前言：
对于一个Android研发而言，亲身体会就是不管在平时开发或者面试的时候，Handler消息机制毋庸置疑都是一个必备的知识点，所以这边留一份个人笔记，如有分析不对的地方，还望指出！
目录：
1、如何分析Handler源码
2、源码大致流程：消息的入队与出队
3、从大致流程进入细化分析
3.1、Handler、Looper、MessageQueue三者之间的关系
3.2、Handler、Looper、MessageQueue之间的协作
总结图1：Handler在子线程中发送消息，消息会被添加到MessageQueue消息队列中，再来由Handler所处的当前线程的Looper来不断的轮询MessageQueue以获取出队消息，最后调用dispatchMessage进行消息传递给handleMessage进行处理：
image.png
1、如何分析源码
众所皆知的Android源码的有很多，涉及到一个类或者多个类，一个类中又有很多代码，所以这边最简单的分析方式就是回归到Handler的使用中来，也就是如何使用Handler
1.1、实例一个Handler对象（主线程）
1.2、在子线程中使用Handler发送一个消息，如：handler.sendEmptyMessage(1)
1.3、消息发送出之后（执行1.2步骤），消息最终会被转发到我们new出来的Handler中的handleMessage方法进行处理（子线程消息发送到主线程中处理）
以上3个步骤即为我们对Handler的基本使用方式，所以，我们可以以发送消息的时机，作为源码分析的切入点，并留下一个疑问：
问题1：子线程发送的消息为什么是在主线程中接收的呢？
2、源码大致流程：消息的入队与出队
2.1、消息发送：sendMessage(Message msg) \ sendEmptyMessage(int what) \ postDelayed(Runnable r, long delayMillis) 等等
2.2、消息及发送时间处理：sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis)
2.3、消息队列添加：enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis)
2.4、消息出队：到这里，既然有消息添加到队列中的流程，而且我们最终都会获得相应的消息返回，那么消息是如何出队的呢？带着这个疑问，我们最终在MessageQueue 消息队列中找到一个函数名称为 next() 的函数。
问题2：这个next()函数 是在什么时候调用的呢？
在Handler源码上，以消息发送作为分析切入点来查看，如2.1罗列的几种消息发送方式，我们都可以很清楚的发现，消息都是调用了sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis)，最终调用到sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis)，然后在该方法里面调用了enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis)，到这里，不管从方法名称还是局部变量的名称来看，这边都出现了一个队列的信息，所以可以知道Handler的消息发送最终是在sendMessageAtTime里面调用了MessageQueue.enqueueMessage()对消息进行队列添加，然后调用了MessageQueue.next()进行消息轮询并返回Message结果。
3、从大致流程进入细化分析
3.1、Handler、Looper、MessageQueue三者之间的 关系图2 如下：
image.png
在分析到第2步的sendMessageAtTime结束时，我们这边引出了一个消息队列的内容：MessageQueue queue = mQueue
/**
* Enqueue a message at the front of the message queue, to be processed on
* the next iteration of the message loop. You will receive it in
* {@link #handleMessage}, in the thread attached to this handler.
* <b>This method is only for use in very special circumstances -- it
* can easily starve the message queue, cause ordering problems, or have
* other unexpected side-effects.</b>
*
* @return Returns true if the message was successfully placed in to the
* message queue. Returns false on failure, usually because the
* looper processing the message queue is exiting.
*/
public final boolean sendMessageAtFrontOfQueue(Message msg) {
MessageQueue queue = mQueue;
if (queue == null) {
RuntimeException e = new RuntimeException(
this + " sendMessageAtTime() called with no mQueue");
Log.w("Looper", e.getMessage(), e);
return false;
}
return enqueueMessage(queue, msg, 0);
}
private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
msg.target = this;
if (mAsynchronous) {
msg.setAsynchronous(true);
}
return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}
问题：mQueue是什么东西？这个mQueue是怎么来的？所以我们在Handler的构造方法中找到了它的初始化位置
/**
* Use the {@link Looper} for the current thread with the specified callback interface
* and set whether the handler should be asynchronous.
*
* Handlers are synchronous by default unless this constructor is used to make
* one that is strictly asynchronous.
*
* Asynchronous messages represent interrupts or events that do not require global ordering
* with respect to synchronous messages. Asynchronous messages are not subject to
* the synchronization barriers introduced by {@link MessageQueue#enqueueSyncBarrier(long)}.
*
* @param callback The callback interface in which to handle messages, or null.
* @param async If true, the handler calls {@link Message#setAsynchronous(boolean)} for
* each {@link Message} that is sent to it or {@link Runnable} that is posted to it.
