看完这篇还不明白Handler你砍我

前言

Handler可以说小伙伴们用的非常多了，可以说Handler是支撑整个Android系统运行的基础，本质上Android系统都是由事件驱动的。而处理事件的核心就在于Handler。接下来我们就从简单的使用，到源码分析让你彻彻底底明白Handler的本质。不会再让你发出为什么Looper.loop不会堵塞主线程，Handler是如何切换线程等这类疑惑。

简单使用

一般是在主线程中实现一个Handler，然后在子线程中使用它。

class HandlerActivity: AppCompatActivity() {

    private val mHandler = MyHandler()

    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        // 在子线程中通过自定义的 Handler 发消息
        thread {
            mHandler.sendEmptyMessageDelayed(1, 1000)
        }
    }

    // 自定义一个 Handler
    class MyHandler: Handler() {
        override fun handleMessage(msg: Message) {
            Log.i("HandlerActivity", "主线程：handleMessage: ${msg.what}")
        }
    }
}

或者有时候需要在子线程中创建运行在主线程中的Handler

class HandlerActivity: AppCompatActivity() {
    private var mHandler: Handler? = null

    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        thread {
            //获得main looper 运行在主线程
            mHandler = MyHandler(Looper.getMainLooper())
            mHandler!!.sendEmptyMessageDelayed(1, 1000)
        }
    }
 	// 自定义一个 Handler
    class MyHandler(): Handler() {
        override fun handleMessage(msg: Message) {
            Log.i("HandlerActivity", "子线程：handleMessage: ${msg.what}")
        }
    }
}

这就是小伙伴们一般常用的两个用法。大家注意到了在第二个用法中出现了一个Looper.getMainLooper()，使用它作为参数，即使MyHandler是在子线程中定义的，但是它的handleMessage方法依然运行在主线程。我们看一下这个参数究竟是什么东东~

public Handler(@NonNull Looper looper) {
       this(looper, null, false);
}

可以看到这个Looper就是我们上面传入的参数Looper.getMainLooper()，也就说明了handleMessage方法具体运行在哪个线程是和这个Looper息息相关的。那么这个Looper究竟是何方神圣，它是怎么做到线程切换的呢？

概述

我们先来看一张图

这就是整个Handler在Java层的流程示意图。可以看到，在Handler调用sendMessage方法以后，Message对象会被添加到MessageQueue中去。而这个MessageQueue就是被包裹在了Looper中。那么Looper对象是干什么的呢？它和Handler是什么关系呢？我们来看一下他们具体的职责把~

Handle 消息机制中作为一个对外暴露的工具，其内部包含了一个 Looper 。负责Message的发送及处理
- Handler.sendMessage() ：向消息队列发送各种消息事件
- Handler.handleMessage()：处理相应的消息事件
Looper 作为消息循环的核心，其内部包含了一个消息队列 MessageQueue ，用于记录所有待处理的消息；通过Looper.loop()不断地从MessageQueue中抽取Message，按分发机制将消息分发给目标处理者，可以看成是消息泵。注意，线程切换就是在这一步完成的。
MessageQueue 则作为一个消息队列，则包含了一系列链接在一起的 Message ；不要被这个Queue的名字给迷惑了，就以为它是一个队列，但其实内部通过单链表的数据结构来维护消息列表，等待Looper的抽取。
Message 则是消息体，内部又包含了一个目标处理器 target ，这个 target 正是最终处理它的 Handler

哦？原来他们的职责是这样啊，可我还是不懂他们到底是怎么运行起来的。就像你告诉我医生是负责治病，警察是抓坏人的，他们具体是如何去做的呢？

Handler

从我们大家最熟悉的sendMessage方法说起。sendMessage方法见名思意，就是发送一个信息，可是要发送到哪里去呢，这是代码：

public final boolean sendMessage(@NonNull Message msg) {
        return sendMessageDelayed(msg, 0);
}

调用了sendMessageDelayed方法：

public final boolean sendMessageDelayed(@NonNull Message msg, long delayMillis) {
        if (delayMillis < 0) {
            delayMillis = 0;
        }
        return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis);
}

继而调用sendMessagAtTime方法：

public boolean sendMessageAtTime(@NonNull 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);
}

眼尖的小伙伴就会发现，等等不对，这代码中出了一个叛徒，啊不对，出了一个奇怪的东西。没错，就是刚才流程图中出现的这个MessageQueue。你看，我没有胡说吧，这个MessageQueue是实打实存在的，并且被作为参数一起传给了enqueueMessage方法。其实无论你是如何使用Handler发送消息，结果都会走到enqueueMessage方法中。

这是方法的调用链：

可以看到无论如何，最后都会走到enqueueMessage方法中。这个enqueueMessage方法具体做了什么事呢：

private boolean enqueueMessage(@NonNull MessageQueue queue, @NonNull Message msg,
            long uptimeMillis) {
        msg.target = this;
        msg.workSourceUid = ThreadLocalWorkSource.getUid();

        if (mAsynchronous) {
            msg.setAsynchronous(true);
        }
        return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}

enqueueMessage一共做了两件事情，一个是给Message赋值，一个是调用传进来的这个MessageQueue的enqueueMessage方法。注意啊，最后这个enqueueMessage方法是在MessageQueue中的，已经不再是Handler的方法了，也就是说，调用走到了这里。事件的流向已经不归Handler管了。

Handler::enqueueMessage方法中第一行msg.target = this;，这个this是什么呢？这个this在handler方法中自然是handler本身了，也就是说这一行代码将handler自身赋值给了Message对象的target字段。我们可以看以下这个target字段的定义：

