static Message obtain() {
		synchronized (mPoolSync) {
			if (mPool != null) {
				Message m = mPool;
				mPool = m.next;
				m.next = null;
				return m;
			}
		}
		return new Message();
	}

看到这里我们应该明白为什么Google建议我们使用obtainMessage而不是new一个Message.这也是符合了Android中的对象回收机制。

public void sendToTarget() {  
		//targe就是一个Handler
		target.sendMessage(this);
	}
	//sendMessage()会调用下面的sendMessageAtTime()把Message加入MessagQueue;
	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;
		}
	}

到此我们的Message对象被加入到了Handler所在线程(也就是主线程)中的MessageQueue这个存储和管理Message的容器当中。下一步就该由Looper接手一个一个的取出Message对象处理了。Looper最主要的方法就是loop()方法

Looper me = myLooper();  
		MessageQueue queue = me.mQueue; 
		while (true) {//死循环 
			Message msg = queue.next(); // might block     
			if (msg != null) {         
				if (msg.target == null) {//退出死循环的机制    
					// No target is a magic identifier for the quit message.      
					return;      
					}    
				if (me.mLogging!= null)
					me.mLogging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " "    + msg.callback + ": " + msg.what );      
				msg.target.dispatchMessage(msg);//target of a msg is a Handler  
				if (me.mLogging!= null) me.mLogging.println(       
						" Finished to    " + msg.target + " "     
				+ msg.callback);//msg.callback is a Runnable      
				msg.recycle();    
				}  
			}
		}
				}
			}
		}
	}

Looper会一直阻塞读取MessagQueue中的Message对象(Message msg = queue.next())，当读取到一个Message时就会调用msg.target.dispatchMessage(msg)把这个Message分发给对应的Handler去处理，等Handler把任务处理完了再接着读取下一个Message对象并处理。

	/*** Handle system messages here.*/
	public void dispatchMessage(Message msg) { 
		if (msg.callback != null) {      
			handleCallback(msg);
			// call the run method of the runnable object I guess   
			} else {     
				if (mCallback != null) {  
					if (mCallback.handleMessage(msg)) 
					{         
						return; 
						}      
					}      
				handleMessage(msg);
				}
		}
		}
	}

最后回来了我们的handlerMessage(msg);这个方法中。如果是用的不是sendMessage是是Hadler.post(Runnable）会调用

private final void handleCallback(Message message) {    message.callback.run();}

这就是为什么在Handler中post的Runnable不会开启一个新的线程的原因。经过上面的追踪我们应该能明白不是所有 的线程都可以有Handler去执行handlerMessage或者处理Runnalbe的。其必要条件就是这个线程要有一个一直循环的Looper.Looper一直循环肯定要有一个方法可以退出循环。

public void quit() {    Message msg = Message.obtain();    // NOTE: By enqueueing directly into the message queue, the    // message is left with a null target.  This is how we know it is    // a quit message.    mQueue.enqueueMessage(msg, 0);}

当我们调用msg.sendToTarget()的时候，我们的msg对象应付被压入MessageQueue的尾部。Looper在MessageQueue的另一端一个一个的读取信息并处理。根据msg的target属性把cpu分配给对应的Handler去执行任务，这时Handler会根据msg中的属性调用msg.handleMsg()或者msg.callback.run();当一个msg中的消息处理完返回之后Looper会把这个msg放入msgPool当中方便下次再重复利用。从而减少对象的创建。Looper再从MessageQueue中读取下一个信息，如此反复。。

理解了这些其实就不难想象ANR是如何实现的了。当用户执行操作(比如点击了一个按钮)系统会生成一个Message对象，把用户操作的信息写入Message对象，并把这个Message对象压入MessageQueue队列的尾部。系统过一段时间(一般是五秒)后会再来检查，刚刚放入的信息是不是已经被处理了，如果信息还在队列中就表明。处理前面信息的过程当中发生的阻塞，用户的操作没有及时得到响应。系统弹出ANR对话框。

作个总结：

　　因为UI线程需要保持一直运行的状态，所以要有一个循环保持这个线程不会死掉，但这个线程又必需阻塞，以减少cpu的消耗。android中的这个循环就是通过Looper实现的。有了这个 Looper，Looper就占据了整个线程，导致所有的方法想在些线程中运行就必需通过这个Looper，所以要有个方法可以进入这个Looper的内部。MessageQueue就担当了这个通道 的角色。Message担当了集合的角色。所有在UI线程中运行的方法都必需通过MessageQueue进入Looper内部，不管 是用户定义的方法还是系统事件包括onCreate(),onStop(),用户点击事件etc..

MessageQueue包含两个方法，next（）和enquenceMessage（），一个用于读取message，一个用于写入message，它们的访问都是通过jni访问的C层，message也是存储在C层的。在next方法中，如果messagequeue中没有消息，则进入wait。在写入消息时，再进行唤醒操作

评论

1 楼 ChenJavaNet 2012-03-04  

很有研究精神 跟你学习了