android 异步通信机制Handler的分析与运用

当我们应用程序启动时,Android系统就会创建一个主线程即UI线程,在这个UI线程中进行对UI控件的管理,如页面的刷新或者事件的响应等过程。同时Android规定在UI主线程不能进行耗时操作,否则会出现ANR现象,对此,我们一般是通过开启子线程来进行耗时操作,在子线程中通常会涉及到页面的刷新问题,这就是如何在子线程进行UI更新,对于这个问题,我们一般通过异步线程通信机制中的Handler来解决,接下来我们就来分析一下Handler机制。

常规用法

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public class MainActivity extends AppCompatActivity {
@BindView(R.id.execute)
Button execute;
@BindView(R.id.text)
TextView text;
//处理子线程发过来的消息
Handler handler = new Handler() {
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
super.handleMessage(msg);
if (msg.what == 1) {
text.setText("obj:" + msg.obj.toString() + "\nwhat: " + msg.what + "\narg1: " + msg.arg1);
}
}
};
@Override
public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
ButterKnife.bind(this);
//子线程发送消息
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
Message message = handler.obtainMessage();
message.what = 1;
message.obj = "子线程更新UI操作";
handler.sendMessage(message);
}
}).start();
}
}

以上代码就是我们一般会使用到的,子线程通过Message,给主线程发送消息进行UI操作,接下来我们就一步一步进行深究,看看android是如何实现子线程和主线程如何交互的。

首先,我们在主线程中开启一个子线程,我们用了以下方式:

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new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
//处理事件
}
}).start();

开启一个线程,通常有两种方式:

  1. 继承Thread类,覆盖run方法
  2. 实现runnable接口,实现run方法

对于第一种方法继承Thread类,覆盖run方法,我们查看源码就可以知道,最终还是实现runnable接口,所以没有多大的区别。

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public
class Thread implements Runnable {
//...
}

回归正题:

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Message message = handler.obtainMessage();
message.what = 1;
message.obj = "子线程更新UI操作";
handler.sendMessage(message);

我们在run方法中进行发送消息,对于第一行我们获得一个消息是通过

handler.obtainMessage();

而不是通过

Message message =new Message();

这两者有什么区别呢?还是来进入到源码中一窥究竟吧!我们首先进入Handler类中,进行查看

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public final Message obtainMessage()
{
return Message.obtain(this);
}

继续进入

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public static Message obtain(Handler h) {
Message m = obtain();
m.target = h;
return m;
}

最终来到了Message类中

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/**
* Return a new Message instance from the global pool. Allows us to
* avoid allocating new objects in many cases.
*/
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();
}

我们仔细观察一下sPool ,这个sPool 是什么东西呢?pool是池的意思,线程有线程池,那么我们也可以认为Message也有一个对象池,我们分析一下源码可以得知:

如果Message对象池中还存在message的话,我们直接使用message,而不是创建一个新的Message

接下来就是对message进行一些常规的设置,如要传递的消息内容之类的,最后进行消息 的发送。
我们进入到消息的最后一步源码中进行查看:

handler.sendMessage(message);

会调用sendMessageDelayed方法

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//Handler类
public final boolean sendMessage(Message msg)
{
return sendMessageDelayed(msg, 0);
}

继续深入查看

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//Handler.java
public final boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis)
{
if (delayMillis < 0) {
delayMillis = 0;
}
//定时发送消息
return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis);
}

如果我们设置了延时时间,那么会计算相应的发送时间,当前时间加上延时就是最终的消息发送时间。

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//Handler.java 定时发送消息
public boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis) {
//消息队列
MessageQueue queue = mQueue;
if (queue == null) {
RuntimeException e = new RuntimeException(
this + " sendMessageAtTime() called with no mQueue");
Log.w("Looper", e.getMessage(), e);
return false;
}
//将消息插入队列中,等待处理
return enqueueMessage(queue, msg, uptimeMillis);
}

我们来看看最后一步,将消息插入队里中是如何实现的。

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//消息入队操作
private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
//msg.target实际上是Handler
msg.target = this;
//异步
if (mAsynchronous) {
msg.setAsynchronous(true);
}
//消息入队
return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}