//简化后的代码
public final class Message implements Parcelable{
    @UnsupportedAppUsage
    /*package*/ Handler target;
}

啊，这样明白了，也就是说每个发出去的Message都持有把它发出去的Handler的引用，对不对？

没错事实就是这样，每个发出去的Message对象内部都会有个把它发出去的Handler对象的引用，也可以理解Message这么做的目的，毕竟Handler把它发射出去了，它不得知道是谁干的，好随后找它报仇么。那么我们继续下一步，msg.setAsynchronous(true)这一行代码是设置异步消息的，这里暂时先不管它。我们先看queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis)这行代码。也就是从这行代码，Message就可以和Handler说拜拜了您讷。

MessageQueue

Handler这个mQueue就是上文我们提到过的MessageQueue对象，在上面的介绍说也说了，这货就是个骗子，明明起名是Queue，却是单链表。你可能误会Google工程师了，名字也确实没什么错了，从机制上看确实很像队列。队列是什么特性啊，先进先出对吧。这个先后就是按时间来划分的，时间靠前的就在前面时间靠后的就在后面。而在这个单链表中也确实是这样实现的，按照时间的先后排序。这个就先不多讲了，一会讲如何实现的消息延时发送的时候会讲到这个。

到这里你可能有疑惑了，这个MessageQueue是什么鬼，从哪里冒出来的。你可能还记得，在上面的sendMessageAtTime方法中有这么一行：

MessageQueue queue = mQueue;

那么这个mQueue是在哪里被赋值的呢？当然是在构造方法中啦~

public Handler(@Nullable 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 " + Thread.currentThread()
                    + " that has not called Looper.prepare()");
    }
    mQueue = mLooper.mQueue;
    mCallback = callback;
    mAsynchronous = async;
}

不对啊，你TM骗我，在最开始你继承的Handler可没有这几个参数。哎呀，小伙子别心急，你看这个无参构造方法不也调用的这个方法么。

public Handler() {
        this(null, false);
}

在这个有参数的构造方法中呢，可以看到有这么两行：

mLooper = Looper.myLooper();
if (mLooper == null) {
    throw new RuntimeException(
       "Can't create handler inside thread " + Thread.currentThread()
         + " that has not called Looper.prepare()");
}
mQueue = mLooper.mQueue;

我们在Handler中使用的mQueue就是在这里赋值的。这里的赋值可不简单，它拿的是人家Looper的MessageQueue作为自己的MessageQueue，**而且在上面的代码中有一个很关键的点，就是调用Looper.myLooper()方法中获取这个Looper对象，如果是空的话就要抛出异常。**这一点非常关键，我们先做个记号，一会回过头来会看这一行代码。你就会明白它的作用了。

现在先不研究Looper，我们继续看我们的MessageQueue。上面说到，最后发送消息都调用的是MessageQueue的queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis)方法。现在我们已经拿到了queue，进去看看这个方法它做了什么。

// MessageQueue.java
//省略部分代码
boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {

    synchronized (this) {
        if (mQuitting) {
            IllegalStateException e = new IllegalStateException(
                    msg.target + " sending message to a Handler on a dead thread");
            msg.recycle();
            return false;
        }

        msg.markInUse();
        msg.when = when;
        
        //【1】拿到队列头部
        Message p = mMessages;
        boolean needWake;
        
        //【2】如果消息不需要延时，或者消息的执行时间比头部消息早，插到队列头部
        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 {
            //【3】消息插到队列中间
            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;
        }

        if (needWake) {
            nativeWake(mPtr);
        }
    }
    return true;
}

主要分为3个步骤（见以上代码标注）。

mMessages 是队列的第一消息，获取到它
判断消息队列是不是空的，是则将当前的消息放到队列头部；如果当前消息不需要延时，或当前消息的执行时间比头部消息早，也是放到队列头部。
如果不是以上情况，说明当前队列不为空，并且队列的头部消息执行时间比当前消息早，需要将它插入到队列的中间位置。

如何判断这个位置呢？依然是通过消息被执行的时间。

通过遍历整个队列，当队列中的某个消息的执行时间比当前消息晚时，将消息插到这个消息的前面。

可以看到，消息队列是一个根据消息【执行时间先后】连接起来的单向链表。

想要获取可执行的消息，只需要遍历这个列表，对比当前时间与消息的执行时间，就知道消息是否需要执行了。

好了，MessageQueue在Java层的分析到这里就结束了。

等等，这就结束了？

没错，到这一步，消息已经添加到了这个名为队列实为单链表的队列中。

不对啊，我handleMessage方法如何被调用呢？消息添加进去就完了？说好的线程切换呢？

其实到这一步真的就结束了，最起码在Java层是结束了。消息到这一步被添加到了队列中，Handler和MessageQueue在发送的过程中做的工作已经做完了。但是既然有队列，那么不可能说光添加不读取把。不然我添加了有什么用？

是的，接下来就是Looper大展神威的时候到了。

Looper

在上面提到了，Handler中的MessageQueue对象其实就是Handler中的Looper它的MessageQueue，Handler往MessageQueue中添加消息，其实就是往Handler的Looper所持有的MessageQueue中添加对象。可能有点绕，但是需要明白的是这个MessageQueue是Looper的，不是Handler的。明白了这一点，你就能很好的理解后面发生的事情。

可能有的小伙伴会说了，这个Looper哪来的，我创建Handler的时候从没看见过它出现啊。没错，在使用Handler的时候它确实没出现过，但是大家还记得Handler中两个参数的那个构造方法嘛？就是下面这个：

