workflow

工作线程 准备Looper

（app主线程中已经准备好了Looper，可以跳过这一节，直接new Handler）

创建Looper，让Looper运行起来。

• 调用 Looper.prepare() 初始化 Looper

• 启动轮询器 Looper.loop() 进入循环休眠状态，对queue进行轮询。

  （保证main函数一直运行，一直存活）主线程looper不允许退出。

  • 当消息达到执行时间

    • message queue队列 不为空，取出

    • message queue队列为空，队列阻塞，

  • 等消息队列调用入队 enqueuer Message方法被调用的时候，唤醒队列。从而取出消息停止阻塞。

创建Looper

Activity主线程

app主线程中，可以直接new Handler，跳过这一整章。

prepareMainLooper()，Activity创建时 主线程的Looper是已经准备好了的。

// frameworks/base/core/java/android/app/ActivityThread.java
public static void main(String[] args) {Looper.prepareMainLooper();// ...
}// frameworks/base/core/java/android/os/Looper.java
@Deprecated
public static void prepareMainLooper() {prepare(false);synchronized (Looper.class) {if (sMainLooper != null) {throw new IllegalStateException("The main Looper has already been prepared.");}sMainLooper = myLooper();}
}

其他情况

在app子线程 / framework中的线程中，想要需要自己做两件事：

• 首先 要创建Looper Looper.prepare

• 之后 让Looper运行起来Looper.loop()死循环

// Looper.prepare();  // 子线程
Handler mReportHandler;
mReportHandler = new Handler() {@Overridepublic void handleMessage(Message msg) {}
}
// Looper.loop();     // 子线程

Looper.prepare()

大体流程

Looper.prepare() 首先需要获取当前线程的 Looper

• 如果有当前线程的Looper，获取该 Looper

• 如果没有当前线程的Looper，则执行这一步会自动new一个 Looper 并存到线程本地数据区中。

如果涉及创建，则创建Looper过程中的核心内容是：

• native层
  • 初始化一个 NativeMessageQueue 对象，
    • NativeMessageQueue 继承自MessageQueue
    • 它持有一个Looper指针
  • 初始化 Native 层 Looper 对象
  • 将NativeMessageQueue 对象的地址返回给 Java 层。
• java层
  • 保存当前线程 Thread 对象。
  • 保存创建的 MessageQueue对象（保存有NativeMessageQueue的地址）

java

申请Looper

从本地线程区获取当前线程的 Looper 对象，没有的话，就初始化一个，并存在线程本地数据区中。

// frameworks/base/core/java/android/os/Looper.javapublic 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));
}// sThreadLocal.get() will return null unless you've called prepare().
@UnsupportedAppUsage
static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();

new Looper

构造函数中：new 一个 Looper 的过程

• 创建了一个 MessageQueue对象
• 获取到了当前线程 Thread 对象。

// frameworks/base/core/java/android/os/Looper.java
private Looper(boolean quitAllowed) {mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);  //创建MessageQueue对象mThread = Thread.currentThread();
}

MessageQueue初始化

MessageQueue 的初始化过程：

// frameworks/base/core/java/android/os/MessageQueue.java
MessageQueue(boolean quitAllowed) {mQuitAllowed = quitAllowed;mPtr = nativeInit();	// NativeMessageQueue的地址// 也包含了对epoll的初始化
}
// 调用了 native 方法 nativeInit，对应的 JNI 函数如下
private native static long nativeInit();

native

jni

nativeInit 是一个 Native 方法，对应的 JNI 注册函数如下：

// frameworks/base/core/jni/android_os_MessageQueue.cpp
static const JNINativeMethod gMessageQueueMethods[] = {/* name, signature, funcPtr */{ "nativeInit", "()J", (void*)android_os_MessageQueue_nativeInit },{ "nativeDestroy", "(J)V", (void*)android_os_MessageQueue_nativeDestroy },...
};static struct {jfieldID mPtr;   // native object attached to the DVM MessageQueuejmethodID dispatchEvents;
} gMessageQueueClassInfo;int register_android_os_MessageQueue(JNIEnv* env) {int res = RegisterMethodsOrDie(env, "android/os/MessageQueue", gMessageQueueMethods,NELEM(gMessageQueueMethods));jclass clazz = FindClassOrDie(env, "android/os/MessageQueue");gMessageQueueClassInfo.mPtr = GetFieldIDOrDie(env, clazz, "mPtr", "J");gMessageQueueClassInfo.dispatchEvents = GetMethodIDOrDie(env, clazz,"dispatchEvents", "(II)I");return res;
}

