Java实现Android中的Handle

一、关于Handler
Handler对于我们Android开发者来说应该是再熟悉不过了，这也是在Android中最重要的消息机制，特别是在面试笔试时，Handler机制也是最常问到的话题。今天我们就来动手撸一个自己写的Handler，用java层代码方式来实现，进一步来了解Handler在线程通信过程中的作用。

二、问题
Handler机制也可以理解为线程间的消息机制，如果我们自己来设计Handler实现线程间通信，需要怎么做呢？我们知道，在Handler机制中，最重要的几个类：Handler、Looper、MessageQueue、Message、ThreadLocal。那它们在具体实现中又有什么作用呢？

三、思考
首先，从使用者角度来看，他的操作只有两步：

在主线程创建Handler实例，并重写handleMessage方法处理消息。
在子线程获取Handler的引用调用sendMessage方法发送消息，在handleMessage中即可处理该消息。
那从设计者角度来看，我们要分清Handler、Looper、MessageQueue、Message、ThreadLocal这几个类都担当了什么职责：

Handler 负责发送和处理消息
Looper 消息泵，也就是负责取出消息交给Handler来处理。
MessageQueue 消息队列，负责存取消息。
Message 具体发送的消息。
ThreadLocal 它主要用于做线程间的数据隔离用的，这里它在每个线程中存放各自对应的Looper。
好了，简单分析完各个类的作用，那我们开始挽起袖子撸代码吧。

四、实现

1、 Handler的实现

由于Handler主要负责发送和处理消息，那我们主要实现它的sendMessage、sendMessage、dispatchMessage三个方法，来处理消息的发送和接收：

public class Handler {
      //消息队列
     MessageQueue mQueue;
      //Looper
     Looper mLooper;

     public Handler() {
         mLooper = Looper.myLooper();
         if (mLooper == null) {
             throw new RuntimeException(
                 "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");
         }
         mQueue = mLooper.mQueue;
    }
     public final void sendMessage(Message msg){
         MessageQueue queue = mQueue;
         if (queue != null) {
             msg.target = this;
              queue.enqueueMessage(msg);
         }else {
             RuntimeException e = new RuntimeException(
                 this + " sendMessage() called with no mQueue");
             throw e;
         }
     }
    
    /**
     * Subclasses must implement this to receive messages.
     */
    public void handleMessage(Message msg) {
    }
    
    /**
     * Handle system messages here.
     */
    public void dispatchMessage(Message msg) {
        handleMessage(msg);
    }

}

我们在Handler的构造函数中获取当前线程对应的looper，并取出Looper中对应的消息队列保存在成员变量中。sendMessage方法中我们给Message的target变量赋值为this，也就是表明了Message是由当前的Handler来负责处理的，之后调用enqueueMessage方法将消息存入消息队列中。而dispatchMessage方法我们实现比较简单，负责调用handleMessage来处理消息。

2、 Looper的实现

Looper主要负责取出消息交由Handler处理，我们主要来实现prepare、loop方法：

public class Looper {

    // sThreadLocal.get() will return null unless you've called prepare().
    static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();
    MessageQueue mQueue;
    
    private Looper() {
        mQueue = new MessageQueue();
    }
    
    public static Looper myLooper() {
        return sThreadLocal.get();
    }
    
    public static void prepare() {
        if (sThreadLocal.get() != null) {
            throw new RuntimeException(
                    "Only one Looper may be created per thread");
        }
        sThreadLocal.set(new Looper());
    }
    
    public static void loop() {
    
        Looper me = myLooper();
        if (me == null) {
            throw new RuntimeException(
                    "No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
        }
    
        MessageQueue queue = me.mQueue;
    
        for (;;) {
            Message msg = queue.next();
            if (msg == null || msg.target == null)
                continue;
            //转发给handler
            msg.target.dispatchMessage(msg);
        }
    }

}

在Looper的构造函数中我们创建了对应的消息队列来存取消息，并且在prepare方法中存入ThreadLocal当前线程的Looper，loop方法从当前线程的Looper的消息队列中取出消息，最终调用msg.target.dispatchMessage(msg)交友之前发送消息的Handler来处理消息。

3、Message的实现

Message的实现比较简单：

public final class Message {
    //处理该消息的Handler 
    Handler target;
    public int what;

    public Object obj;
    