//Handler.java
//省略部分代码
public Handler(@Nullable Callback callback, boolean async) {
	//敲黑板，划重点就是这一句！！！！
    mLooper = Looper.myLooper();
    if (mLooper == null) {
        throw new RuntimeException(
            "Can't create handler inside thread " + Thread.currentThread()
                    + " that has not called Looper.prepare()");
    }
    mQueue = mLooper.mQueue;
    mCallback = callback;
    mAsynchronous = async;
}

在这一句中Handler通过Looper.myLooper方法获取到了Looper对象，当然，也有可能没获取到。不过，你如果没获取到就惨了，就要抛异常了。

在职责分析中我们提到了，这个Looper对象作为消息循环的核心，不断从它的MessageQueue中取出消息然后进行分发。

说人话可以不？

刚才说到MessageQueue那个队列中那么多的消息没人拿，MessageQueue的老板Looper看不下去了，说你这也太浪费了，来我拿吧，然后它专门负责一个个拿，然后看这是谁发的，然后让谁去处理。

那我们看看这个Looper.myLooper()方法做了什么事情呢。它是如何返回一个Looper对象的呢？

public static @Nullable Looper myLooper() {
        return sThreadLocal.get();
}

sThreadLocal又是什么鬼？咱们看一下它的定义

//sThreadLocal.get() will return null unless you've called prepare().
@UnsupportedAppUsage
static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();

可以看到这个sThreadLocal是一个ThreadLocal类，并且它的泛型是Looper对象。ThreadLocal提供了线程的局部变量，每个线程都可以通过set()和get()来对这个局部变量进行操作，但不会和其他线程的局部变量进行冲突，实现了线程的数据隔离。简要言之：往ThreadLocal中填充的变量属于当前线程，该变量对其他线程而言是隔离的。

呀呵，源代码中还有行注释，这行注释的意思是除非您已调用prepare（），否则sThreadLocal.get（）将返回null。这行注释就有趣了，刚才我还寻思这个ThreadLocal的get方法得有数据才能返回，可这个数据是啥时候塞进去的呢？你这注释就告诉我了，只有我调用了prepare()方法，才有值啊。那我们就去看看这个方法做了些什么。

public static void prepare() {
        prepare(true);
}

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));
}

可以看得出，最后调用了是prepare(boolean quitAllowed)方法，而这个方法首先判断，如果sThreadLocal有值，就抛异常，没有值才会塞进去一个值。其实很好理解，就是说prepare方法必须调用但也只能调用一次，不调用没有值，抛异常，调用多次也还抛异常。我好难哦~不过大家还记得上面我们重点关注的一个内容吗，在Handler中的有参构造函数中有这么一行代码会报异常：

mLooper = Looper.myLooper();
if (mLooper == null) {
    throw new RuntimeException(
       "Can't create handler inside thread " + Thread.currentThread()
         + " that has not called Looper.prepare()");
}
mQueue = mLooper.mQueue;

如果Looper为空就抛异常，现在我们知道了，什么时候Looper为空呢？没有调用prepare方法的时候会为null，也就是说在构造Handler之前，必须得有Looper对象，换言之，在构造Handler之前，必须调用Looper的prepare方法创建Looper。这句话非常重要，所以我又是下划线又是加粗的，一定要记住这句话。在后面自定义一个Looper的时候会用到。

接下来再看看这行sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));做了什么吧，它是如何塞进去的呢

public void set(T value) {
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
            map.set(this, value);
        else
            createMap(t, value);
}

set方法首先获取到了当前的线程，然后获取一个map。这个map是以键值对形式存储内容的。如果获取的map为空，就创建一个map。如果不为空就塞进去值。要注意的是，这里面的key是当前的线程，这里面的value就是Looper。也就是说，线程和Looper是一一对应的。也就是很多人说的Looper和线程绑定了，其实就是以键值对形式存进了一个map中。没什么高大上的。你来你也行。

而这个Looper的构造方法我们也得去看一下：

private Looper(boolean quitAllowed) {
        mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
        mThread = Thread.currentThread();
}

在Looper的构造方法中，可以看到它创建了一个MessageQueue，没错就是那个被Handler无耻使用的MessageQueue。需要注意的一点，上面的分析中提到了prepare方法必须调用但也只能调用一次，调用以后就会创建Looper对象，也就是说一个线程中只会创建一个Looper对象，而一个Looper对象也只会创建一个MessageQueue对象。

现在我们来梳理一下这个流程哈~

首先创建一个无参数的Handler，在这个Handler的构造方法中又去获取Looper对象，当然获取Looper对象其实是为了它的MessageQueue，Handler巴结上了人家Looper对象的MessageQueue以后，发送消息的时候，把要发送的消息给了MessageQueue，添加到了队列中。是不是感觉缺少了什么？没错，好像在这个里面Looper的作用没体现出来，说好的分发消息呢？而且你刚刚说了得调用prepare()方法才会创建Looper，可我没调用过这个方法啊。那这个Looper谁创建的？

刚才提到了，Looper在创建的时候会被当成value塞入到一个map中去，这个map是ThreadLocal。而key就是创建Looper时所在的线程。也就是所谓的Looper和线程绑定。我们一般在用的时候从没创建过Looper，但是我们知道handle中的回调handleMessage方法是运行在主线程中的。Looper的职责不就是分发消息么，也就是说Looper对象在主线程中把消息分发给了Handler。那么这下就明白了，在我们创建Looper的时候，Looper所在的线程是主线程，换言之，与这个Looper绑定的线程就是主线程。

