Android 源码分析之旅3.1--消息机制源码分析
2017-03-03 本文已影响1298人
小楠总
本篇文章已授权微信公众号 guolin_blog （郭霖）独家发布
本人小楠——一位励志的Android开发者。
前言
在分析Application Framework的时候，经常会看到Handler的使用，尤其见得最多的是“H”这个系统Handler的使用。因此有必要先学习Android中的消息机制。
应用程序的入口分析
应用程序的入口是在ActivityThread的main方法中的（当应用程序启动的时候，会通过底层的C/C++去调用main方法），这个方法在ActivityThread类的最后一个函数里面，核心代码如下：
public static void main(String[] args) {
Environment.initForCurrentUser();
Looper.prepareMainLooper();
ActivityThread thread = new ActivityThread();
thread.attach(false);
if (sMainThreadHandler == null) {
sMainThreadHandler = thread.getHandler();
}
Looper.loop();
}
在分析源码的时候，你可能会发现一些if(false){}之类的语句，这种写法是方便调试的，通过一个标志就可以控制某些代码是否执行，比如说是否输出一些系统的Log。
在main方法里面，首先初始化了我们的Environment对象，然后创建了Looper，然后开启消息循环。根据我们的常识知道，如果程序没有死循环的话，执行完main函数（比如构建视图等等代码）以后就会立马退出了。之所以我们的APP能够一直运行着，就是因为Looper.loop()里面是一个死循环：
public static void loop() {
for (;;) {
}
}
这里有一个小小的知识，就是之所以用for (;;)而不是用while(true)是因为防止一些人通过黑科技去修改这个循环的标志（比如通过反射的方式）
在非主线程里面我们也可以搞一个Handler，但是需要我们主动去为当前的子线程绑定一个Looper，并且启动消息循环。
Looper主要有两个核心的方法，一是prepare，而是开始loop循环。
通过Looper、Handler、Message、MessageQueue等组成了Android的消息处理机制，也叫事件、反馈机制。
为什么需要这样一个消息机制？
我们知道每一个应用程序都有一个主线程，主线程一直循环的话，那么我们的自己的代码就无法执行了。而系统在主线程绑定一个Looper循环器以及消息队列，Looper就像是一个水泵一样不断把消息发送到主线程。如果没有消息机制，我们的代码需要直接与主线程进行访问，操作，切换，访问主线程的变量等等，这样做会带来不安全的问题，另外APP的开发的难度也会提高，同时也不利于整个Android系统的运作。有了消息机制，我们可以简单地通过发送消息，然后Looper把消息发送到主线程，然后就可以执行了。
消息其中包括：
我们自己的操作消息（客户端的Handler）
系统的操作消息（系统Handler）：比如启动Activity等四大组件（例如突然来电话的时候跳转到电话界面）
我们的思路是先分析系统的Handler，然后再去深入理解消息机制里面各个部件。
主线程与Looper的关系.png
举个例子，广播：AMS发送消息到MessageQueue，然后Looper循环，系统的Handler取出来以后才处理。（AMS是处理四大组件的生命周期的一个比较重要的类，在以后我们分析IPC机制以及Activity启动流程的时候会提到）
系统的Handler在哪里？
在ActivityThread的成员变量里面有一个这样的大H（继承Handler），这个就是系统的Handler：
final H mH = new H();
回顾一下ActivityThread的main方法可以知道，在new ActivityThread的时候，系统的Handler就就初始化了，这是一种饿加载的方法，也就是在类被new的时候就初始化成员变量了。另外还有一种懒加载，就是在需要的时候才去初始化，这两种方式在单例设计模式里面比较常见。
public static void main(String[] args) {
Environment.initForCurrentUser();
Looper.prepareMainLooper();
//new 的时候已经把成员变量Handler初始化了
ActivityThread thread = new ActivityThread();
thread.attach(false);
if (sMainThreadHandler == null) {
sMainThreadHandler = thread.getHandler();
}
Looper.loop();
}
下面看系统Handler的定义（看的时候可以跳过一些case，粗略地看即可）：
private class H extends Handler {
public static final int LAUNCH_ACTIVITY = 100;
public static final int PAUSE_ACTIVITY = 101;
public static final int PAUSE_ACTIVITY_FINISHING= 102;
public static final int STOP_ACTIVITY_SHOW = 103;
public static final int STOP_ACTIVITY_HIDE = 104;
public static final int SHOW_WINDOW = 105;
public static final int HIDE_WINDOW = 106;
public static final int RESUME_ACTIVITY = 107;
public static final int SEND_RESULT = 108;
public static final int DESTROY_ACTIVITY = 109;
public static final int BIND_APPLICATION = 110;
public static final int EXIT_APPLICATION = 111;
public static final int NEW_INTENT = 112;
public static final int RECEIVER = 113;
public static final int CREATE_SERVICE = 114;
public static final int SERVICE_ARGS = 115;
public static final int STOP_SERVICE = 116;
public static final int CONFIGURATION_CHANGED = 118;
public static final int CLEAN_UP_CONTEXT = 119;
public static final int GC_WHEN_IDLE = 120;
public static final int BIND_SERVICE = 121;
public static final int UNBIND_SERVICE = 122;
public static final int DUMP_SERVICE = 123;
public static final int LOW_MEMORY = 124;
public static final int ACTIVITY_CONFIGURATION_CHANGED = 125;
public static final int RELAUNCH_ACTIVITY = 126;
public static final int PROFILER_CONTROL = 127;
public static final int CREATE_BACKUP_AGENT = 128;
public static final int DESTROY_BACKUP_AGENT = 129;
public static final int SUICIDE = 130;
public static final int REMOVE_PROVIDER = 131;
public static final int ENABLE_JIT = 132;
public static final int DISPATCH_PACKAGE_BROADCAST = 133;
public static final int SCHEDULE_CRASH = 134;
public static final int DUMP_HEAP = 135;
public static final int DUMP_ACTIVITY = 136;
public static final int SLEEPING = 137;
public static final int SET_CORE_SETTINGS = 138;
public static final int UPDATE_PACKAGE_COMPATIBILITY_INFO = 139;
public static final int TRIM_MEMORY = 140;
public static final int DUMP_PROVIDER = 141;
public static final int UNSTABLE_PROVIDER_DIED = 142;
public static final int REQUEST_ASSIST_CONTEXT_EXTRAS = 143;
public static final int TRANSLUCENT_CONVERSION_COMPLETE = 144;
public static final int INSTALL_PROVIDER = 145;
public static final int ON_NEW_ACTIVITY_OPTIONS = 146;
public static final int CANCEL_VISIBLE_BEHIND = 147;