*
* @hide
*/
public Handler(Callback callback, boolean async) {
if (FIND_POTENTIAL_LEAKS) {
final Class<? extends Handler> klass = getClass();
if ((klass.isAnonymousClass() || klass.isMemberClass() || klass.isLocalClass()) &&
(klass.getModifiers() & Modifier.STATIC) == 0) {
Log.w(TAG, "The following Handler class should be static or leaks might occur: " +
klass.getCanonicalName());
}
}
mLooper = Looper.myLooper();
if (mLooper == null) {
throw new RuntimeException(
"Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");
}
mQueue = mLooper.mQueue;
mCallback = callback;
mAsynchronous = async;
}
到此，从上面的两段源码，且带着第2点中，next()被调用的时机问题，我们引出了os/Handler中的两个成员变量
final Looper mLooper;
final MessageQueue mQueue;
MessageQueue 对象是从Looper中获得的，也就是说mQueue是在Looper中实例化的，所以很明显，Handler中的消息队列MessageQueue 是从轮询器Looper中获得的。
那么问题来了：为什么消息队列要在轮询器中进行实例化，请看以下源码
/**
* Return the {@link MessageQueue} object associated with the current
* thread. This must be called from a thread running a Looper, or a
* NullPointerException will be thrown.
*/
public static @NonNull MessageQueue myQueue() {
return myLooper().mQueue;
}
private Looper(boolean quitAllowed) {
mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
mThread = Thread.currentThread();
}
MessageQueue在Looper中进行实例化，也就是说一个Looper就有一个MessageQueue，属于绑定关系，从而得出一个Looper只能轮询一个消息队列
所以可得出如关系图2中Handler、Looper、MessageQueue三者的关系：Handler中持有Looper和MessageQueue，Looper中持有MessageQueue，而且Handler中的MessageQueue来自于Looper中的MessageQueue。
Handler是使用时通过New实例化出来的，MessageQueue是在Looper中进行实例的，那么这个Looper是如何实例化的？所以这边我们将引出 ActivityThread。而ActivityThread是什么东西呢？这边就稍微介绍一下：
安卓应用程序作为一个控制类程序，跟Java程序类似，都是有一个入口的，而这个入口就是ActivityThread的main函数：
public static void main(String[] args) {
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "ActivityThreadMain");
SamplingProfilerIntegration.start();
// CloseGuard defaults to true and can be quite spammy. We
// disable it here, but selectively enable it later (via
// StrictMode) on debug builds, but using DropBox, not logs.
CloseGuard.setEnabled(false);
Environment.initForCurrentUser();
// Set the reporter for event logging in libcore
EventLogger.setReporter(new EventLoggingReporter());
// Make sure TrustedCertificateStore looks in the right place for CA certificates
final File configDir = Environment.getUserConfigDirectory(UserHandle.myUserId());
TrustedCertificateStore.setDefaultUserDirectory(configDir);
Process.setArgV0("<pre-initialized>");
Looper.prepareMainLooper();
ActivityThread thread = new ActivityThread();
thread.attach(false);
if (sMainThreadHandler == null) {
sMainThreadHandler = thread.getHandler();
}
if (false) {
Looper.myLooper().setMessageLogging(new
LogPrinter(Log.DEBUG, "ActivityThread"));
}
// End of event ActivityThreadMain.
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
Looper.loop();
throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
}
以上的main函数代码中，我们还需要意识到两个问题：
1.我们之所以可以在Activity用Handler handler=new Handler()直接创建出来就默认绑定到主线程了，是因为上面的代码为我们做了绑定主线程的Looper的事情，
2.主线程的Looper是不能在程序中调用退出的，最后一句代码看到没，如果调用的话，就会抛出异常，退出主线程的循环是框架层在调用退出应用程序的时候才调用的
/**
* Initialize the current thread as a looper, marking it as an
* application's main looper. The main looper for your application
* is created by the Android environment, so you should never need
* to call this function yourself. See also: {@link #prepare()}
*/
public static void prepareMainLooper() {
prepare(false);
synchronized (Looper.class) {
if (sMainLooper != null) {
throw new IllegalStateException("The main Looper has already been prepared.");
}
sMainLooper = myLooper();
}
}
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ActivityThread的main中调用了 Looper.prepareMainLooper() -> prepare(false) -> sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed))， 这么一来，是不是执行到了上面的Looper构造函数中了？到这里，细心的人会发现这么一个问题：
问题3：Looper被实例化出来之后并没有直接返回，而是被set到了ThreadLocal中？
Handler与Looper是成对出现的，一个子线程发送消息，一个主线程接收消息，那么这边就涉及到了多线程，线程之间的通讯，是需要保证数据的安全，即数据隔离，所以使用到了ThreadLocal进行线程管理：如A线程在获取数据时只能获取A线程所控制的数据，而不能去获取到B线程中对应的数据，否则就会引起数据不同步，比如A线程数据被B线程数据所覆盖之类的问题，同时也验证了一个线程只能关联一个Looper对象。
所以问题3解决了。最后这个main的结尾，调用了 Looper.loop(); 进行轮询消息队列！ 是不是很完美了？
3.2、Handler、Looper、MessageQueue之间的协作
通过前面的源码分析，我们已经知道了消息是如果添加到消息队列了。我们再来看消息的出队分析。
以下在Looper轮询器中的loop()中我们看到这样一句代码：Message msg = queue.next(); // might block
/**
* 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
final Printer logging = me.mLogging;
if (logging != null) {
logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " +
msg.callback + ": " + msg.what);
}
final long traceTag = me.mTraceTag;
if (traceTag != 0 && Trace.isTagEnabled(traceTag)) {
Trace.traceBegin(traceTag, msg.target.getTraceName(msg));
}
try {
msg.target.dispatchMessage(msg);
} finally {
if (traceTag != 0) {
Trace.traceEnd(traceTag);
}
}
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.recycleUnchecked();
}
}
所以通过以上代码，我们可以知道消息的出队，是在Looper这个轮询器中的loop()函数通过死循环的方式：for (;;)，不断的通过队列的next()方法中拿到消息：queue.next()，并且如果队列消息为null了，就跳出该轮询。所以问题2是不是已经解决了？
在出队过程中，也就是MessageQueue消息队列中的next()函数中，我们可以知道next()返回的是一个Message消息对象，从函数注释上来看：当轮询器 loop 轮询的时候会返回一条消息，且从代码for (;;)循环的代码中可以看出，是在这里不断的拿到消息队列并返回下一条消息，到这里，我们需要注意的是因为这个消息是可以循环使用的，而且我们可以看到这样一个native函数调用：nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);所以我们可以得出消息的循环使用内存是通过C++来维护完成的(这边因为对native没有深入研究，所以pass这块！)
Message next() {
// Return here if the message loop has already quit and been disposed.