NativeMessageQueue

续上前文，native层这部分的核心内容是

• 初始化一个 NativeMessageQueue 对象，
  • NativeMessageQueue 继承自MessageQueue
  • 它持有一个Looper指针
• 初始化 Native 层 Looper 对象
• 将NativeMessageQueue 对象的地址返回给 Java 层。

// frameworks/base/core/jni/android_os_MessageQueue.cpp
static jlong android_os_MessageQueue_nativeInit(JNIEnv* env, jclass clazz) {NativeMessageQueue* nativeMessageQueue = new NativeMessageQueue();if (!nativeMessageQueue) {jniThrowRuntimeException(env, "Unable to allocate native queue");return 0;}nativeMessageQueue->incStrong(env);return reinterpret_cast<jlong>(nativeMessageQueue);
}// frameworks/base/core/jni/android_os_MessageQueue.cpp
class NativeMessageQueue : public MessageQueue, public LooperCallback {
private:JNIEnv* mPollEnv;jobject mPollObj;jthrowable mExceptionObj;
};
// frameworks/base/core/jni/android_os_MessageQueue.h
class MessageQueue : public virtual RefBase {
protected:sp<Looper> mLooper;
};

// frameworks/base/core/jni/android_os_MessageQueue.cpp
// NativeMessageQueue 构造函数
NativeMessageQueue::NativeMessageQueue() :mPollEnv(NULL), mPollObj(NULL), mExceptionObj(NULL) {// 初始化 Native 层的 loopermLooper = Looper::getForThread();if (mLooper == NULL) {mLooper = new Looper(false);Looper::setForThread(mLooper);}
}

Looper.loop()

Looper.loop()在工作线程执行，MSG的消费，执行，都是在执行该函数的线程中，

（这里的工作线程是指，拥有Looper、处理MSG的线程）

大体流程

Looper::loop()MessageQueue::nextMessageQueue::nativePollOnce
---jni---
android_os_MessageQueue_nativePollOnceNativeMessageQueue::pollOnceLooper::pollOnceLooper::pollInnerepoll_wait # 进入阻塞

初始化工作完成后，看看 Looper.loop() 方法执行的操作：

核心功能就两点：

• 获取 TLS 存储的 Looper 对象
• 进入无限循环，调用 loopOnce 进入休眠状态

// frameworks/base/core/java/android/os/Looper.java
public static void loop() {// 获取 TLS 存储的 Looper 对象final Looper me = myLooper();// 进入无限循环， for (;;) {// MessageQueue.next() 获取 Message，可能阻塞Message msg = queue.next(); // might block// 分发消息，调用 handler 中的回调函数msg.target.dispatchMessage(msg); }
}

java

获取Looper

获取 TLS 存储的 Looper 对象很好理解。

// frameworks/base/core/java/android/os/Looper.java
public static void loop() {// 获取 TLS 存储的 Looper 对象final Looper me = myLooper(); me.mInLoop = true;//...
}
public static @Nullable Looper myLooper() {return sThreadLocal.get();
}
// sThreadLocal.get() will return null unless you've called prepare().
@UnsupportedAppUsage
static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();

获取msg，处理msg

获取msg、处理 msg 的过程，原先被封装在 loop::loopOnce 中。最终都是调用了MessageQueue.next()

具体，见下一章节。

Looper.loop()

// frameworks/base/core/java/android/os/Looper.java
public static void loop() {// 进入无限循环， for (;;) {// MessageQueue.next() 获取 Message，可能阻塞Message msg = queue.next(); // might block// 分发消息，调用 handler 中的回调函数msg.target.dispatchMessage(msg); }
}