public static final int BACKGROUND_VISIBLE_BEHIND_CHANGED = 148;
public static final int ENTER_ANIMATION_COMPLETE = 149;
public static final int START_BINDER_TRACKING = 150;
public static final int STOP_BINDER_TRACKING_AND_DUMP = 151;
public static final int MULTI_WINDOW_MODE_CHANGED = 152;
public static final int PICTURE_IN_PICTURE_MODE_CHANGED = 153;
public static final int LOCAL_VOICE_INTERACTION_STARTED = 154;
public void handleMessage(Message msg) {
if (DEBUG_MESSAGES) Slog.v(TAG, ">>> handling: " + codeToString(msg.what));
switch (msg.what) {
case LAUNCH_ACTIVITY: {
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "activityStart");
final ActivityClientRecord r = (ActivityClientRecord) msg.obj;
r.packageInfo = getPackageInfoNoCheck(
r.activityInfo.applicationInfo, r.compatInfo);
handleLaunchActivity(r, null, "LAUNCH_ACTIVITY");
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
} break;
case RELAUNCH_ACTIVITY: {
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "activityRestart");
ActivityClientRecord r = (ActivityClientRecord)msg.obj;
handleRelaunchActivity(r);
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
} break;
case PAUSE_ACTIVITY: {
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "activityPause");
SomeArgs args = (SomeArgs) msg.obj;
handlePauseActivity((IBinder) args.arg1, false,
(args.argi1 & USER_LEAVING) != 0, args.argi2,
(args.argi1 & DONT_REPORT) != 0, args.argi3);
maybeSnapshot();
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
} break;
case PAUSE_ACTIVITY_FINISHING: {
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "activityPause");
SomeArgs args = (SomeArgs) msg.obj;
handlePauseActivity((IBinder) args.arg1, true, (args.argi1 & USER_LEAVING) != 0,
args.argi2, (args.argi1 & DONT_REPORT) != 0, args.argi3);
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
} break;
case STOP_ACTIVITY_SHOW: {
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "activityStop");
SomeArgs args = (SomeArgs) msg.obj;
handleStopActivity((IBinder) args.arg1, true, args.argi2, args.argi3);
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
} break;
case STOP_ACTIVITY_HIDE: {
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "activityStop");
SomeArgs args = (SomeArgs) msg.obj;
handleStopActivity((IBinder) args.arg1, false, args.argi2, args.argi3);
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
} break;
case SHOW_WINDOW:
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "activityShowWindow");
handleWindowVisibility((IBinder)msg.obj, true);
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
break;
case HIDE_WINDOW:
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "activityHideWindow");
handleWindowVisibility((IBinder)msg.obj, false);
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
break;
case RESUME_ACTIVITY:
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "activityResume");
SomeArgs args = (SomeArgs) msg.obj;
handleResumeActivity((IBinder) args.arg1, true, args.argi1 != 0, true,
args.argi3, "RESUME_ACTIVITY");
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
break;
case SEND_RESULT:
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "activityDeliverResult");
handleSendResult((ResultData)msg.obj);
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
break;
case DESTROY_ACTIVITY:
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "activityDestroy");
handleDestroyActivity((IBinder)msg.obj, msg.arg1 != 0,
msg.arg2, false);
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
break;
case BIND_APPLICATION:
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "bindApplication");
AppBindData data = (AppBindData)msg.obj;
handleBindApplication(data);
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
break;
case EXIT_APPLICATION:
if (mInitialApplication != null) {
mInitialApplication.onTerminate();
}
Looper.myLooper().quit();
break;
case NEW_INTENT:
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "activityNewIntent");
handleNewIntent((NewIntentData)msg.obj);
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
break;
case RECEIVER:
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "broadcastReceiveComp");
handleReceiver((ReceiverData)msg.obj);
maybeSnapshot();
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
break;
case CREATE_SERVICE:
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, ("serviceCreate: " + String.valueOf(msg.obj)));
handleCreateService((CreateServiceData)msg.obj);
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