明白了，我这就去和面试官对线。

既然是主线程，那么大家应该知道，主线程是谁创建的？ActivityThread类。ActivityThread类也正是整个app的入口。以前我也很好奇，既然Android是用Java写的，按理说Java不应该是有个什么main方法么？怎么我写Android没用过这个main方法呢？其实呢，在ActivityThread中就有这个main方法，它是程序的入口，也就说当你点开app以后，首先会进入到这个main方法中，然后做了一大堆事情，这里就不分析了。你只需要知道，这个main方法才是真正的入口。

那我们来看看这个main方法到底干了什么事情：

//ActivityThread.java
//省略部分代码
public static void main(String[] args) {
        Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "ActivityThreadMain");
        Process.setArgV0("<pre-initialized>");
    	//1 敲黑板，划重点，就是这一句！
        Looper.prepareMainLooper();
        ActivityThread thread = new ActivityThread();
        thread.attach(false, startSeq);

        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);
    	//2 敲黑板，划重点，这一句！
        Looper.loop();

        throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
    }

这段代码是不是很符合我们平常写的java程序呢？熟悉的main方法又回来了。main方法中可以看到，它调用了Looper的prepareMainLooper方法：

public static void prepareMainLooper() {
    	//设置不允许退出的Looper
        prepare(false);
        synchronized (Looper.class) {
            if (sMainLooper != null) {
                throw new IllegalStateException("The main Looper has already been prepared.");
            }
            sMainLooper = myLooper();
        }
}

可以看到注释1，这个方法最终还是调用了Looper的prepare方法，这个方法干嘛的？创建Looper并且把它和当前线程一起塞进map中的啊。当前线程是哪个线程？主线程啊！

一切到这里就真相大白了，在APP启动的时候，入口方法中已经自动帮我们创建好了Looper，并且也自动的帮我们和主线程绑定了。也就是说我们平常用的Handler中的Looper就是主线程中创建的这个Looper。细心的小伙伴应该会发现，这个prepareMainLooper方法你是不能调用的。为啥？因为这个方法在入口的时候执行了一次，所以里面的sMainLooper不为Null了，如果你在调用一次，不就要抛异常了么~

现在Looper也有了，Looper的MessageQueue也有了。接下来该分发消息了吧？我Handler发送消息可是已经很久过去了，你这里分析一大通，我还干不干活了？

好，我们现在先假设一个场景。

你买了一个快递，你知道迟早会给你送到，但是不确定到底什么时候才会送到。你想早点拿到快递应该怎么做？

你会不停的问快递公司，我的快递到哪了，到哪了。当然，现实中一般都是等快递员打电话才去拿快递~问题在于，这是程序。

Looper虽说要分发消息，但是它又不知道你什么时候会发送消息，只能开启一个死循环，不断的尝试从队列中拿数据。这个死循环在哪里开始的？没错就是注释2处，Looper.loop()开启了一个死循环，然后不断的尝试去队列中拿消息。

// Looper.java
public static void loop() {

    //拿到当前线程的Looper
    final Looper me = myLooper();
    
    if (me == null) {
        throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
    }
    
    //拿到Looper的消息队列
    final MessageQueue queue = me.mQueue;

    // 省略一些代码...
    //1 这里开启了死循环
    for (;;) {
        Message msg = queue.next(); // might block
        if (msg == null) {
            // No message indicates that the message queue is quitting.
            return;
        }

        try {
            msg.target.dispatchMessage(msg);
            //省略一些代码...
        } catch (Exception exception) {
            //省略一些代码...
            throw exception;
        } finally {
            //省略一些代码...
        }
        //省略一些代码...
        msg.recycleUnchecked();
    }
}

在循环中Looper不停的取出消息，拿到Message对象以后，会去调用Message的target字段的dispatchMessage方法，这个target字段还有印象吗？没错，就是发送它的Handler，message在被发送出去的时候就已经暗暗记下了是谁发送出去的。现在轮到它报仇了~

我们可以跟进看一下这个dispatchMessage方法：

//Handler.java
public void dispatchMessage(@NonNull Message msg) {
        if (msg.callback != null) {
            handleCallback(msg);
        } else {
            if (mCallback != null) {
                if (mCallback.handleMessage(msg)) {
                    return;
                }
            }
            handleMessage(msg);
        }
}

可以看到，消息会先分发给Meesgae的callback，我们没有定义这个callback，那我们接下来看，还有一个mCallback。这个mCallback是创建Handler的时候可以选择传一个CallBack回调，里面依然是handleMessage方法。也就是说你可以自定义一个类继承Handler，重写handleMessage方法，也可以直接new一个Handler传一个回调。当然，这个都很简单，我就不再赘述了，大家可以自行尝试体验。

我们关注重点，当Looper拿到Message以后，并且根据Message的target字段找到了发送消息的Handler，紧接着调用了Handler的handleMessage方法。重点来了，这个Looper是在哪个线程运行的？主线程，它调用方法是在哪个线程运行的？依然是主线程！handleMessage方法此时在哪个线程运行的？依然是主线程！不知不觉中，线程已经切换过来了，神奇不？其实并不神奇，其实就是主线程中的Looper不断的尝试调用handleMessage方法，如果有消息就调用成功了，此时handleMessage方法就是在主线程中调用的。而handler在哪个线程，Looper并不关心，我反正只在主线程调用你的handleMessage方法。这就是线程切换的本质。就是没有线程切换，主线程的Looper不断的尝试调用而已。

