本系列文章將分N篇介紹Android中的消息機(jī)制。

1. 概述和設(shè)計(jì)架構(gòu)
2. Message和MessageQueue
3. Looper
4. Handler
5. Handler使用實(shí)戰(zhàn)
6. Handler引起的內(nèi)存溢出
7. ThreadLocal

Android的應(yīng)用程序和Windows應(yīng)用程序一樣，都是由消息驅(qū)動(dòng)的。在Android操作系統(tǒng)中，谷歌也實(shí)現(xiàn)了消息循環(huán)處理機(jī)制。

相關(guān)概念

學(xué)習(xí)Android的消息機(jī)制，有幾個(gè)設(shè)計(jì)概念我們必須了解：

1. 消息：Message
   消息（Message）代表一個(gè)行為（what）或者一串動(dòng)作（Runnable）,每一個(gè)消息在加入消息隊(duì)列時(shí)，都有明確的目標(biāo)（Handler）。
2. 消息隊(duì)列：MessageQueue
   以隊(duì)列的形式對(duì)外提供插入和刪除的工作，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是以鏈表的形式存儲(chǔ)消息的。
3. Looper
   Looper是循環(huán)的意思，它負(fù)責(zé)從消息隊(duì)列中循環(huán)的取出消息然后把消息交給目標(biāo)(Handler)處理。
4. Handler
   消息的真正處理者，具備獲取消息、發(fā)送消息、處理消息、移除消息等功能。
5. 線程
   線程，CPU調(diào)度資源的基本單位。Android中的消息機(jī)制也是基于線程中的概念。
6. ThreadLocal
   可以理解為ThreadLocalData,ThreadLocal的作用是提供線程內(nèi)的局部變量（TLS），這種變量在線程的生命周期內(nèi)起作用，每一個(gè)線程有他自己所屬的值（線程隔離）。

5、6為牽涉到的概念，不是本文重點(diǎn)。會(huì)另起文章討論

平時(shí)我們最常使用的就是Message與Handler了，如果使用過(guò)HandlerThread或者自己實(shí)現(xiàn)類似HandlerThread的東西可能還會(huì)接觸到Looper，而MessageQueue是Looper內(nèi)部使用的，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的SDK，我們是無(wú)法實(shí)例化并使用的（構(gòu)造函數(shù)是包可見(jiàn)性）。

我們平時(shí)接觸到的Looper、Message、Handler都是用JAVA實(shí)現(xiàn)的，Android是一個(gè)基于Linux的系統(tǒng)，底層用C、C++實(shí)現(xiàn)的，而且還有NDK的存在，Android消息驅(qū)動(dòng)的模型為了消息的及時(shí)性、高效性，在Native層也設(shè)計(jì)了Java層對(duì)應(yīng)的類如Looper、MessageQueue等。

handle機(jī)制.jpg

他們?nèi)绾螀f(xié)作

Handler、MessageQueue、Looper如何協(xié)作

一句話總結(jié)為：Looper不斷從MessageQueue中取出一個(gè)Message，然后交給其對(duì)應(yīng)的Handler處理。

他們之間的類圖如下：

Handler、Looper、Message、MessageQueue類圖

從上文兩張圖中我們可以得到以下結(jié)論：

1. Looper依賴于MessageQueue和Thread，每個(gè)Thread只對(duì)應(yīng)一個(gè)Looper，每個(gè)Looper只對(duì)應(yīng)一個(gè)MessageQueue（一對(duì)一）。
2. MessageQueue依賴于Message，每個(gè)MessageQueue中有N個(gè)待處理消息（一對(duì)N）。
3. Message依賴于Handler來(lái)進(jìn)行處理，每個(gè)Message有且僅有一個(gè)對(duì)應(yīng)的Handler。（一對(duì)一）
4. Handler中持有Looper和MessageQueue的引用，可直接對(duì)其進(jìn)行操作。