break;
case BIND_SERVICE:
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "serviceBind");
handleBindService((BindServiceData)msg.obj);
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
break;
case UNBIND_SERVICE:
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "serviceUnbind");
handleUnbindService((BindServiceData)msg.obj);
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
break;
case SERVICE_ARGS:
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, ("serviceStart: " + String.valueOf(msg.obj)));
handleServiceArgs((ServiceArgsData)msg.obj);
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
break;
case STOP_SERVICE:
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "serviceStop");
handleStopService((IBinder)msg.obj);
maybeSnapshot();
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
break;
case CONFIGURATION_CHANGED:
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "configChanged");
mCurDefaultDisplayDpi = ((Configuration)msg.obj).densityDpi;
handleConfigurationChanged((Configuration)msg.obj, null);
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
break;
case CLEAN_UP_CONTEXT:
ContextCleanupInfo cci = (ContextCleanupInfo)msg.obj;
cci.context.performFinalCleanup(cci.who, cci.what);
break;
case GC_WHEN_IDLE:
scheduleGcIdler();
break;
case DUMP_SERVICE:
handleDumpService((DumpComponentInfo)msg.obj);
break;
case LOW_MEMORY:
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "lowMemory");
handleLowMemory();
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
break;
case ACTIVITY_CONFIGURATION_CHANGED:
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "activityConfigChanged");
handleActivityConfigurationChanged((ActivityConfigChangeData) msg.obj,
msg.arg1 == 1 ? REPORT_TO_ACTIVITY : !REPORT_TO_ACTIVITY);
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
break;
case PROFILER_CONTROL:
handleProfilerControl(msg.arg1 != 0, (ProfilerInfo)msg.obj, msg.arg2);
break;
case CREATE_BACKUP_AGENT:
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "backupCreateAgent");
handleCreateBackupAgent((CreateBackupAgentData)msg.obj);
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
break;
case DESTROY_BACKUP_AGENT:
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "backupDestroyAgent");
handleDestroyBackupAgent((CreateBackupAgentData)msg.obj);
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
break;
case SUICIDE:
Process.killProcess(Process.myPid());
break;
case REMOVE_PROVIDER:
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "providerRemove");
completeRemoveProvider((ProviderRefCount)msg.obj);
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
break;
case ENABLE_JIT:
ensureJitEnabled();
break;
case DISPATCH_PACKAGE_BROADCAST:
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "broadcastPackage");
handleDispatchPackageBroadcast(msg.arg1, (String[])msg.obj);
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
break;
case SCHEDULE_CRASH:
throw new RemoteServiceException((String)msg.obj);
case DUMP_HEAP:
handleDumpHeap(msg.arg1 != 0, (DumpHeapData)msg.obj);
break;
case DUMP_ACTIVITY:
handleDumpActivity((DumpComponentInfo)msg.obj);
break;
case DUMP_PROVIDER:
handleDumpProvider((DumpComponentInfo)msg.obj);
break;
case SLEEPING:
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "sleeping");
handleSleeping((IBinder)msg.obj, msg.arg1 != 0);
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
break;
case SET_CORE_SETTINGS:
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "setCoreSettings");
handleSetCoreSettings((Bundle) msg.obj);
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
break;
case UPDATE_PACKAGE_COMPATIBILITY_INFO:
handleUpdatePackageCompatibilityInfo((UpdateCompatibilityData)msg.obj);
break;
case TRIM_MEMORY:
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "trimMemory");
handleTrimMemory(msg.arg1);
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
break;
case UNSTABLE_PROVIDER_DIED:
handleUnstableProviderDied((IBinder)msg.obj, false);
break;
case REQUEST_ASSIST_CONTEXT_EXTRAS:
handleRequestAssistContextExtras((RequestAssistContextExtras)msg.obj);
break;
case TRANSLUCENT_CONVERSION_COMPLETE:
handleTranslucentConversionComplete((IBinder)msg.obj, msg.arg1 == 1);
break;
case INSTALL_PROVIDER:
handleInstallProvider((ProviderInfo) msg.obj);
break;
case ON_NEW_ACTIVITY_OPTIONS:
Pair<IBinder, ActivityOptions> pair = (Pair<IBinder, ActivityOptions>) msg.obj;
onNewActivityOptions(pair.first, pair.second);
break;