可能有的小伙伴已经懵逼了，我们再次从头到尾梳理一下哈~

mainThread中ActivityThread首先创建了一个运行在主线程的Looper，并且把它和主线程进行了绑定。
Looper又创建了一个MessageQueue，然后调用Looper.loop方法不断地在主线程中尝试取出Message
Looper如果取到了Message，那么就在主线程中调用发送这个Message的Handler的handleMessage方法。
我们在主线程或者子线程中通过Looper.getMainLooper为参数创建了一个Handler。
在子线程中发送了Message，主线程中的Looper不断循环，终于收到了Message，在主线程中调用了这个Handler的handleMessage方法。

这里需要注意的是，Looper.loop方法中取到的Looper对象并不一定就是主线程的，因为它是取出当前线程的Looper对象。只不过在ActivityThread这里是主线程，所以拿到的是主线程的Looper对象。所以如果我们要在子线程中创建一个Looper也是可以的，一会我们就实现一下。

到这里可能有的小伙伴还是懵逼，我还是不太明白怎么切换的线程。我们通过一个比喻很好的解释一下

首先有一个小学生小明，小明的任务是写作业。然后有一个老师，老师的任务是批改作业。这个班里还有一个学习委员，学习委员的任务就是负责收作业然后交给老师去批改。

一般情况下，老师是学校已经聘请好的，我们不需要自己去聘请老师。老师一般也就只在办公室批改作业，办公室我们可以理解为主线程。学校就是我们的app。老师就是Looper对象。而小明同学就是Handler，学习委员就是MessageQueue，作业就是Message。老师(Looper)在办公室(主线程)不断的从学习委员(MessageQueue)那里拿到下一本要批改的作业(Message)，老师突然发现作业里有错误，老师很生气，于是就从作业本上的姓名知道了是谁写的这个作业(对应Message的target字段)，于是老师把小明(Handler)叫到办公室(主线程)，让小明在办公室(主线程)把作业改好(handleMessage)。在这个例子中，小明作为Handler，他可以在任何地方写作业(sendMessage)，也就是说他可以在家里写作业，可以在教室写作业，也可以在小公园写作业，这里的各个地方就是不同的线程。但是写完作业以后一定要交给学习委员，学习委员手里有一摞作业，这一摞作业就是消息的队列，而学习委员就是MessageQueue，他负责收集作业，也就是收集Message。老师在办公室批改作业，发现出错了，就把小明叫到了办公室，让小明在办公室改错。在这里，办公室就是主线程，老师不会管小明是在哪里写的作业，老师只是关心作业出错了，需要小明在办公室里改错。小明在办公室里改错这就是handleMessage方法运行在了主线程。但是也有个问题，不能说你小明在办公室改错改个没完没了，那岂不是影响了后面同学作业的批改？如果小明真的改错改的没完没了，也就是在主线程上作耗时操作很久，那么老师也无法进行下一个同学的作业批改，时间一长，教学就没法进行了。这就是著名的ANR问题。不知道这样比喻，小伙伴们能不能理解线程切换的意思和ANR的意思。如果还不能理解，那么你来砍我吧~

Looper和ANR

很多面试官喜欢问，Looper的loop方法是个死循环，而loop方法又是运行在主线程的，主线程上有死循环为什么不会导致ANR存在呢？

其实这里面很有趣的一个点就是，很多小伙伴把Looper的loop方法当做一个普通方法来看待，所以才会有这样的疑问。但是这个loop方法并不是一个普普通通的方法。

我们先思考一点，如果我们写一个app，里面一行代码也不写的话，app会不会崩溃？

答案显而易见，是不会的。

可是在上面提到了，本质上App就是一个Java程序，Java程序就有main方法，在ActivityThread类中也确实有这个main方法。我们一般写java程序的时候，是不是main方法中的代码执行完，程序也就结束了。但是app并没有，只要你不退出，它一直运行。那这是为什么呢？

很多小伙伴应该想到了，没错，让程序不退出的话，写一个死循环，那么main方法中的代码永远不会执行完，这样程序就不会自己退出了。Android当然也是这么干的，而且不止Android，基本上所有的GUI程序都是这么干的。正是因为Looper.loop方法这个死循环，它阻塞了主线程，所以我们的app才不会退出。那你可能有疑问了，那既然这里有死循环了，那我其他的代码怎么运行？界面交互怎么办？你问到点子上了。

本质上Android就是事件驱动的程序，界面刷新也好，交互也好，本质上都是事件，这些事件最后通通被作为了Message发送到了MessageQueue中。由Looper来进行分发，然后在进行处理。用人话来说就是，我们的Android程序就是运行在这个死循环中的。一旦这个死循环结束，app也就结束了。

那么ANR是什么呢？ANR是Application Not Responding也就是Android程序无响应。为什么没响应呢？因为主线程做了耗时操作啊。可我还是不明白，明明Looper的loop方法就是阻塞了主线程，为什么不ANR呢。那我们就来说道说道，什么是响应？响应就是界面的刷新，交互的处理等等对吧。那么这个响应是谁来响应的？没错，就是loop方法中进行响应的。没响应什么意思？就是loop方法中被阻塞了，导致无法处理其他的Message了。

所以结论就来了，主线程做耗时操作本质上不是阻塞了主线程，而是阻塞了Looper的loop方法。导致loop方法无法处理其他事件，导致出现了ANR事件。对比小明这个比喻的话，就是因为小明在办公室里没完没了的改作业，占用了老师的时间，让老师没法批改下一个同学的作业，才导致了教学活动无法正常进行。而老师不断的批改作业，这本身就是正常的教学活动，也正是因为老师不断批改作业，同学们才有提高，教学才能继续。