Looper.loopOnce （已过时）

实际上，Looper.loopOnce是从MessageQueue中取出一个msg并执行。

但在使用中，无限循环内Looper.loopOnce被多次调用。因此，实际上也不需要这个封装了。直接使用 MessageQueue.next()获取msg，和 Handler .dispatchMessage 处理msg。

调用 loopOnce 进入休眠状态

核心流程

• 通过 MessageQueue 的 next 方法拿到一个 Message，

  这里可能会阻塞休眠

• 通过 dispatchMessage 调用 Handler 中的回调方法

// frameworks/base/core/java/android/os/Looper.java
private static boolean loopOnce(final Looper me,final long ident, final int thresholdOverride) {// 获取 Message，可能阻塞Message msg = me.mQueue.next(); if (msg == null) {}// ...try {//分发消息，调用 handler 中的回调函数msg.target.dispatchMessage(msg); if (observer != null) {observer.messageDispatched(token, msg); }dispatchEnd = needEndTime ? SystemClock.uptimeMillis() : 0;// ...msg.recycleUnchecked();return true;
}    

获取msg 休眠

通过 MessageQueue 的 next 方法拿到一个 Message，这里可能会阻塞休眠。

// frameworks/base/core/java/android/os/Looper.java
public static void loop() {// ...// 进入无限循环， for (;;) {// MessageQueue.next() 获取 Message，可能阻塞Message msg = queue.next(); // might block// 分发消息，调用 handler 中的回调函数// 但由于阻塞，这里会在 主线程2 唤醒后才调用// frameworks/base/core/java/android/os/Handler.java// public void dispatchMessage(@NonNull Message msg) {msg.target.dispatchMessage(msg); }
}

MessageQueue.next()

调用 nativePollOnce 陷入 Native 层，进入休眠状态，

// frameworks/base/core/java/android/os/MessageQueue.java
Message next() {final long ptr = mPtr;	// 这个指向 NativeMessageQueue 还记得吗for (;;) {// 陷入 Native 层，进入休眠状态nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);//......}
}private native void nativePollOnce(long ptr, int timeoutMillis);

native

jni

nativePollOnce 是一个 Native 方法，对应的 JNI 注册函数如下：

// frameworks/base/core/jni/android_os_MessageQueue.cpp
static const JNINativeMethod gMessageQueueMethods[] = {/* name, signature, funcPtr */{ "nativeInit", "()J", (void*)android_os_MessageQueue_nativeInit },// ...{ "nativePollOnce", "(JI)V", (void*)android_os_MessageQueue_nativePollOnce },// ...
};

static struct {jfieldID mPtr;   // native object attached to the DVM MessageQueuejmethodID dispatchEvents;
} gMessageQueueClassInfo;int register_android_os_MessageQueue(JNIEnv* env) {int res = RegisterMethodsOrDie(env, "android/os/MessageQueue", gMessageQueueMethods,NELEM(gMessageQueueMethods));jclass clazz = FindClassOrDie(env, "android/os/MessageQueue");gMessageQueueClassInfo.mPtr = GetFieldIDOrDie(env, clazz, "mPtr", "J");gMessageQueueClassInfo.dispatchEvents = GetMethodIDOrDie(env, clazz,"dispatchEvents", "(II)I");return res;
}

native

通过传入的指针，获取到 Native 层的 NativeMessageQueue 对象，接着调用 NativeMessageQueue 对象的 pollOnce 方法。

// frameworks/base/core/jni/android_os_MessageQueue.cpp
static void android_os_MessageQueue_nativePollOnce(JNIEnv* env, jobject obj,jlong ptr, jint timeoutMillis) {NativeMessageQueue* nativeMessageQueue = reinterpret_cast<NativeMessageQueue*>(ptr);nativeMessageQueue->pollOnce(env, obj, timeoutMillis);
}