case CANCEL_VISIBLE_BEHIND:
handleCancelVisibleBehind((IBinder) msg.obj);
break;
case BACKGROUND_VISIBLE_BEHIND_CHANGED:
handleOnBackgroundVisibleBehindChanged((IBinder) msg.obj, msg.arg1 > 0);
break;
case ENTER_ANIMATION_COMPLETE:
handleEnterAnimationComplete((IBinder) msg.obj);
break;
case START_BINDER_TRACKING:
handleStartBinderTracking();
break;
case STOP_BINDER_TRACKING_AND_DUMP:
handleStopBinderTrackingAndDump((ParcelFileDescriptor) msg.obj);
break;
case MULTI_WINDOW_MODE_CHANGED:
handleMultiWindowModeChanged((IBinder) msg.obj, msg.arg1 == 1);
break;
case PICTURE_IN_PICTURE_MODE_CHANGED:
handlePictureInPictureModeChanged((IBinder) msg.obj, msg.arg1 == 1);
break;
case LOCAL_VOICE_INTERACTION_STARTED:
handleLocalVoiceInteractionStarted((IBinder) ((SomeArgs) msg.obj).arg1,
(IVoiceInteractor) ((SomeArgs) msg.obj).arg2);
break;
}
Object obj = msg.obj;
if (obj instanceof SomeArgs) {
((SomeArgs) obj).recycle();
}
if (DEBUG_MESSAGES) Slog.v(TAG, "<<< done: " + codeToString(msg.what));
}
}
从系统的Handler中，在handleMessage我们可以看到很多关于四大组件的生命周期操作，比如创建、销毁、切换、跨进程通信，也包括了整个Application进程的销毁等等。
比如说我们有一个应用程序A通过Binder去跨进程启动另外一个应用程序B的Service（或者同一个应用程序中不同进程的Service）：
如图：
跨进程启动Service.png
最后是AMS接收到消息以后，发送消息到MessageQueue里面，最后由系统的Handler处理启动Service的操作：
case CREATE_SERVICE:
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, ("serviceCreate: " + String.valueOf(msg.obj)));
handleCreateService((CreateServiceData)msg.obj);
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
break;
在handleCreateService里通过反射的方式去newInstance()，并且回调了Service的onCreate方法：
private void handleCreateService(CreateServiceData data) {
// If we are getting ready to gc after going to the background, well
// we are back active so skip it.
unscheduleGcIdler();
LoadedApk packageInfo = getPackageInfoNoCheck(
data.info.applicationInfo, data.compatInfo);
Service service = null;
try {
//通过反射的方式去创建Service
java.lang.ClassLoader cl = packageInfo.getClassLoader();
service = (Service) cl.loadClass(data.info.name).newInstance();
} catch (Exception e) {
if (!mInstrumentation.onException(service, e) {
throw new RuntimeE)xception(
"Unable to instantiate service " + data.info.name
+ ": " + e.toString(), e);
}
}
try {
if (localLOGV) Slog.v(TAG, "Creating service " + data.info.name);
ContextImpl context = ContextImpl.createAppContext(this, packageInfo);
context.setOuterContext(service);
Application app = packageInfo.makeApplication(false, mInstrumentation);
service.attach(context, this, data.info.name, data.token, app,
ActivityManagerNative.getDefault());
//回调了Service的onCreate方法
service.onCreate();
mServices.put(data.token, service);
try {
ActivityManagerNative.getDefault().serviceDoneExecuting(
data.token, SERVICE_DONE_EXECUTING_ANON, 0, 0);
} catch (RemoteException e) {
throw e.rethrowFromSystemServer();
}
} catch (Exception e) {
if (!mInstrumentation.onException(service, e)) {
throw new RuntimeException(
"Unable to create service " + data.info.name
+ ": " + e.toString(), e);
}
}
}
又例如我们可以通过发SUICIDE消息可以自杀，这样来退出应用程序。
case SUICIDE:
Process.killProcess(Process.myPid());
break;
应用程序的退出过程
实际上我们要退出应用程序的话，就是让主线程结束，换句话说就是要让Looper的循环结束。这里是直接结束Looper循环，因此我们四大组件的生命周期方法可能就不会执行了，因为四大组件的生命周期方法就是通过Handler去处理的，Looper循环都没有了，四大组件还玩毛线！因此我们平常写程序的时候就要注意了，onDestroy方法是不一定能够回调的。
case EXIT_APPLICATION:
if (mInitialApplication != null) {
mInitialApplication.onTerminate();
}
//退出Looper的循环
Looper.myLooper().quit();
break;
这里实际上是调用了MessageQueue的quit，清空所有Message。
public void quit() {
mQueue.quit(false);
}
tips：看源码一定不要慌，也不要一行一行看，要抓住核心的思路去看即可。
消息机制的分析
消息对象Message的分析
提到消息机制，在MessageQueue里面存在的就是我们的Message对象：
public final class Message implements Parcelable {
public int what;
public int arg1;
public int arg2;
public Object obj;
long when;
Bundle data;
Handler target;
Runnable callback;Message next;
private static final Object sPoolSync = new Object();
private static Message sPool;
private static int sPoolSize = 0;
private static final int MAX_POOL_SIZE = 50;
private static boolean gCheckRecycle = true;
public static Message obtain() {
synchronized (sPoolSync) {
if (sPool != null) {
Message m = sPool;
sPool = m.next;
m.next = null;
m.flags = 0; // clear in-use flag
sPoolSize--;
return m;
}
}
return new Message();
}
public void recycle() {
if (isInUse()) {
if (gCheckRecycle) {
throw new IllegalStateException("This message cannot be recycled because it "
+ "is still in use.");
}
return;
}
recycleUnchecked();
}
void recycleUnchecked() {
// Mark the message as in use while it remains in the recycled object pool.
