詳解Android中Handler的內部實現原理

本文主要是對Handler和消息循環的實現原理進行源碼分析，如果不熟悉Handler可以參見博文《詳解Android中Handler的使用方法》，裡面對Android為何以引入Handler機制以及如何使用Handler做了講解。

概括來說，Handler是Android中引入的一種讓開發者參與處理線程中消息循環的機制。我們在使用Handler的時候與Message打交道最多，Message是Hanlder機制向開發人員暴露出來的相關類，可以通過Message類完成大部分操作Handler的功能。但作為程序員，我不能只知道怎麼用Handler，還要知道其內部如何實現的。Handler的內部實現主要涉及到如下幾個類: Thread、MessageQueue和Looper。這幾類之間的關系可以用如下的圖來簡單說明：

Thread是最基礎的，Looper和MessageQueue都構建在Thread之上，Handler又構建在Looper和MessageQueue之上，我們通過Handler間接地與下面這幾個相對底層一點的類打交道。

一圖勝千言

我們在本文討論了Thread、MessageQueue、Looper以及Hanlder的之間的關系，我們可以通過如下一張傳送帶的圖來更形象的理解他們之間的關系。

在現實生活的生產生活中，存在著各種各樣的傳送帶，傳送帶上面灑滿了各種貨物，傳送帶在發動機滾輪的帶動下一直在向前滾動，不斷有新的貨物放置在傳送帶的一端，貨物在傳送帶的帶動下送到另一端進行收集處理。

我們可以把傳送帶上的貨物看做是一個個的Message，而承載這些貨物的傳送帶就是裝載Message的消息隊列MessageQueue。傳送帶是靠發送機滾輪帶動起來轉動的，我們可以把發送機滾輪看做是Looper，而發動機的轉動是需要電源的，我們可以把電源看做是線程Thread，所有的消息循環的一切操作都是基於某個線程的。一切准備就緒，我們只需要按下電源開關發動機就會轉動起來，這個開關就是Looper的loop方法，當我們按下開關的時候，我們就相當於執行了Looper的loop方法，此時Looper就會驅動著消息隊列循環起來。

那Hanlder在傳送帶模型中相當於什麼呢？我們可以將Handler看做是放入貨物以及取走貨物的管道：貨物從一端順著管道劃入傳送帶，貨物又從另一端順著管道劃出傳送帶。我們在傳送帶的一端放入貨物的操作就相當於我們調用了Handler的sendMessageXXX、sendEmptyMessageXXX或postXXX方法，這就把Message對象放入到了消息隊列MessageQueue中了。當貨物從傳送帶的另一端順著管道劃出時，我們就相當於調用了Hanlder的dispatchMessage方法，在該方法中我們完成對Message的處理。

下面重點介紹Handler：

Handler是暴露給開發者最頂層的一個類，其構建在Thread、Looper與MessageQueue之上。
Handler具有多個構造函數，簽名分別如下所示：

• 1. publicHandler()
• 2. publicHandler(Callbackcallback)
• 3. publicHandler(Looperlooper)
• 4. publicHandler(Looperlooper, Callbackcallback)
  

第1個和第2個構造函數都沒有傳遞Looper，這兩個構造函數都將通過調用Looper.myLooper()獲取當前線程綁定的Looper對象，然後將該Looper對象保存到名為mLooper的成員字段中。
第3個和第4個構造函數傳遞了Looper對象，這兩個構造函數會將該Looper保存到名為mLooper的成員字段中。
第2個和第4個構造函數還傳遞了Callback對象，Callback是Handler中的內部接口，需要實現其內部的handleMessage方法，Callback代碼如下:

public interface Callback {
  public boolean handleMessage(Message msg);
}

Handler.Callback是用來處理Message的一種手段，如果沒有傳遞該參數，那麼就應該重寫Handler的handleMessage方法，也就是說為了使得Handler能夠處理Message，我們有兩種辦法：
1. 向Hanlder的構造函數傳入一個Handler.Callback對象，並實現Handler.Callback的handleMessage方法
2. 無需向Hanlder的構造函數傳入Handler.Callback對象，但是需要重寫Handler本身的handleMessage方法
也就是說無論哪種方式，我們都得通過某種方式實現handleMessage方法，這點與Java中對Thread的設計有異曲同工之處。
在Java中，如果我們想使用多線程，有兩種辦法：
1. 向Thread的構造函數傳入一個Runnable對象，並實現Runnable的run方法
2. 無需向Thread的構造函數傳入Runnable對象，但是要重寫Thread本身的run方法
所以只要用過多線程Thread，應該就對Hanlder這種需要實現handleMessage的兩種方式了然於心了。

我們知道通過sendMessageXXX系列方法可以向消息隊列中添加消息，我們通過源碼可以看出這些方法的調用順序，
sendMessage調用了sendMessageDelayed，sendMessageDelayed又調用了sendMessageAtTime。
Handler中還有一系列的sendEmptyMessageXXX方法，而這些sendEmptyMessageXXX方法在其內部又分別調用了其對應的sendMessageXXX方法。