還有一點(diǎn)要說(shuō)明的是：普通的線程是沒(méi)有l(wèi)ooper的，如果需要looper對(duì)象，那么必須要先調(diào)用Looper.prepare()方法，而且一個(gè)線程只能有一個(gè)looper。調(diào)用完以后，此線程就成為了所謂的LooperThread,若在當(dāng)前LooperThread中創(chuàng)建Handler對(duì)象，那么此Handler會(huì)自動(dòng)關(guān)聯(lián)到當(dāng)前線程的looper對(duì)象，也就是擁有l(wèi)ooper的引用。
下面是官方給出的LooperThread最標(biāo)準(zhǔn)的用法。

class LooperThread extends Thread {
public Handler mHandler;

public void run() {
Looper.prepare();

mHandler = new Handler() {
public void handleMessage(Message msg) {
// process incoming messages here
}
};

Looper.loop();
}

為什么我們需要這樣的消息處理機(jī)制

1. 不阻塞主線程
   Android應(yīng)用程序啟動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)創(chuàng)建一個(gè)主線程，負(fù)責(zé)與UI組件（widget、view）進(jìn)行交互，比如控制UI界面界面顯示、更新等；分發(fā)事件給UI界面處理，比如按鍵事件、觸摸事件、屏幕繪圖事件等，因此，Android主線程也稱為UI線程。
   由此可知，UI線程只能處理一些簡(jiǎn)單的、短暫的操作，如果要執(zhí)行繁重的任務(wù)或者耗時(shí)很長(zhǎng)的操作，比如訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)、下載等，這種單線程模型會(huì)導(dǎo)致線程運(yùn)行性能大大降低，甚至阻塞UI線程，如果被阻塞超過(guò)5秒，系統(tǒng)會(huì)提示應(yīng)用程序無(wú)相應(yīng)對(duì)話框，縮寫(xiě)為ANR，導(dǎo)致退出整個(gè)應(yīng)用程序或者短暫殺死應(yīng)用程序。
   Android系統(tǒng)將大部分耗時(shí)、繁重任務(wù)交給子線程完成，不會(huì)在主線程中完成。
2. 并發(fā)程序設(shè)計(jì)的有序性
   單線程模型的UI主線程也是不安全的，會(huì)造成不可確定的結(jié)果。
   線程不安全簡(jiǎn)單理解為：多線程訪問(wèn)資源時(shí)，有可能出現(xiàn)多個(gè)線程先后更改數(shù)據(jù)造成數(shù)據(jù)不一致。比如，A工作線程（也稱為子線程）訪問(wèn)某個(gè)公共UI資源，B工作線程在某個(gè)時(shí)候也訪問(wèn)了該公共資源，當(dāng)B線程正訪問(wèn)時(shí)，公共資源的屬性已經(jīng)被A改變了，這樣B得到的結(jié)果不是所需要的的，造成了數(shù)據(jù)不一致的混亂情況。
   線程安全簡(jiǎn)單理解為：當(dāng)一個(gè)線程訪問(wèn)功能資源時(shí)，對(duì)該資源進(jìn)程了保護(hù)，比如加了鎖機(jī)制，當(dāng)前線程在沒(méi)有訪問(wèn)結(jié)束釋放鎖之前，其他線程只能等待直到釋放鎖才能訪問(wèn)，這樣的線程就是安全的。
   Android只允許主線程更新UI界面，子線程處理后的結(jié)果無(wú)法和主線程交互，即無(wú)法直接訪問(wèn)主線程，這就要用到Handler機(jī)制來(lái)解決此問(wèn)題?；贖andler機(jī)制，在子線程先獲得Handler對(duì)象，該對(duì)象將數(shù)據(jù)發(fā)送到主線程消息隊(duì)列，主線程通過(guò)Loop循環(huán)獲取消息交給Handler處理。