// Clear out all other details.
flags = FLAG_IN_USE;
what = 0;
arg1 = 0;
arg2 = 0;
obj = null;
replyTo = null;
sendingUid = -1;
when = 0;
target = null;
callback = null;
data = null;
synchronized (sPoolSync) {
if (sPoolSize < MAX_POOL_SIZE) {
next = sPool;
sPool = this;
sPoolSize++;
}
}
}
}
首先我们可以看到Message对象是实现了Parcelable接口的，因为Message消息可能需要跨进程通信，这时候就需要进程序列化以及反序列化操作了。
Message里面有一些我们常见的参数，arg1 arg2 obj callback when等等。这里要提一下的就是这个target对象，这个对象就是发送这个消息的Handler对象，最终这条消息也是通过这个Handler去处理掉的。
Message Pool消息池的概念——重复利用Message
Message里面中一个非常重要的概念，就是消息池Pool：
public static Message obtain() {
synchronized (sPoolSync) {
if (sPool != null) {
Message m = sPool;
sPool = m.next;
m.next = null;
m.flags = 0; // clear in-use flag
sPoolSize--;
return m;
}
}
return new Message();
}
我们通过obtain方法取出一条消息的时候，如果发现当前的消息池不为空，那就直接重复利用Message（已经被创建过和handle过的）；如果为空就重新new 一个消息。这就是一种享元设计模式的概念。例如在游戏里面，发子弹，如果一个子弹是一个对象，一按下按键就发很多个子弹，那么这时候就需要利用享元模式去循环利用了。
这个消息池是通过链表的实现的，通过上面的代码可以知道，sPool永远指向这个消息池的头，取消息的时候，先拿到当前的头sPool，然后使得sPool指向下一个结点，最后返回刚刚取出来的结点，如下图所示：
消息池的概念.png
上面我们知道了消息可以直接创建，也可以通过obtain方法循环利用。所以我们平常编程的时候就要养成好的习惯，循环利用。
消息的回收机制
有消息的创建，必然有回收利用，下面两个是Message的回收相关的核心方法：
public void recycle() {
if (isInUse()) {
if (gCheckRecycle) {
throw new IllegalStateException("This message cannot be recycled because it "
+ "is still in use.");
}
return;
}
recycleUnchecked();
}
void recycleUnchecked() {
flags = FLAG_IN_USE;
what = 0;
arg1 = 0;
arg2 = 0;
obj = null;
replyTo = null;
sendingUid = -1;
when = 0;
target = null;
callback = null;
data = null;
synchronized (sPoolSync) {
if (sPoolSize < MAX_POOL_SIZE) {
next = sPool;
sPool = this;
sPoolSize++;
}
}
}
recycleUnchecked中拿到消息池，清空当前的消息，next指向当前的头指针，头指针指向当前的Message对象，也就是在消息池头部插入当前的消息。
关于消息的回收还有一点需要注意的就是，我们平时写Handler的时候不需要我们手动回收，因为谷歌的工程师已经有考虑到这方面的问题了。消息是在Handler分发处理之后就会被自动回收的：
我们回到Looper的loop方法里面：
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;
for (;;) {
Message msg = queue.next(); // might block
if (msg == null) {
// No message indicates that the message queue is quitting.
return;
}
//处理消息
try {
msg.target.dispatchMessage(msg);
} finally {
}
}
msg.recycleUnchecked();//回收消息
}
}
msg.target.dispatchMessage(msg)就是处理消息，紧接着在loop方法的最后调用了msg.recycleUnchecked()这就是回收了Message。
消息的循环过程分析
下面我们继续分析这个死循环：
1、首先拿到Looper对象（me），如果当前的线程没有Looper，那么就会抛出异常，这就是为什么在子线程里面创建Handler如果不手动创建和启动Looper会报错的原因。
2、然后拿到Looper的成员变量MessageQueue，在MessageQueue里面不断地去取消息，关于MessageQueue的next方法如下：
这里可以看到消息的取出用到了一些native方法，这样做是为了获得更高的效率，消息的去取出并不是直接就从队列的头部取出的，而是根据了消息的when时间参数有关的，因为我们可以发送延时消息、也可以发送一个指定时间点的消息。因此这个函数有点复杂，我们点到为止即可。
Message next() {
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.