Native 层 Looper 的 pollOnce 函数，pollOnce 内部主要是调用 epoll_wait 来进入休眠状态。

// frameworks/base/core/jni/android_os_MessageQueue.cpp
void NativeMessageQueue::pollOnce(JNIEnv* env, jobject pollObj, int timeoutMillis) {// ...// 内部调用 epoll_wait 阻塞mLooper->pollOnce(timeoutMillis);// ...
}

上面已经调用 Native 层 Looper::pollOnce 函数，从而调用 epoll_wait 来进入休眠状态。

// frameworks/core/core/libutils/Looper.cpp
// system/core/libutils/Looper.cpp
int Looper::pollOnce(int timeoutMillis, int* outFd, int* outEvents, void** outData) {for (;;) {while (mResponseIndex < mResponses.size()) {const Response& response = mResponses.itemAt(mResponseIndex++);if (ident >= 0) {... return ident;}}if (result != 0) {return result;}// 如果没有 在 Vector<Response> mResponses; 其中有 sp<LooperCallback> callback;// 则进入下面的休眠状态result = pollInner(timeoutMillis);}
}

// system/core/libutils/Looper.cpp
int Looper::pollInner(int timeoutMillis) {// ...int eventCount = epoll_wait(epollfd.get(), eventItems, EPOLL_MAX_EVENTS, timeoutMillis);

pollOnce 的具体代码分析可以参考上述Looper - native - pollAll 部分，这里不再重复。

至此，我们的线程就下 cpu，进入休眠状态。

其它线程 发送msg

大体来说

初始化一个 Handler 对象，再传入 msg。发送消息大致三步：

• 初始化一个 Handler 对象，覆写 Handler 的 handleMessage 方法
• 构建一个 Message 对象
• 通过 Handler 的 sendMessage 方法发送消息

后续，会执行 handleMessage

准备Handler

在使用 Looper 的线程中通常会初始化一个 Handler 对象，重写其handleMessage方法。

构造函数

Handler时，需要指定 Looper 意味着于此同时确定了对应的MessageQueue。

// frameworks/base/core/java/android/os/Handler.javapublic Handler(@NonNull Looper looper) {this(looper, null, false);}public Handler(@NonNull Looper looper, @Nullable Callback callback) {this(looper, callback, false);}public Handler(@NonNull Looper looper, @Nullable Callback callback, boolean async,boolean shared) {mLooper = looper;mQueue = looper.mQueue;mCallback = callback;mAsynchronous = async;mIsShared = shared;}

重写 handleMessage

当 Handler.sendMessage 方法调用时，（无论是本线程的Handler还是其它线程的Handler），在MessageQueue中排队后都会调用该Handeler的handleMessage方法。

// new 一个 Handler，覆写 handleMessage 方法
mHandler = new Handler() {  public void handleMessage(Message msg) {//定义消息处理逻辑. }
};

// 典型的关于Handler/Looper的线程
class LooperThread extends Thread {public Handler mHandler;public void run() {Looper.prepare();   // 子线程需要，主线程不需要mHandler = new Handler() {  public void handleMessage(Message msg) {//定义消息处理逻辑. Message msg = Message.obtain();}};Looper.loop();   // 子线程需要，主线程不需要}
}

重要的成员变量

Handler 初始化过程中，要对 Handler 中有两个重要变量进行赋值：

• mLooper：当前线程的 Looper
• mQueue： 当前进程的 MessageQueue

public Handler() {this(null, false);
}public Handler(@Nullable Callback callback, boolean async) {// 当前线程的 Looper 对象mLooper = Looper.myLooper();if (mLooper == null) {throw new RuntimeException("Can't create handler inside thread " + Thread.currentThread()+ " that has not called Looper.prepare()");}// 当前进程的 MessageQueue mQueue = mLooper.mQueue;mCallback = callback;mAsynchronous = async;
}

Handler发送Msg

准备Msg

做好以上的准备工作后，准备Message

// 构建一个 Message
Message msg = new Message();
// 获知遵循享元模式:
Message msg = Message.obtain();
msg.what = 2; 
msg.obj = "B"; Message msg = mReportHandler.obtainMessage(MSG_SWITCH_TO_SDR_MEMC);
mReportHandler.sendMessage(message);// 通过 Handler 的 sendMessage 方法发送消息
mHandler.sendMessage(msg);