Handler在Java层几个需要注意的点

子线程Looper

如果要创建Handler，必须通过Looper.prepare()方法创建Looper，在主线程中ActivityThread已经帮我们创建好了，我们不需要自己去创建，但如果在子线程中创建Handler，要么使用Looper的mainLooper，要么自己调用Looper.prepare()方法创建属于这个线程的looper对象。如下是创建了一个子线程的Looper对象：
```
class LooperThread extends Thread {
    public Handler mHandler;
    public void run() {
        Looper.prepare();  
        mHandler = new Handler() {  
            public void handleMessage(Message msg) {
                //TODO 定义消息处理逻辑. 
            }
        };
        Looper.loop(); 
    }
}
```

消息池

在生成消息的时候，最好是用 Message.obtain() 来获取一个消息，这是为什么呢？

// Message.java

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();
}

可以看到，obtain方法是将一个Message对象的所有数据清空，然后添加到链表头中。sPool就是个消息池，默认的缓存是50个。而且在Looper的loop方法中最后一行是这样的

msg.recycleUnchecked();

Looper在分发结束以后，会将用完的消息回收掉，并添加到回收池里。

Handler导致的内存泄露问题

什么是内存泄露？简而言之就是该回收的东西没有回收。在Handler中一般是这样使用：
```
class HandlerActivity: AppCompatActivity() {

    private val mHandler = MyHandler()

    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        // 在子线程中通过自定义的 Handler 发消息
        thread {
             mHandler.sendEmptyMessageDelayed(1, 1000)
        }
    }

    // 自定义一个 Handler
    class MyHandler: Handler() {
        override fun handleMessage(msg: Message) {
            Log.i("HandlerActivity", "主线程：handleMessage: ${msg.what}")
        }
    }
}
```
乍一看没有问题，但是有没有想过一个问题，就是说再发送延时消息之前，app推出了，那么handleMessage方法还会执行吗？答案是会的。为什么？我明明退出了，为什么还会执行呢？其实这和java有关系

MyHandler 是 HandlerActivity 的内部类，会持有 HandlerActivity 的引用。

在进入页面以后，发送了一个延时 1s 的消息，如果 HandlerActivity 在 1s 内退出了，由于 Handler 会被 Message 持有，保存在其 target 变量中，而 Message 又会被保存在消息队列中，这一系列关联，导致 HandlerActivity 在退出的时候，依然会被持有，因此不能被 GC 回收，这就是内存泄漏！当这个 1s 延时的消息被执行完以后，HandlerActivity 会被回收。

虽然最终结果还是会被回收，但是内存泄露问题我们也必须去解决，如何解决？

1.将 MyHandler 改为静态类，这样它将不再持有外部类的引用。可以将 HandlerActivity 作为弱引用放到 MyHandler 中使用，页面退出的时候可以被及时回收。

2.页面退出的时候，在 onDestroy 中，调用 Handler 的 removeMessages 方法，将所有的消息 remove 掉，这样也能消除持有链。
同步消息屏障

什么是同步消息屏障？

在Looper的loop方法中通过Message msg = queue.next();这么一行代码拿到Message进行分发，这个MessageQueue的next方法中有这么一行：
```
//MessageQueue.java
//省略部分代码
Message next() {
      
        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;
                //1 这一行很关键，同步消息屏障的关键点所在
                if (msg != null && msg.target == null) {
                    do {
                        prevMsg = msg;
                        msg = msg.next;
                    } while (msg != null && !msg.isAsynchronous());
                }
               
            }

        }
    }
```
注释1下面的这一行代码，首先会判断msg不为null，然后紧接着判断msg的target为null。我们知道message的target就是发送它的handler，所有的message都有一个handler，这里怎么可能没有handller呢？针对同步消息还真的是所有的message都有handler，而这里是异步消息。满足target == null的消息就是异步消息。同步屏障是用来阻挡同步消息执行的。说得好，那么同步屏障有什么用呢？

似乎在日常的应用开发中，很少会用到同步屏障。那么，同步屏障在系统源码中有哪些使用场景呢？Android 系统中的 UI 更新相关的消息即为异步消息，需要优先处理。简而言之，如果在启动绘制之前，用户（开发者）插入了一个非常耗时的消息到队列中，那就会导致 UI 不能按时绘制，导致卡顿掉帧。，同步消息屏障就可以用来保证 UI 绘制的优先性。

Handler在C++层

如果你的目标是理解Handler在Java层是如何实现的，下面就不需要看了。下面主要讲解Handler在C++层是如何工作并实现的。

首先，细心的小伙伴们可能会有疑问。Looper一直处于死循环中，就像老师一直不断的问学习委员要作业批改，老师也是人，不会累么？你问对了，老师当然不会一直不断的问学习委员要作业，正常情况下，是有人交了作业以后，学习委员送过来，老师才会去批改。没有作业的时候，老师可能在休息，可能在玩游戏**。Looper也是一样，在消息队列为空的时候，Looper实际上处于休眠状态，只要当有Handler发送消息的时候，Looper才会被唤醒，去进行分发消息**。那么是怎么实现的呢？

在整个消息机制中，MessageQueue是连接Java层和Native层的纽带，换言之，Java层可以向MessageQueue消息队列中添加消息，Native层也可以向MessageQueue消息队列中添加消息。