//拿到当前的时间戳
final long now = SystemClock.uptimeMillis();
Message prevMsg = null;
Message msg = mMessages;
//判断头指针的Target（Handler是否为空（因为头指针只是一个指针的作用））
if (msg != null && msg.target == null) {
// Stalled by a barrier. Find the next asynchronous message in the queue.
do {
//遍历下一条Message
prevMsg = msg;
msg = msg.next;
} while (msg != null && !msg.isAsynchronous());
}
if (msg != null) {
if (now < msg.when) {
//还没有到执行的时间
nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE);
} else {
//到了执行时间，直接返回
mBlocked = false;
if (prevMsg != null) {
//拿出消息，断开链表
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;
}
}
3、继续分析loop方法：如果已经没有消息了，那么就可以退出循环，那么整个应用程序就退出了。什么情况下会发生呢？还记得我们分析应用退出吗？
在系统Handler收到EXIT_APPLICATION消息的时候，就会调用Looper的quit方法：
case EXIT_APPLICATION:
if (mInitialApplication != null) {
mInitialApplication.onTerminate();
}
Looper.myLooper().quit();
break;
Looper的quit方法如下，实际上就是调用了消息队列的quit方法：
public void quit() {
mQueue.quit(false);
}
而消息队列的quit方法实际上就是执行了消息的清空操作，然后在Looper循环里面如果取出消息为空的时候，程序就退出了：
void quit(boolean safe) {
if (!mQuitAllowed) {
throw new IllegalStateException("Main thread not allowed to quit.");
}
synchronized (this) {
if (mQuitting) {
return;
}
//置位正在退出的标志
mQuitting = true;
//清空所有消息
if (safe) {
//安全的（系统的），未来未处理的消息都移除
removeAllFutureMessagesLocked();
} else {
//如果是不安全的，例如我们自己定义的消息，就一次性全部移除掉
removeAllMessagesLocked();
}
// We can assume mPtr != 0 because mQuitting was previously false.
nativeWake(mPtr);
}
}
removeAllFutureMessagesLocked方法如下：
private void removeAllFutureMessagesLocked() {
final long now = SystemClock.uptimeMillis();
Message p = mMessages;
if (p != null) {
if (p.when > now) {
//如果所有消息都处理完了，就一次性把全部消息移除掉
removeAllMessagesLocked();
} else {
//否则就通过for循环拿到还没有把还没有执行的Message，利用do循环
//把这些未处理的消息通过recycleUnchecked方法回收，放回到消息池里面
Message n;
for (;;) {
n = p.next;
if (n == null) {
return;
}
if (n.when > now) {
break;
}
p = n;
}
p.next = null;
do {
p = n;
n = p.next;
p.recycleUnchecked();
} while (n != null);
}
}
}
4、msg.target.dispatchMessage(msg)就是处理消息，这里就会调用Handler的dispatchMessage方法：
public void dispatchMessage(Message msg) {
if (msg.callback != null) {
handleCallback(msg);
} else {
if (mCallback != null) {
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
}
}
handleMessage(msg);
}
}
在这个方法里面会先去判断Message的callback是否为空，这个callback是在Message类里面定义的：
Runnable callback;
这是一个Runnable对象，handleCallback方法里面做的事情就是拿到这个Runnable对象，然后在Handler所创建的线程（例如主线程）执行run方法：
private static void handleCallback(Message message) {
message.callback.run();
}
Handler（Looper）在哪个线程创建的，就在哪个线程回调，没毛病，哈哈！
这就是我们平常使用post系列的方法：
post、postAtFrontOfQueue、postAtTime、postDelayed
其实最终也是通过Message包装一个Runnable实现的，我们看其中一个即可：
public final boolean post(Runnable r)
{
return sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);
}
通过post一个Runnable的方式我们可以很简单地做一个循环，比如无限轮播的广告条Banner：
Handler mHandler = new Handler() {
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
}
};
Runnable run = new Runnable() {
@Override
public void run() {
//广告条切换
mBanner.next();
//两秒钟之后继续下一次的轮播，其中tihs代表自身，也就是Runnable对象
mHandler.postDelayed(this, 2000);
}
};
//在需要的地方开始广播条的轮播
mHandler.postDelayed(run, 1000);
//在需要的地方停止广播条的轮播
mHandler.removeCallbacks(run);
当然，我们的Handler自己也可以有一个mCallback对象：
public interface Callback {
public boolean handleMessage(Message msg);
}
final Callback mCallback;
如果自身的Callback不为空的话，就会回调Callback的方法。例如我们创建Handler的时候可以带上Callback：
Handler mHandler = new Handler(new Handler.Callback() {
@Override
public boolean handleMessage(Message msg) {
//处理些东西，这种一般用于一些预处理，每次有消息来都需要执行的代码
//返回值代表是否拦截消息的下面写的handleMessage，从源码里面可以看出来
return false;
}
}) {
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
}
};
如果自身的Callback执行之后没有返回true（没有拦截），那么最后才会回调我们经常需要复写的handleMessage方法，这个方法的默认实现是空处理：
public void handleMessage(Message msg) {
}
5、最后是回收消息：msg.recycleUnchecked()。所以说：我们平时在处理完handleMessage之后并不需要我们程序员手动去进行回收哈！系统已经帮我们做了这一步操作了。
Message msg = Message.obtain();
//不需要我们程序员去回收，这样反而会更加耗性能
msg.recycle();
6、通过上面就完成了一次消息的循环。
消息的发送
分析完消息的分发与处理，最后我们来看看消息的发送：
消息的发送.png
消息的发送有这一系列方法，甚至我们的一系列post方法（封装了带Runnable的Message），最终都是调用sendMessageAtTime方法，把消息放到消息队列里面：
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;
}
return enqueueMessage(queue, msg, uptimeMillis);
}
MessageQueue的进入队列的方法如下，核心思想就是时间比较小的（越是需要马上执行的消息）就越防到越靠近头指针的位置：
boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
if (msg.target == null) {
throw new IllegalArgumentException("Message must have a target.");
}
if (msg.isInUse()) {
throw new IllegalStateException(msg + " This message is already in use.");
}
synchronized (this) {
if (mQuitting) {
IllegalStateException e = new IllegalStateException(
msg.target + " sending message to a Handler on a dead thread");
Log.w(TAG, e.getMessage(), e);
msg.recycle();
return false;
}
msg.markInUse();
msg.when = when;
Message p = mMessages;
boolean needWake;
if (p == null || when == 0 || when < p.when) {
// New head, wake up the event queue if blocked.