我们来看看大头,消息是如何入队的。

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//MessageQueue.java 消息入队,队列的实现其实单链表的插入和删除操作
boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
//指的是Handler
if (msg.target == null) {
throw new IllegalArgumentException("Message must have a target.");
}
//如果消息正在使用中
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) {
msg.next = p;
mMessages = msg;
needWake = mBlocked;
} else {
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;
}

当Handler将消息插入到消息队列后,那么重要的问题来了,子线程是如何和主线程通信的呢?按道理讲,既然可以将插入到队列中,那么肯定有一个东西可以从消息队列中去消息然后进行处理,对于这个东西,就是有Looper来承担了。

我们首先来看下Looper这个类:

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public final class Looper {
// sThreadLocal.get() will return null unless you've called prepare().
//用于存放当前线程的looper对象
static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();
//主线程的Looper也就是UI线程Looper
private static Looper sMainLooper; // guarded by Looper.class
//当前线程的消息队列
final MessageQueue mQueue;
//当前线程
final Thread mThread;
//...
}

我们对Looper这个类进行了简单的介绍,对于消息的获取并处理我们得进入到主线程中即ActivityThread.java类中去

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public static void main(String[] args) {
//省略部分代码...
Looper.prepareMainLooper(); ------------------(1
ActivityThread thread = new ActivityThread();
thread.attach(false);
if (sMainThreadHandler == null) {
sMainThreadHandler = thread.getHandler();
}
if (false) {
Looper.myLooper().setMessageLogging(new
LogPrinter(Log.DEBUG, "ActivityThread"));
}
//省略部分代码...
Looper.loop(); ------------------------(2
throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
}

对于Looper.prepareMainLooper()我们进行分析看看,到底是什么?

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public static void prepareMainLooper() {
//不允许退出
prepare(false);
synchronized (Looper.class) {
//一个线程只能有一个Looper对象
if (sMainLooper != null) {
throw new IllegalStateException("The main Looper has already been prepared.");
}
//主线程的looper
sMainLooper = myLooper();
}
}

对于myLoop()是什么东东?

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/**
* Return the Looper object associated with the current thread. Returns
* null if the calling thread is not associated with a Looper.
*/
public static @Nullable Looper myLooper() {
return sThreadLocal.get();
}

是我们一开始介绍的looper类中的相关变量,也就是存储Looper对象的东西,类似于一个容器。这里是取的Looper对象,那么我们在哪里进行存呢?我们进入到prepare方法中:

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//保存当前线程的Looper对象
private static void prepare(boolean quitAllowed) {
//一个线程只允许一个Looper对象
if (sThreadLocal.get() != null) {
throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
}
//存入Looper对象
sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));
}

接下来我们看一下Looper.loop()的方法:

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/**
* Run the message queue in this thread. Be sure to call
* {@link #quit()} to end the loop.
*/
public static void loop() {
//获取当前线程的Looper对象
final Looper me = myLooper();
//主线程中不需要手动调用Looper.prepare()方法,
//当我们使用子线程时需要手动调用Looper.prepare()方法,否则会报异常。
if (me == null) {
throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
}
//当前线程中的消息队列
final MessageQueue queue = me.mQueue;
//省略部分代码...
//死循环,不断处理消息
for (;;) {
Message msg = queue.next(); // might block
if (msg == null) {
// No message indicates that the message queue is quitting.
return;
}
//省略部分代码...
try {
//msg.target就是Handler,Handler处理消息
msg.target.dispatchMessage(msg);
} finally {
if (traceTag != 0) {
Trace.traceEnd(traceTag);
}
}
//省略部分代码...
//消息回收
msg.recycleUnchecked();
}
}

Looper.loop()其实就是不断的从队列中获取消息,然后进行处理。

在上面方法中,有一行代码:msg.target.dispatchMessage(msg);我们进入内部去详细查看一下实现:

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//Handler.java 分发消息
/**
* Handle system messages here.
*/
public void dispatchMessage(Message msg) {
// msg.callback== Runnable callback;
if (msg.callback != null) {
//如果有runnable,那么则实现它的run方法里面的内容
handleCallback(msg);
} else {
//否则处理handleMessage方法
if (mCallback != null) {
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
}
}
handleMessage(msg);
}
}

handleCallback(msg);方法实现

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private static void handleCallback(Message message) {
//msg.callback== Runnable callback;
message.callback.run();
}

handleMessage方法实现

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public interface Callback {
public boolean handleMessage(Message msg);
}