是如何完成跨線程通信的

Handler發(fā)送消息后添加消息到消息隊(duì)列，然后消息在恰當(dāng)時(shí)候出列，都是由Handler來(lái)執(zhí)行，那么是如何完成跨線程通信的？
這里就牽涉到了Linux系統(tǒng)的跨線程通信的知識(shí)，Android中采用的是Linux中的管道通信。
Looper是通過(guò)管道(pipe)實(shí)現(xiàn)的。
關(guān)于管道，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，管道就是一個(gè)文件。
在管道的兩端，分別是兩個(gè)打開(kāi)文件文件描述符，這兩個(gè)打開(kāi)文件描述符都是對(duì)應(yīng)同一個(gè)文件，其中一個(gè)是用來(lái)讀的，別一個(gè)是用來(lái)寫(xiě)的。
一般的使用方式就是，一個(gè)線程通過(guò)讀文件描述符中來(lái)讀管道的內(nèi)容，當(dāng)管道沒(méi)有內(nèi)容時(shí)，這個(gè)線程就會(huì)進(jìn)入等待狀態(tài)，而另外一個(gè)線程通過(guò)寫(xiě)文件描述符來(lái)向管道中寫(xiě)入內(nèi)容，寫(xiě)入內(nèi)容的時(shí)候，如果另一端正有線程正在等待管道中的內(nèi)容，那么這個(gè)線程就會(huì)被喚醒。這個(gè)等待和喚醒的操作是如何進(jìn)行的呢，這就要借助Linux系統(tǒng)中的epoll機(jī)制了。 Linux系統(tǒng)中的epoll機(jī)制為處理大批量句柄而作了改進(jìn)的poll，是Linux下多路復(fù)用IO接口select/poll的增強(qiáng)版本，它能顯著減少程序在大量并發(fā)連接中只有少量活躍的情況下的系統(tǒng)CPU利用率。

(01) pipe(wakeFds)，該函數(shù)創(chuàng)建了兩個(gè)管道句柄。
(02) mWakeReadPipeFd=wakeFds[0]，是讀管道的句柄。
(03) mWakeWritePipeFd=wakeFds1，是寫(xiě)管道的句柄。
(04) epoll_create(EPOLL_SIZE_HINT)是創(chuàng)建epoll句柄。
(05) epoll_ctl(mEpollFd, EPOLL_CTL_ADD, mWakeReadPipeFd, & eventItem)，它的作用是告訴mEpollFd，它要監(jiān)控mWakeReadPipeFd文件描述符的EPOLLIN事件，即當(dāng)管道中有內(nèi)容可讀時(shí)，就喚醒當(dāng)前正在等待管道中的內(nèi)容的線程。

這樣一個(gè)線程（比如UI線程）消息隊(duì)列和Looper就準(zhǔn)備就緒了。

消息隊(duì)列創(chuàng)建時(shí)，會(huì)調(diào)用JNI函數(shù)，初始化NativeMessageQueue對(duì)象。NativeMessageQueue則會(huì)初始化Looper對(duì)象。Looper的作用就是，當(dāng)Java層的消息隊(duì)列中沒(méi)有消息時(shí)，就使Android應(yīng)用程序主線程進(jìn)入等待狀態(tài)，而當(dāng)Java層的消息隊(duì)列中來(lái)了新的消息后，就喚醒Android應(yīng)用程序的主線程來(lái)處理這個(gè)消息。

由于鄙人C++荒廢，在此不做過(guò)多探討。
關(guān)于C++層邏輯可參考文章：
Android應(yīng)用程序消息處理機(jī)制（Looper、Handler）分析
Android消息機(jī)制-Handler(native篇)
Android消息處理機(jī)制(Handler、Looper、MessageQueue與Message)
Android消息機(jī)制架構(gòu)和源碼解析

本系列文章參考的資料還有：
書(shū)籍：深入理解Android內(nèi)核設(shè)計(jì)思想
Android源碼分析-消息隊(duì)列和Looper
Android消息循環(huán)機(jī)制源碼分析
Handler Looper MessageQueue 詳解