msg.next = p;
mMessages = msg;
needWake = mBlocked;
} else {
// Inserted within the middle of the queue. Usually we don't have to wake
// up the event queue unless there is a barrier at the head of the queue
// and the message is the earliest asynchronous message in the queue.
needWake = mBlocked && p.target == null && msg.isAsynchronous();
Message prev;
for (;;) {
prev = p;
p = p.next;
if (p == null || when < p.when) {
break;
}
if (needWake && p.isAsynchronous()) {
needWake = false;
}
}
msg.next = p; // invariant: p == prev.next
prev.next = msg;
}
// We can assume mPtr != 0 because mQuitting is false.
if (needWake) {
nativeWake(mPtr);
}
}
return true;
}
消息并不是一直在队列的尾部添加的，而是可以指定时间，如果是立马需要执行的消息，就会插到队列的头部，就会立马处理，如此类推。
关于这一点这里我们可以从MessageQueue的next方法知道，next是考虑消息的时间when变量的，下面回顾一下MessageQueue的next方法里面的一些核心代码：next方法并不是直接从头部取出来的，而是会去遍历所有消息，根据时间戳参数等信息来取消息的。
Message next() {
for (;;) {
if (nextPollTimeoutMillis != 0) {
Binder.flushPendingCommands();
}
nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);
synchronized (this) {
if (msg != null) {
if (now < msg.when) {
//如果当前的时间还没到达消息指定的时间，先计算出下一次需要处理的时间戳，然后保存起来
nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE);
} else {
//否则的话直接从消息队列的头部拿出一条消息
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();
//返回取出来的消息
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;
}
}
}
}
线程与Looper的绑定
线程里面默认情况下是没有Looper循环器的，因此我们需要调用prepare方法来关联线程和Looper：
//Looper的prepare方法，并且关联到主线程
public static void prepareMainLooper() {
//false意思不允许我们程序员退出（面向我们开发者），因为这是在主线程里面
prepare(false);
synchronized (Looper.class) {
if (sMainLooper != null) {
throw new IllegalStateException("The main Looper has already been prepared.");
}
//把Looper设置为主线程的Looper
sMainLooper = myLooper();
}
}
//Looper一般的prepare方法
private static void prepare(boolean quitAllowed) {
//一个线程只能绑定一个Looper，否则的话就会抛出如下的异常
if (sThreadLocal.get() != null) {
throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
}
sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));
}
此处调用了ThreadLocal的set方法，并且new了一个Looper放进去。
Looper的成员变量sThreadLocal
static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();
在prepare方法中new了一个Looper并且设置到sThreadLocal里面
sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));
可以看到Looper与线程的关联是通过ThreadLocal来进行的，如下图所示：
ThreadLocal.png
ThreadLocal是JDK提供的一个解决线程不安全的类，线程不安全问题归根结底主要涉及到变量的多线程访问问题，例如变量的临界问题、值错误、并发问题等。这里利用ThreadLocal绑定了Looper以及线程，就可以避免其他线程去访问当前线程的Looper了。
ThreadLocal通过get以及set方法就可以绑定线程和Looper了，这里只需要传入Value即可，因为线是可以通过Thread.currentThread()去拿到的：
public void set(T value) {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
map.set(this, value);
else
createMap(t, value);
}
为什么可以绑定线程了呢？
map.set(this, value)通过把自身（ThreadLocal以及值（Looper）放到了一个Map里面，如果再放一个的话，就会覆盖，因为map不允许键值对中的键是重复的）
因此ThreadLocal绑定了线程以及Looper。
因为这里实际上把变量（这里是指Looper）放到了Thread一个成员变量Map里面，关键的代码如下：
//这是ThreadLocal的getMap方法
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
return t.threadLocals;
}
//这是Thread类中定义的MAP
ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
ThreadLocal的getMap方法实际上是拿到线程的MAP，底层是通过数组（实际上数据结构是一种散列列表）实现的，具体的实现就点到为止了。
如果android系统主线程Looper可以随随便便被其他线程访问到的话就会很麻烦了，啊哈哈，你懂的。
Handler、Looper是怎么关联起来的呢？
我们知道，Looper是与线程相关联的（通过ThreadLocal），而我们平常使用的Handler是这样的：
Handler mHandler = new Handler() {
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
}
};
