0 导言
本文将从Java层到Native层逐步解析Android的Looepr机制，并且以SystemServer为例子，从源码中剖析整个Looper机制。
1 为什么需要 Looper 机制？它解决了什么问题？
在 Android 中，Looper 机制 是为了管理线程消息队列并实现线程间的高效通信。它主要解决以下核心问题：
- 多线程与UI操作的问题
Android 的 UI 是 线程不安全 的，只有主线程（UI线程）可以更新 UI。如果子线程直接操作 UI，会导致不可预测的行为或崩溃。那么问题来了，子线程如何将数据结果安全地传递给主线程，并由主线程更新 UI？
答案就是Looper 机制通过消息队列让子线程可以安全地将任务或消息发送到主线程，主线程接收后在自身上下文中处理。
- 消息调度与管理的问题
多线程编程中，任务的执行需要按照一定顺序进行调度。如果没有消息队列，线程需要手动管理任务的同步、优先级等，容易出错。那么如何按顺序管理和调度线程任务？
解决方法是Looper 提供了一个消息队列（MessageQueue）， 能够按时间顺序管理任务，避免线程调度的混乱。
- 线程的生命周期与循环等待的问题
在子线程中，任务往往需要持续等待新任务的到来（例如监听网络事件）。如果直接用线程阻塞的方式等待，会浪费系统资源。如何高效地让线程处于“等待新任务并处理任务”的循环状态呢？
Looper 通过事件循环（loop）机制， 让线程高效地等待和处理新任务，而不会造成线程阻塞或资源浪费。
- 线程间通信的问题
多个线程之间需要共享数据或相互通知任务完成，但直接使用共享变量容易导致线程安全问题。如何安全地在不同线程之间传递消息？
解决方法是提供一个Handelr机制，Looper 配合 Handler，为线程间提供了一种安全、高效的消息传递机制，避免了同步和锁的复杂性。
这四个问题对应的解决方式其实就是Looper机制实现的四个模块：Looper::prepare()、MessageQueue、Looper::loop()和Handler。接下来的介绍中会不断提到这四个部分。
2 Android Java Looper机制
在aosp源代码中，我们经常可以看到Looper.prepare()函数和Looper.loop()函数。Looper.prepare()函数的功能是创建一个Looper，而Looper.loop()函数则是开启时间循环机制。下面将从SystemServer.java代码中详细介绍这些过程。
2.1 Looper.prepare()
在SystemServer的run函数中，可以看到Looper.prepareMainLooper()函数，该函数的功能就是为当前的thread创建一个Looper。
进入这个函数之后可以看到，里面有一个prepare()函数，它将实际创建一个Looper。
prepare()函数里面new了一个Looper。
这个Looper持有两个私有数据分别是new的MessageQueue和Thread获取的当前线程。
而MessageQueue本身是在Native层建立的。并且我们可以看到最终在Native层又new了一个Looper。
Native层的Looper建立过程将在下一节展开介绍。总结一下就是：Java层创建的一个Looper，实际最终指向的是Native层创建的Looper。
2.2 Looper.loop()
咱们跳回到SystemServer.java代码中，继续往下看的话可以看到run函数的尾部有一个Looper.loop()函数的调用。
loop()函数内部会有一个死循环for(;;)，它内部通过loopOnece()函数来处理消息。
loopOnece()函数的功能主要有两个：获取消息和分发消息。
进入next()函数内部又有一个死循环for(;;)，它内部调用了一个nativePollOnce()函数来完成一次消息循环，这一步又将进入到Native层进行处理。这一步将在native层获取到消息并保存到mMessages中，它是一个链表。
nativePollOnce处理得到消息后，还要对消息进行筛选。判断是否设置了屏障消息，如果是则进行同步消息和异步消息的筛选，异步消息将优先的到处理，下面这部分代码体现了这一思想。
当需要处理的消息处理完成时，消息队列会处于一个Idle状态，这个状态下我们可以利用起来让它做一些闲时事件（可恶！没活干的时候也要安排些杂活给你）代码中是这样体现的：
2.3 小结
至此已经讲解完了Java层面的Looper机制，但我们留下了两个问题在Native端。分别是如何在Native端创建一个Looper以及如何进行一次loopOnce。
3 Android Native Looper机制
进入到Native端，我们需要关注Looper.cpp这部分代码。
3.1 Looper::Looper()
在构建Looper中，有两样东西是非常重要的，一个是eventfd，另一个是epoll。eventfd 是用来唤醒线程的，epoll用于监听多个文件描述符（包括eventfd）。在 Looper 的事件循环中，线程会调用 epoll_wait() 进入阻塞状态，等待事件的到来。当需要让这个线程退出阻塞时，会向 eventfd 写入一个值，触发文件描述符变为可读，从而唤醒阻塞的线程。
上面图中的rebuildEpollLocked()函数完成了epoll池的创建，以及将用于唤醒的mWakeEventFd加入到epoll池中。
3.2 Looper::pollOnce()
进入pollOnce函数里面，又是一个死循环for(;;)。这个循环里面处理mResponses，那么这些响应是从哪里来的呢？
继续往下看可以看到一个pollInner()函数，它的功能是产生mResponses。
3.3 Looper::pollInner
pollInner函数进去之后会调用epoll_wait()进入等待事件状态，它会阻塞在这里，直到有事件产生。这里会在sendMessage后被唤醒。
当有事件来之后，停止阻塞状态并进入事件处理的循环中。处理完事件将组装成mResponses数据，这些数据将在pollOnce中进一步得到处理。
接下来将会处理Handler Message，注意这里处理的是Native端的Handler Message，和Java端没有关系。
最后会处理 epoll 事件循环中的回调事件
3 Handler Message机制
3.1 Handler Message Java端
Handler里面持有Looper、Callback和MessageQueue这几个比较重要的数据，可以从Handler中的构造函数中看出。
通过Handler的sendMessage()函数可以将消息加入到消息队列中。最终会调用enqueueMessage函数来将消息加入到队列中去。
在enqueueMessage()函数中，将要发送的消息插入到mMessages链表中。
我们可以从这里分析什么情况下消息队列会被唤醒：第一种情况是消息队列为空或者新消息的when时间最早的情况下，需要唤醒阻塞的线程；第二种情况是队列被屏障阻塞，并且插入异步消息的情况下，需要唤醒线程，但是如果队列中已经有异步消息了，则无需再次唤醒。并且从中我们可以知道，屏障消息其实就是一个target为null的特殊消息。
3.2 Handler Message Native端
在Native端，我们想要创建一个Handler需要继承MessageHandler，并且实现它的纯虚函数handlerMessage(const Message& message)。
创建好MessageHandler后，接着初始化Message，它的构造函数如下：
接着我们就可以通过sendMessage()来发送数据了，最终会调用sendMessageAtTime这个函数来发送数据。
在sendMessageAtTime()中，主要是将handler和message封装成MessageEnvelope，并且根据时间顺序将其插入到mMessageEnvelopes队列中去。在pollInner()函数中会去处理这些数据。