这是MessageQueue中的Native方法：

// MessageQueue.java

private native static long nativeInit();
private native static void nativeDestroy(long ptr);
private native void nativePollOnce(long ptr, int timeoutMillis); 
private native static void nativeWake(long ptr);
private native static boolean nativeIsPolling(long ptr);
private native static void nativeSetFileDescriptorEvents(long ptr, int fd, int events);

在MessageQueue的构造方法中是这样的：

//MessageQueue.java
MessageQueue(boolean quitAllowed) {
        mQuitAllowed = quitAllowed;
        mPtr = nativeInit();
}

调用了nativeInit方法，在native层创建了native层的MessageQueue,mPtr是保存了NativeMessageQueue的指针，后续的线程挂起和线程的唤醒都要通过这个指针来完成，其实就是通过Native层的MessageQueue来完成。

//android_os_MessageQueue.cpp
static jlong android_os_MessageQueue_nativeInit(JNIEnv* env, jclass clazz) {
    //初始化native消息队列
    NativeMessageQueue* nativeMessageQueue = new NativeMessageQueue();
    nativeMessageQueue->incStrong(env); //增加引用计数
    return reinterpret_cast<jlong>(nativeMessageQueue);
}

这个是NativeMessageQueue的构造方法：

//android_os_MessageQueue.cpp
NativeMessageQueue::NativeMessageQueue()
            : mPollEnv(NULL), mPollObj(NULL), mExceptionObj(NULL) {

    mLooper = Looper::getForThread(); //功能类比于Java层的Looper.myLooper();
    if (mLooper == NULL) {
        mLooper = new Looper(false); //创建native层的Looper
        Looper::setForThread(mLooper); //保存native层的Looper到TLS,功能类比于Java层的ThreadLocal.set();
    }
}

Looper的构造方法是这样的：

//Looper.cpp
Looper::Looper(bool allowNonCallbacks) :
        mAllowNonCallbacks(allowNonCallbacks), mSendingMessage(false),
        mPolling(false), mEpollFd(-1), mEpollRebuildRequired(false),
        mNextRequestSeq(0), mResponseIndex(0), mNextMessageUptime(LLONG_MAX) {
    mWakeEventFd = eventfd(0, EFD_NONBLOCK); //构造唤醒事件的fd
    AutoMutex _l(mLock);
    rebuildEpollLocked();  //重建Epoll事件
}

void Looper::rebuildEpollLocked() {
    if (mEpollFd >= 0) {
        close(mEpollFd); //关闭旧的epoll实例
    }
    mEpollFd = epoll_create(EPOLL_SIZE_HINT); //创建新的epoll实例，并注册wake管道
    struct epoll_event eventItem;//新建唤醒监听事件
    memset(& eventItem, 0, sizeof(epoll_event)); //把未使用的数据区域进行置0操作
    eventItem.events = EPOLLIN; // 设置监听内容可读事件
    eventItem.data.fd = mWakeEventFd;
    //将唤醒事件(mWakeEventFd)添加到epoll实例(mEpollFd)
    int result = epoll_ctl(mEpollFd, EPOLL_CTL_ADD, mWakeEventFd, & eventItem);

    for (size_t i = 0; i < mRequests.size(); i++) {
        const Request& request = mRequests.valueAt(i);
        struct epoll_event eventItem;
        request.initEventItem(&eventItem);
        //将request队列的事件，分别添加到epoll实例
        int epollResult = epoll_ctl(mEpollFd, EPOLL_CTL_ADD, request.fd, & eventItem);
    }
}

等等，你上来给我这一大段C++代码，我怎么可能看得懂。还有这个epoll是什么？不是讲如何Looper怎么休眠和唤醒的么？

没错，就是讲的Looper怎么休眠和唤醒的。Looper的休眠和唤醒都是在Native层实现的，实现的原理是Linux上的epoll机制。

什么是epoll机制呢？

epoll你可以简单的理解为一个监听事件，在Linux上通过epoll机制监听一个事件，没什么事的时候我就让出CPU，进行休眠，当这个事件触发的时候我就从沉睡中唤醒开始处理。就像按钮的点击事件一样，点击了，监听到这个点击事件就会触发按钮的onClick方法。不过在LInxu上是通过文件的读写来完成的。类比于

include <sys/epoll.h>

// 创建句柄 相当于初始化onClickListener
int epoll_create(int size);
// 添加/删除/修改 监听事件  相当于addOnClicklistener
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
// 进入等待  这就相当于onCLick方法了
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);

epoll_wait就类似于Java中的onCLick方法，当监听的文件有变化的时候，它就会收到结果。其实更像是Kotlin协程中的suspend方法，就一直在等着，阻塞着，有结果才会进行下一步。onClick方法是使用接口回调的形式来实现的，是非阻塞的。而epoll_wait方法是阻塞的。

在上面的Looper构造方法中，调用了rebuildEpollLocked方法，这个方法就是设置监听器的，可以理解为setOnClickListener，不过它监听的是文件的可读事件。即eventItem.events = EPOLLIN;这行代码。什么是可读事件？就是说，文件里面有内容了是不是就可以读了，没错就是这样喵~

好了，事件也已经监听了，那么Looper是在哪沉睡的呢？

是在MessageQueue中的这行代码：

//MessageQueue.java
Message next() {
    final long ptr = mPtr;
    if (ptr == 0) {
        return null;
    }

    for (;;) {
        ...
        nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis); //阻塞操作
        ...
}