// This can happen if the application tries to restart a looper after quit
// which is not supported.
final long ptr = mPtr;
if (ptr == 0) {
return null;
}
int pendingIdleHandlerCount = -1; // -1 only during first iteration
int nextPollTimeoutMillis = 0;
for (;;) {
if (nextPollTimeoutMillis != 0) {
Binder.flushPendingCommands();
}
nativePollOnce(ptr, 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 (DEBUG) Log.v(TAG, "Returning message: " + msg);
msg.markInUse();
return msg;
}
} else {
// No more messages.
nextPollTimeoutMillis = -1;
}
// Process the quit message now that all pending messages have been handled.
if (mQuitting) {
dispose();
return null;
}
// If first time idle, then get the number of idlers to run.
// Idle handles only run if the queue is empty or if the first message
// in the queue (possibly a barrier) is due to be handled in the future.
if (pendingIdleHandlerCount < 0
&& (mMessages == null || now < mMessages.when)) {
pendingIdleHandlerCount = mIdleHandlers.size();
}
if (pendingIdleHandlerCount <= 0) {
// No idle handlers to run. Loop and wait some more.
mBlocked = true;
continue;
}
if (mPendingIdleHandlers == null) {
mPendingIdleHandlers = new IdleHandler[Math.max(pendingIdleHandlerCount, 4)];
}
mPendingIdleHandlers = mIdleHandlers.toArray(mPendingIdleHandlers);
}
// Run the idle handlers.
// We only ever reach this code block during the first iteration.
for (int i = 0; i < pendingIdleHandlerCount; i++) {
final IdleHandler idler = mPendingIdleHandlers[i];
mPendingIdleHandlers[i] = null; // release the reference to the handler
boolean keep = false;
try {
keep = idler.queueIdle();
} catch (Throwable t) {
Log.wtf(TAG, "IdleHandler threw exception", t);
}
if (!keep) {
synchronized (this) {
mIdleHandlers.remove(idler);
}
}
}
// Reset the idle handler count to 0 so we do not run them again.
pendingIdleHandlerCount = 0;
// While calling an idle handler, a new message could have been delivered
// so go back and look again for a pending message without waiting.
nextPollTimeoutMillis = 0;
}
}
到这边，如果所有的分析及源码查看都看懂的话，我们就已经掌握了在整个Handler消息机制中，是如何从一个消息的发送，进行了怎么样的世界环游，最终如何回到了Handler的handleMessage中的！
分析到这里为止，如果还没蒙圈的人会发现，我们在前面提出过的几个问题都解决了，那么问题1呢？
子线程发送的消息为什么是在主线程中接收的呢？
其实我们在前面也已经有提及到了该问题，就是为什么在ActivityThread的main中实例化的Looper对象是被set到了ThreadLocal中。
在java中，main是不是主线程呢？不需要解释了吧。看代码：当前线程中Looper的获取方式
/**
* Return the Looper object associated with the current thread. Returns
* null if the calling thread is not associated with a Looper.
*/
public static @Nullable Looper myLooper() {
return sThreadLocal.get();
}
程序一开始在ActivityThread在执行main函数时实例化Looper，然后保存到了ThreadLocal中。而我们在主线程中new了一个Handler，那么Handler默认对应的Looper就是主线程的Looper：通过以上代码，从ThreadLocal管理中获取出当前线程(主线程)对应的Looper对象，所以对应的Looper自然也是主线程的Looper，明白了吗？
所以主线程的Looper在轮询出消息队列MessageQueue中的消息时，就是出于主线程中，这样问题1是不是就清楚了。
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