我们先看看 Message 的初始化过程：

// frameworks/base/core/java/android/os/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 flagsPoolSize--;return m;}}return new Message();
}

从缓存 sPool 里面取 Message，如果没有的话就 new 一个 Message。

Handelr发送msg

主要函数

子线程 Handler为了发送MSG，归根结底，都是使用了 入队MSG Handler.enqueueMessage()

Handler::sendMessage

mHandler.sendMessage(msg) 内部继续对传入的 Message 进行进一步赋值。例如：把handler的this指针，赋值给了 msg 的 target 成员，这样调用时就知道应该执行哪一个Handler对应的函数了。

// frameworks/base/core/java/android/os/Handler.java
public final boolean sendMessage(@NonNull Message msg) { ... }
public boolean sendMessageAtTime(@NonNull Message msg, long uptimeMillis) {MessageQueue queue = mQueue;return enqueueMessage(queue, msg, uptimeMillis);
}
private boolean enqueueMessage(@NonNull MessageQueue queue, @NonNull Message msg, long uptimeMillis) {// 注意这里msg.target = this;  // 把handler的this指针，赋值给了msg的 target 成员msg.workSourceUid = ThreadLocalWorkSource.getUid();// 最终调用到 MessageQueue 的 enqueueMessage 方法return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}

MessageQueue::enqueueMessage

MessageQueue.enqueueMessage 代码有点长，核心逻辑：

• 把 Message 插入 mMessages 链表
• 调用 native 方法 nativeWake 唤醒 native 层的 epoll

// frameworks/base/core/java/android/os/MessageQueue.java
boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {// 添加msg到链表Message p = mMessages;msg.next = p;mMessages = msg;// We can assume mPtr != 0 because mQuitting is false.// 唤醒Looper，进入nativeif (needWake) {nativeWake(mPtr);}

nativeWake

nativeWake 最终会调用 native 层 mLooper 的 wake 函数，

private native static void nativeWake(long ptr);

向 eventfd 写入数据，唤醒与 eventfd 绑定的 epoll。

// nativeWake 对应的 JNI 函数 
static void android_os_MessageQueue_nativeWake(JNIEnv* env, jclass clazz, jlong ptr) {NativeMessageQueue* nativeMessageQueue = reinterpret_cast<NativeMessageQueue*>(ptr);nativeMessageQueue->wake();
}void NativeMessageQueue::wake() {mLooper->wake();
}// eventfd 写数据，唤醒 epoll
void Looper::wake() {// 大体就是write(mWakeEventFd.get(), &inc, sizeof(uint64_t));
}

// 这个mWakeEventFd就是epoll关注的句柄之一
void Looper::rebuildEpollLocked() {struct epoll_event eventItem;memset(& eventItem, 0, sizeof(epoll_event));eventItem.data.fd = mWakeEventFd.get();

// 之前陷入阻塞，也是和eventItems有关
int Looper::pollInner(int timeoutMillis) {// ...epoll_wait(epollfd.get(), eventItems, EPOLL_MAX_EVENTS, timeoutMillis);

接下来我们就来看看 epoll 唤醒以后的流程。

(仅作了解) 工作线程中执行

以下仅作了解，一般来说使用时不需要关心。

之前我们 或被动，或主动的在一个/一些线程中调用了 Looper::loop()。

在线程（一般是主线程）中执行Looper.loop()，则这个线程就是“工作线程”。可以认为是MSG的消费者：所有的MSG的消费，执行都是在该线程中，

• 调用了 Looper::loop() 的线程，会从进程的MessageQueue中取出、处理MSG，并执行Hanlder的重载。

• 因为 MessageQueue 是线程安全的，所以可以有多个线程调用 Looper::loop()，这些线程并行的处理Hanlder。

唤醒

native

Looper::pollInner 解除阻塞后，一路上函数调用栈恢复。相对应的，Java 层的 next 方法被唤醒。

Looper::loop()MessageQueue::nextMessageQueue::nativePollOnce
---jni---
android_os_MessageQueue_nativePollOnceNativeMessageQueue::pollOnceLooper::pollOnceLooper::pollInnerepoll_wait # 解除阻塞

java

唤醒后，一般的流程就是从 mMessages 中找个合适的 message 返回，

MessageQueue::next()