通過以下調用關系圖我們可以看的更清楚些:

由此可見所有的sendMessageXXX方法和sendEmptyMessageXXX最終都調用了sendMessageAtTime方法。

我們再來看看postXXX方法，會發現postXXX方法在其內部又調用了對應的sendMessageXXX方法，我們可以查看下sendMessage的源碼:

public final boolean post(Runnable r)
{
  return sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);
}

可以看到內部調用了getPostMessage方法，該方法傳入一個Runnable對象，得到一個Message對象，getPostMessage的源碼如下:

private static Message getPostMessage(Runnable r) {
  Message m = Message.obtain();
  m.callback = r;
  return m;
 }

通過上面的代碼我們可以看到在getPostMessage方法中，我們創建了一個Message對象，並將傳入的Runnable對象賦值給Message的callback成員字段，然後返回該Message，然後在post方法中該攜帶有Runnable信息的Message傳入到sendMessageDelayed方法中。由此我們可以看到所有的postXXX方法內部都需要借助sendMessageXXX方法來實現，所以postXXX與sendMessageXXX並不是對立關系，而是postXXX依賴sendMessageXXX，所以postXXX方法可以通過sendMessageXXX方法向消息隊列中傳入消息，只不過通過postXXX方法向消息隊列中傳入的消息都攜帶有Runnable對象（Message.callback）。

我們可以通過如下關系圖看清楚postXXX系列方法與sendMessageXXX方法之間的調用關系：

通過分別分析sendEmptyMessageXXX、postXXX方法與sendMessageXXX方法之間的關系，我們可以看到在Handler中所有可以直接或間接向消息隊列發送Message的方法最終都調用了sendMessageAtTime方法，該方法的源碼如下：

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;
  }
  //注意下面這行代碼
  return enqueueMessage(queue, msg, uptimeMillis);
}

該方法內部調用了enqueueMessage方法，該方法的源碼如下：

private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
  //注意下面這行代碼
  msg.target = this;
  if (mAsynchronous) {
   msg.setAsynchronous(true);
  }
  //注意下面這行代碼
  return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}

在該方法中有兩件事需要注意：

• 1. msg.target = this

該代碼將Message的target綁定為當前的Handler

• 2. queue.enqueueMessage

變量queue表示的是Handler所綁定的消息隊列MessageQueue，通過調用queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis)我們將Message放入到消息隊列中。

所以我們通過下圖可以看到完整的方法調用順序：

我們在分析Looper.loop()的源碼時發現，Looper一直在不斷的從消息隊列中通過MessageQueue的next方法獲取Message，然後通過代碼msg.target.dispatchMessage(msg)讓該msg所綁定的Handler（Message.target）執行dispatchMessage方法以實現對Message的處理。
Handler的dispatchMessage的源碼如下：

public void dispatchMessage(Message msg) {
  //注意下面這行代碼
  if (msg.callback != null) {
   handleCallback(msg);
  } else {
    //注意下面這行代碼
   if (mCallback != null) {
    if (mCallback.handleMessage(msg)) {
     return;
    }
   }
    //注意下面這行代碼
   handleMessage(msg);
  }
}

我們來分析下這段代碼：

1.首先會判斷msg.callback存不存在，msg.callback是Runnable類型，如果msg.callback存在，那麼說明該Message是通過執行Handler的postXXX系列方法將Message放入到消息隊列中的，這種情況下會執行handleCallback(msg), handleCallback源碼如下：

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

這樣我們我們就清楚地看到我們執行了msg.callback的run方法，也就是執行了postXXX所傳遞的Runnable對象的run方法。

2.如果我們不是通過postXXX系列方法將Message放入到消息隊列中的，那麼msg.callback就是null，代碼繼續往下執行，接著我們會判斷Handler的成員字段mCallback存不存在。mCallback是Hanlder.Callback類型的，我們在上面提到過，在Handler的構造函數中我們可以傳遞Hanlder.Callback類型的對象，該對象需要實現handleMessage方法，如果我們在構造函數中傳遞了該Callback對象，那麼我們就會讓Callback的handleMessage方法來處理Message。

3.如果我們在構造函數中沒有傳入Callback類型的對象，那麼mCallback就為null,那麼我們會調用Handler自身的hanldeMessage方法，該方法默認是個空方法，我們需要自己是重寫實現該方法。

綜上，我們可以看到Handler提供了三種途徑處理Message，而且處理有前後優先級之分：首先嘗試讓postXXX中傳遞的Runnable執行，其次嘗試讓Handler構造函數中傳入的Callback的handleMessage方法處理，最後才是讓Handler自身的handleMessage方法處理Message。

希望本文對於大家理解Android中的Handler和消息循環機制有所幫助。