参考资料《Android开发艺术探索》

提到消息机制读者应该都不陌生，在日常开发中不可避免地要涉及这方面的内容。从开发的角度来说，Handler是Android消息机制的上层接口，这使得在开发过程中只需要和Handler交互即可。Handler的使用过程很简单，通过它可以轻松的将一个任务切换到Handler所造的线程中去执行。很多人认为Handler的作用是更新UI，这的确没错，但是更新UI仅仅是Handler的一个特殊的使用场景。具体来说是这样的：有时候需要在子线程中进行的I/O操作，可能是读取文件或者访问网络等，当耗时操作完成以后可能需要在UI上做一些改变，由于Android开发规范的限制，我们并不能在子线程中访问UI控件，否则就会触发程序异常，这个时候通过Handler就可以将更新UI的操作切换到主线程中执行。因此，本质上来说，Handler并不是专门用于更细UI的，它只是被开发者用来更新UI。
Android的消息机制主要是指Handler的运行机制，Handler的运行需要底层的MessageQueue的Looper的支撑。MessageQueue的中文翻译是消息队列，顾名思义，它的内部存储了一组消息，以队列的形式对外提供插入和删除的工作。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。Looper的中文翻译为循环，在这里可以理解为消息循环。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查找是否有新消息，如果有的话就处理消息，否则就一直等待。Looper中还有一个特殊概念，那就是ThreadLocal，ThreadLocal并不是线程，它的作用是可以在每个线程中存储数据。我们知道，Handler创建的时候会采用当前线程的Looper来构造消息循环系统，那么Handler内部如何获取到当前线程的Looper呢？这就要使用ThreadLocal了，ThreadLocal可以在不同的线程中互不干扰地存储并提供数据，通过ThreadLocal可以轻松获取每个线程的Looper。当然需要注意的是，线程是默认没有Looper的，如果需要使用Handler就必须为线程创建Looper。我们经常提到的主线程，也叫UI线程，它就是ActivityThread，ActivityThread被创建时就会初始化Looper，这也是在主线程中默认可以使用Handler的原因。

Android的消息机制概述

前面提到，Android的消息机制主要是指Handler的运行机制以及Handler所附带的MessageQueue和Looper的工作过程，这三者实际上是一个整体，只不过我们在开发过程中比较多地接触到Handler而已。Handler的主要作用是将一个任务切换到指定的线程中去执行，那么Android为什么要提供这个功能呢？或者说Android为什么需要提供在某个具体的线程中执行任务这种功能呢？这是因为Android规定访问UI只能在主线程中进行，如果在子线程中访问UI，那么程序就会抛出异常。ViewRootImpl对UI操作做了验证，这个验证工作是由ViewRootImpl的checkThread方法来完成的。
针对checkThread方法中抛出的异常信息，相信在开发的过程中都曾经遇到过。由于这一点的限制，导致必须在主线程中访问UI，但是Android又建议不要在主线程中进行耗时操作，否则会导致程序无法响应的ANR。考虑一种情况，假如我们需要从服务端拉取一些信息并将其显示在UI上，这个时候必须在子线程中进行拉取工作，拉取完毕后又不能在子线程中直接访问UI，如果没有Handler，那么我们的确没有办法将访问UI的工作切换到主线程中去执行。因此，系统之所以提供Handler，主要原因就是为了解决在子线程中无法访问UI的矛盾。
在延伸一点，系统为什么不允许在子线程中访问UI呢？这是因为Android的UI控件不是线程安全的，如果在多线程中并发访问可能会导致UI控件处于不可预期的状态，那为什么系统不对UI控件的访问加上锁机制呢？缺点有两个：首先加上锁机制会让UI访问的逻辑变得复杂；其次锁机制会降低UI访问的效率，因为锁机制会阻塞某些线程的执行。鉴于这两个缺点，最简单且高效的方法就是采用单线程模型来处理UI操作，对于开发者来说也不是很麻烦，只是需要通过Handler切换一下UI访问的执行线程即可。
Handler的使用方法这里就不做介绍了，这里描述一下Handler的工作原理。Handler创建时会采用当前线程的Looper来构建内部的消息循环系统，如果当前线程没有Looper，那么就会报错。
如何解决上述问题呢？其实很简单，只需要为当前线程创建Looper即可，或者在一个有Looper的线程中创建Handler也行。
Handler创建完毕后，这个时候其内部的Looper以及MessageQueue就可以和Handler一起协同工作了，然后通过Handler的post方法将一个Runnable投递到Handler内部的Looper中去处理，也可以通过Handler的send方法发送一个消息，这个消息同样会在Looper中去处理。其实post方法最终也是通过send方法来完成的，接下来主要看一下send方法的工作过程。当Handler的send方法呗调用时，它会调用MessageQueue的enqueueMessage方法将这个消息放入消息队列中，然后Looper发现有新消息到来时，就会处理这个消息，最终消息中的Runnable或者Handler的handleMessage方法就会被调用。注意Looper是运行在创建Handler所在的线程中的，这样一来Handler中的业务逻辑就被切换到创建Handler所在的线程中去执行了。

Android的消息机制分析

ThreadLocal的工作原理

ThreadLocal是一个线程内部的数据存储类，通过它可以在指定的线程中存储数据，数据存储以后，只有在指定线程中可以获取到存储的数据，对于其他线程来说则无法获取到数据。在日常开发中用到ThreadLocal的地方较少，但是在某些特殊的场景下，通过ThreadLocal可以轻松实现一些看起来很复杂的功能，这一点在Android的源码中也有所体现，比如Looper，ActivityThread，以及AMS中都用到了ThreadLocal。具体到ThreadLocal的使用场景，这个不好统一来描述，一般来说，当某些数据是以线程为作用域并且不同线程具有不同的数据副本的时候，就可以考虑采用ThreadLocal。比如对于Handler来说，它需要获取当前线程的Looper，很显然Looper的作用域就是线程并且不同线程具有不同的Looper，这个时候通过ThreadLocal就可以轻松实现Looper在线程中的存取。如果不采用ThreadLocal，那么系统就必须提供一个全局的哈希表供Handler查找指定线程的Looper，这样一来就必须提供一个类似于LooperManager的类了，但是系统并没有这么做而是选择了ThreadLocal，这就是ThreadLocal的好处。
ThreadLocal另一个使用场景是复杂逻辑下的对象传递，比如监听器的传递，有些时候一个线程中的任务过于复杂，这可能表现为函数调用栈比较深以及代码入口的多样性，在这种情况下，我们又需要监听器能够贯穿整个线程的执行过程，这个时候可以怎么做呢？其实这时就可以采用ThreadLocal，采用ThreadLocal可以让监听器作为线程内的全局对象而存在，在线程内部只要通过get方法就可以获取到监听器。如果不采用ThreadLocal，那么我们能想到的可能是如下两种方法：第一种方法是将监听器通过参数的形式在函数调用栈中进行传递，第二种方法就是将监听器作为静态变量供线程访问。上述这两种方法都是有局限性的。第一种方法的问题是当函数调用栈很深的时候，通过函数参数来传递监听器对象这几乎是不可接受的，这会让程序的设计看起来很糟糕。第二种方法是可以接受的，但是这种状态是不具有可扩充性的，比如同时有两个线程在执行，那么就需要提供两个静态的监听器对象，如果有10个线程在并发执行呢？提供10个静态的监听器对象？这显然是不可思议的，而采用ThreadLocal，每个监听器对象都在自己的线程内部存储，根本就不会有方法2的这种问题。