就是通过这行代码进行阻塞操作。

调用关系是这样的：

MessageQueue::nativePollOnce ->NativeMessageQueue::pollOnce()->Looper::pollOnce()->Looper::pollInner

int Looper::pollInner(int timeoutMillis) {

   

    struct epoll_event eventItems[EPOLL_MAX_EVENTS];
    
    //1. 等待事件发生或者超时，如果nativeWake()方法中向管道写端写入字符，则该方法会返回； 
    int eventCount = epoll_wait(mEpollFd.get(), eventItems, EPOLL_MAX_EVENTS, timeoutMillis);

    mPolling = false;

    mLock.lock();

    if (mEpollRebuildRequired) {
        mEpollRebuildRequired = false;
        rebuildEpollLocked();
        goto Done;
    }

    if (eventCount < 0) {
        if (errno == EINTR) {
            goto Done;
        }
        result = POLL_ERROR;
        goto Done;
    }

    if (eventCount == 0) {
        result = POLL_TIMEOUT;
        goto Done;
    }

    //循环遍历，处理所有的事件
    for (int i = 0; i < eventCount; i++) {
        int fd = eventItems[i].data.fd;
        uint32_t epollEvents = eventItems[i].events;
        //唤醒事件
        if (fd == mWakeEventFd.get()) {
            if (epollEvents & EPOLLIN) {
                ////已经唤醒了，则读取并清空管道数据【7】
                awoken();
            } else {
                ALOGW("Ignoring unexpected epoll events 0x%x on wake event fd.", epollEvents);
            }
        } else {
            // 处理其他事件，Handler没有
            // 省略一些代码...
        }
    }
Done: ;

    //省略一些代码...
    
    // Release lock.
    mLock.unlock();
    //省略一些代码...  
    return result;
}

代码到了注释1处就开始了阻塞，也就是所谓的休眠。那么什么时候才能唤醒它呢？超时了，或者文件发生了变化，可以读了就可以唤醒了。注意，这个超时就是在Java层设置的延时发送，也就是说Java的sendMessageDelayed方法最后是通过epoll设置超时的机制实现延迟发送的。

不知道大家注意到没有，在我们发送Message的时候有这么一行代码：

// MessageQueue.java

boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {

    // 省略一些代码...
    
    synchronized (this) {
     
        msg.markInUse();
        msg.when = when;
        
        //拿到队列头部
        Message p = mMessages;
        boolean needWake;
        
        //如果消息不需要延时，或者消息的执行时间比头部消息早，插到队列头部
        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 {
            //消息插到队列中间
            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;
        }

        if (needWake) {
            // 敲黑板划重点：唤醒
            nativeWake(mPtr);
        }
    }
    return true;
}

在最后nativeWake(mPtr);这行代码进行了唤醒。不过必须neekWake为true的时候才会唤醒，那么neekWake什么时候才是True呢？

两种情况会唤醒线程：

（队列为空 || 消息无需延时 || 或消息执行时间比队列头部消息早) && (线程处于挂起状态时（mBlocked = true）)
【线程挂起（mBlocked = true）&& 消息循环处于同步屏障状态】，这时如果插入的是一个异步消息，则需要唤醒。

唤醒操作具体是如何去做的？

调用链是这样的：

MessageQueue::nativeWake--->android_os_MessageQueue_nativeWake()--->NativeMessageQueue::wake()--->Looper::wake()

//Looper.cpp
void Looper::wake() {
    uint64_t inc = 1;
    // 向管道mWakeEventFd写入字符1
    ssize_t nWrite = TEMP_FAILURE_RETRY(write(mWakeEventFd, &inc, sizeof(uint64_t)));
    if (nWrite != sizeof(uint64_t)) {
        if (errno != EAGAIN) {
            ALOGW("Could not write wake signal, errno=%d", errno);
        }
    }
}

前面说了，epoll_wait在监听文件的可读事件，那么现在有消息来了，我要触发这个事件只需要往文件里随便写点什么就可以，Looper里面只是写了一个字符1。成功的唤醒了线程。然后开始轮询取出消息分发。

总结

Handler在C++层也有自己的一套消息轮询机制，和Java的基本一样，这里就不做分析了。

Handler是构成整个Android系统的基础，正是Looper的死循环才让Android程序能够不退出。所有的类似于屏幕刷新，UI互动都是一种事件，通过Handler发送给了Looper来进行分发。整个Android程序可以说就是运行在这个死循环中。

Looper就是不断批改作业的老师，MessageQueue就是催你交作业的学习委员，Message就是作业，上面写了写作业人的名字，Handler就是写作业的小明。

在一个线程中只能有一个Looper，也只能有一个MessageQueue，但是可以有多个Handler，MessageQueue也可以处理多个Handler发来的消息。

Looper的唤醒与挂起是靠Linux中的epoll机制来实现的，通过对文件的可读事件的监听来实现唤醒。

整个过程中，MessageQueue是实现Java层与C++层的互动的纽带，Native方法基本都是靠MessageQueue来实现的。

Handler与线程的绑定是依靠ThreadLocal中的map来实现的。另外，消息处理流程是先处理Native Message，再处理Native Request，最后处理Java Message。理解了该流程，也就明白有时上层消息很少，但响应时间却较长的真正原因。

参考并且致谢:

开发者的猫

gityuan

看完这篇还不明白Handler你砍我

前言

简单使用

概述

Handler

MessageQueue

Looper

Looper和ANR

Handler在Java层几个需要注意的点

子线程Looper

消息池

Handler导致的内存泄露问题

同步消息屏障

Handler在C++层

总结