// frameworks/base/core/java/android/os/MessageQueue.java
public final class MessageQueue {
Message next() {// ...for (;;) {// 在这个位置陷入 Native 层，进入休眠状态// 所以也是从这个位置唤醒nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);// 从 mMessages 链表中选取一个合适的 message 返回synchronized (this) {// Try to retrieve the next message.  Return if found.final long now = SystemClock.uptimeMillis();Message prevMsg = null;Message msg = mMessages;

Looper::loop

再继续返回后进入上一层

// frameworks/base/core/java/android/os/Looper.java
// frameworks/base/core/java/android/os/Looper.java
public static void loop() {// 进入无限循环， for (;;) {// 从这里恢复阻塞Message msg = queue.next(); // MessageQueue.next() 获取 Message// 分发消息，调用 handler 中的回调函数msg.target.dispatchMessage(msg); }
}

代码很多，核心的流程只有两点：

• next() 处返回一个合适的 message
• 通过 msg.target.dispatchMessage(msg) 调用 handler 中的回调

至此，整个 Looper 流程就走完了。

唤醒后

Looper.loop() # 唤醒后执行如下步骤MessageQueue.next()			# 获取msgHandler.dispatchMessage 	# 处理msgHandler.handleMessage

获取MSG

Looper不断的调用，从消息队列中获取消息使用for循环

// frameworks/base/core/java/android/os/Looper.java
/*** 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();for (;;) {// MessageQueue.next() 获取 Message，可能阻塞Message msg = queue.next(); // might blockif (msg == null) {// No message indicates that the message queue is quitting.return;}// 处理MSG，下文会介绍

处理MSG

主线程处理，之前传入MessageQueue的MSG，在主线程中执行。

// frameworks/base/core/java/android/os/Looper.java
public static void loop() {// ...// 由于阻塞，在 主线程唤醒后 开始处理获得的msg// 分发消息，调用 handler 中的回调函数msg.target.dispatchMessage(msg); }
}

Message持有Handler，Handler持有Callback。

// frameworks/base/core/java/android/os/Message.java
public final class Message implements Parcelable {@UnsupportedAppUsage// 这个msg.target就是Handler的this指针，是其他线程初始化Msg时自动填入/*package*/ Handler target;

// frameworks/base/core/java/android/os/Handler.java
public class Handler {public void handleMessage(@NonNull Message msg) {}final Callback mCallback;public interface Callback {boolean handleMessage(@NonNull Message msg);}
}

Handler::dispatchMessage

Handler的方法 handleMessage dispatchMessage 等，最终会调用到以下方法

// frameworks/base/core/java/android/os/Handler.java
/*** Handle system messages here.*/
public void dispatchMessage(@NonNull Message msg) {if (msg.callback != null) {handleCallback(msg);	// 1 Runnable run} else {if (mCallback != null) { // 2 final Callback mCallback;if (mCallback.handleMessage(msg)) {return;}}handleMessage(msg);}
}private static void handleCallback(Message message) {message.callback.run(); // 1 Runnable callback;
}public Handler(@Nullable Callback callback, boolean async) {mLooper = Looper.myLooper();mQueue = mLooper.mQueue;mCallback = callback;		// 2 执行这里的 handleMessage
}
public void handleMessage(@NonNull Message msg) { // 3 执行子类的重载(通常说的就是这里)
}

Handler::handleMessage

这也是初始化Handler时，需要重写 handleMessage 的原因

在使用 Looper 的线程中通常会初始化一个 Handler 对象：

// new 一个 Handler，覆写 handleMessage 方法
mHandler = new Handler() {  public void handleMessage(Message msg) {//定义消息处理逻辑. }
};