其实Handler在构造的时候，有多个重载方法，根据调用关系链，所以最终会调用下面这个构造方法：
public Handler(Callback callback, boolean async) {
mLooper = Looper.myLooper();
//如果当前线程（子线程）没有Looper，就需要我们程序要去手动prepare以及启动loop方法了
//子线程里面默认没有Looper循环器
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;
}
这里只给出了核心的代码，可以看到我们在构造Handler的时候，是通过Looper的静态方法myLooper()去拿到一个Looper对象的：
public static @Nullable Looper myLooper() {
return sThreadLocal.get();
}
看，我们的又出现了ThreadLocal，这里就是通过ThreadLocal的get方法去拿到当前线程的Looper，因此Handler就跟线程绑定在一起了，在一起，在一起，啊哈哈。
一般们是在Activity里面使用Handler的，而Activity的生命周期是在主线程回调的，因此我们一般使用的Handler是跟主线程绑定在一起的。
主线程一直在循环，为什么没有卡死，还能响应我们的点击之类的呢？
- 通过子线程去访问主线程的代码，有代码注入、回调机制嘛。
- 切入到消息队列里面的消息去访问主线程，例如传消息，然后回调四大组件的生命周期等等。
- IPC跨进程的方式也可以实现。
虽然主线程一直在执行，但是我们可以通过外部条件、注入的方法来执行自己的代码，而不是一直死循环。
总结
Android消息机制.png
如图所示，在主线程ActivityThread中的main方法入口中，先是创建了系统的Handler（H），创建主线程的Looper，将Looper与主线程绑定，调用了Looper的loop方法之后开启整个应用程序的主循环。Looper里面有一个消息队列，通过Handler发送消息到消息队列里面，然后通过Looper不断去循环取出消息，交给Handler去处理。通过系统的Handler，或者说Android的消息处理机制就确保了整个Android系统有条不紊地运作，这是Android系统里面的一个比较重要的机制。
我们的APP也可以创建自己的Handler，可以是在主线程里面创建，也可以在子线程里面创建，但是需要手动创建子线程的Looper并且手动启动消息循环。
花了一天的时间，整个Android消息机制源码分析就到这里结束了，今天的天气真不错，但是我选择了在自己的房间学习Android的消息机制，我永远相信，付出总会有所收获的！
扩展阅读：论Handler的正确使用姿势
典型错误的使用示例：
public class LeakActivity extends AppCompatActivity {
private int a = 10;
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_leak);
mHandler.sendEmptyMessageDelayed(0, 5000);
}
//也是匿名内部类，也会引用外部
private Handler mHandler = new Handler() {
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
switch (msg.what) {
case 0:
a = 20;
break;
}
}
};
}
分析：这是我们用得最多的用法，Handler隐式地引用了Activity（通过变量a）。Handler的生命周期有可能与Activity的生命周期不一致，比如栗子中的sendEmptyMessageDelayed，在5000毫秒之后才发送消息，但是很有可能这时候Activity被返回了，这样会造成Handler比Activity还要长寿，这样会导致Activity发生暂时性的内存泄漏。
姿势一：
为了解决这个问题，我们可以把Handler改为static的，但是这样会造成Handler无法访问Activity的非静态变量a，但是实际开发中我们
private static Handler mHandler = new Handler() {
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
switch (msg.what) {
case 0:
//a = 20; //不能访问得到
break;
}
}
};
姿势二：
通过把Activity作为Handler成员变量，在Handler构造的时候传进来即可。这时候我们不能使用匿名内部类了，需要把Handler单独抽取成一个类，这样就可以访问Activity的非静态变量了。但是我们的问题又回来了，这时候Handler持有了Activity的强引用了，这样不就是回到我们的原点了吗？（内存泄漏问题依然没有解决）
private static class UIHandler extends Handler {
private LeakActivity mActivity;//外部类的强引用
public UIHandler(LeakActivity activity) {
mActivity = activity;
}
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
super.handleMessage(msg);
mActivity.a = 20;
}
}
姿势三（最终版本）：把Activity通过弱引用来作为成员变量。虽然我们把Activity作为弱引用，但是Activity不一定就是会在GC的时候被回收，因为可能还有其他对象引用了Activity。在处理消息的时候就要注意了，当Activity回收或者正在finish的时候，就不能继续处理消息了，再说了，Activity都回收了，Handler还玩个屁！
private static class UIHandler extends Handler {
private WeakReference<LeakActivity> mActivityRef;//GC的时候会回收
public UIHandler(LeakActivity activity) {
mActivityRef = new WeakReference<>(activity);
}
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
super.handleMessage(msg);
//当使用弱引用的时候，会回收Activity吗？
//虽然用的是弱引用，但是并不代表不存在其他的对象没有引用Activity，因此不一定会被回收
//Activity都回收了，Handler还玩个屁！
LeakActivity activity = mActivityRef.get();
if (activity == null || activity.isFinishing()) {
return;
}
mActivityRef.get().a = 20;
}
}
关于更多的Handler使用，请参考我朋友写的文章：
说说Handler的一些使用姿势
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我的群欢迎大家进来探讨各种技术与非技术的话题，有兴趣的朋友们加我私人微信huannan88，我拉你进群交（♂）流（♀）。