    @Override
    public String toString() {
        return obj.toString();
    }

}

4、MessageQueue消息队列的实现

在消息队列的实现中我们主要考虑几个问题：

1. 用什么数据结构存放消息，存放数据大小有限制。
2. 当next()方法取出消息时，消息队列没有消息，该方法应阻塞。
3. 当enqueueMessage方法存放消息时，消息大于存放消息限制大小，应阻塞。

//消息队列
public class MessageQueue {
    //互斥锁
    Lock lock;
    //条件变量
    Condition mEmptyQueue;
    Condition mFullQueue;
    //消息
    Message[] mMessages;
    //装入  和取出消息的下标
    int putIndex;
    int takeIndex;
    //记录数   用于判断是否继续生产和消费
    int count;
    public MessageQueue(){
        //初始化50个消息
        mMessages = new Message[50];
        lock = new ReentrantLock();
        //标示
        mEmptyQueue = lock.newCondition();
        mFullQueue = lock.newCondition();
    }
    //生产者 子线程
    final void enqueueMessage(Message msg){
        //添加至消息队列
        try{
            lock.lock();
            while(count == mMessages.length){
                try {
                    mFullQueue.await();
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            mMessages[putIndex] = msg;
            putIndex = (++putIndex == mMessages.length ? 0 : putIndex);
            count++;
            //通知主线程继续执行
            mEmptyQueue.signalAll();
        }finally{
            lock.unlock();
        }

    }
    //消费者  主线程
    final Message next(){
        //取出消息
        Message message = null;
        try{
            lock.lock();
            //取到最后一个
            while (count == 0) {
                try {
                    mEmptyQueue.await();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
             message = mMessages[takeIndex];
             mMessages[takeIndex] = null;
            takeIndex = (++takeIndex == mMessages.length ? 0 : takeIndex);
            count--;
            //通知子线程   
            mFullQueue.signalAll();
        }finally{
            lock.unlock();
        }
        return message;
    }

}

这里的next和enqueueMessage是典型的生产者、消费者的关系，为防止出现错乱我们给两个方法都加上Lock锁，当enqueueMessage方法存放消息时如果当前队列消息满了，则调用mFullQueue.await();进行等待消息处理，当向消息队列中存放消息后，也就是说消息队列不为空了，调用mEmptyQueue.signalAll();通知next()方法来处理消息。

至此，我们的Handler消息处理过程已经基本完成了，下面我们测试下看看：

5、测试

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        //初始化Looper
        Looper.prepare();
    
        final Handler hander = new Handler(){
            public void handleMessage(Message msg) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--receiver--" + msg.toString());
            };
        };
    
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(new Runnable() {
                public void run() {
                    while (true) {
                        Message msg = new Message();
                        msg.what = 0;
                        synchronized (UUID.class) {
                            msg.obj = Thread.currentThread().getName()+"--send---"+UUID.randomUUID().toString();
                        }
                        System.out.println(msg);
                        hander.sendMessage(msg);
                        try {
                            Thread.sleep(1000);
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                }
            }).start();
        }
        //开始消息循环
        Looper.loop();
    }

}看下测试结果:

Thread-0--send---e4ed9a81-3477-4f5d-a663-1d30626d93b5
Thread-8--send---4c403131-ec14-406c-b57b-a4943dfa93ac
Thread-7--send---9752a85d-9517-4607-a54f-92c2342b7a28
Thread-6--send---7d4ee443-3ab5-4c4e-aac5-eeafc26b78d9
Thread-9--send---70ba7292-1ff4-404d-974e-dfedb1a3fa71
Thread-4--send---614e07e6-bc39-45be-93b0-6996de7f159e
Thread-2--send---7bfaa831-a31b-457a-82cd-145a9d98d351
Thread-5--send---8ffd7327-6ddb-4088-93e6-1304fc926814
Thread-1--send---f6d5e373-88b0-44e9-ab51-f95808acb068
main--receiver--Thread-0--send---e4ed9a81-3477-4f5d-a663-1d30626d93b5
main--receiver--Thread-8--send---4c403131-ec14-406c-b57b-a4943dfa93ac
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测试成功！！我们自己的Handler也可以正常处理消息啦~

五、总结
Handler源码的实现过程要比我们自己的复杂很多，特别是消息处理的细节，调用了底层C++的代码。但实现的整体思路和我们是一样的，通过动手实践一次，加深对Handler的理解，对我们认识和处理消息机制的问题大有裨益。