对于上面那个方法,其实就是我们在主线程中实现的方法:

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//消息处理
Handler handler = new Handler() {
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
super.handleMessage(msg);
if (msg.what == 1) {
text.setText("obj:" + msg.obj.toString() + "\nwhat: " + msg.what + "\narg1: " + msg.arg1);
}
}
};

到此,基本上就已经分析了大概,不过,我们在实际的开发过程中有时候会碰到这个问题:

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Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()

而我们的代码是如何写的呢?

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//自定义一个Thread继承自Thread
private class MyThread extends Thread {
private Handler myThreadHandler;
@Override
public void run() {
myThreadHandler = new Handler() {
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
super.handleMessage(msg);
if (msg.what == 1) {
//todo...
}
}
};
Message message = new Message();
message.what = 1;
message.obj = "MyThread Message Handler";
myThreadHandler.sendMessage(message);
}
}

上述代码很简单,就是自定义一个Thread,然后申明一个Handler来使用,然后通过下面代码进行线程通信:

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myThreadBtn.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
@Override
public void onClick(View v) {
new MyThread().start();
}
});

为什么上面简单的代码会出现这个问题呢?而我们在Activity中申明的Handler就可以直接用,而不会出现上述的error?其实,我们在UI主线程中使用Handler时已经调用过了Looper.prepare()和Looper.loop(),我们返回到上面的ActivityThread.java类中的main方法处,我们可以发现,其实UI主线程已经调用过了,

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Looper.prepareMainLooper();
//...
Looper.loop();

而在我们子线程却需要我们自己手动调用一下,知道了原因所在,我们来修改一下,再次运行,即可得出正确的答案。

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private class MyThread extends Thread {
private Handler myThreadHandler;
@Override
public void run() {
//注意此处的prepare方法
Looper.prepare();
myThreadHandler = new Handler() {
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
super.handleMessage(msg);
if (msg.what == 1) {
//todo...
}
}
};
Message message = new Message();
message.what = 1;
message.obj = "MyThread Message Handler";
myThreadHandler.sendMessage(message);
//注意此处的loop方法
Looper.loop();
}
}

以上修改内容即可得出正确的答案,接下来我们来总结一下:

为什么使用异步消息处理的方式就可以对UI进行操作了呢?这是由于Handler总是依附于创建时所在的线程,比如我们的Handler是在主线程中创建的,而在子线程中又无法直接对UI进行操作,于是我们就通过一系列的发送消息、入队、出队等环节,最后调用到了Handler的handleMessage()方法中,这时的handleMessage()方法已经是在主线程中运行的,因而我们当然可以在这里进行UI操作了。

除了通过Handler的sendMessage方法来进行子线程和主线程进行通信外,我们还可以通过以下的方法来达到相同的效果。

1、handler.post
我们来仔细分析一下源代码进行说明。

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public final boolean post(Runnable r)
{
return sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);
}

调用handler.post方法,将runnable参数转化为一条message进行发送的。接着我们进入getPostMessage(r)中进行分析看看。

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private static Message getPostMessage(Runnable r) {
Message m = Message.obtain();
m.callback = r;
return m;
}

将传递进来的runnable参数赋值给Message的callback变量,赋值给它有什么用呢?我们还记不记得在Handler的dispatchMessage时会做一个判断???

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public void dispatchMessage(Message msg) {
//判断Message的callback是否为null,这里的callback就是runnable
if (msg.callback != null) {
handleCallback(msg);
} else {
if (mCallback != null) {
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
}
}
handleMessage(msg);
}
}

上面的callback是否为null的判断决定着整个流程,如果callback不等于null的话我们进入handleCallback(msg)方法中一窥究竟。

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private static void handleCallback(Message message) {
message.callback.run();
}

看到没?直接调用了run方法,其中的message.callback就是Runnable,所以它会直接执行run方法。所以对于在子线程中更新UI时使用handler.post 方法时,直接在run方法中进行UI更新如:

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mHandler.post(new Runnable() {
@Override
public void run() {
handlerText.setText("result: this is post method");
}
});

2、view.post
同理,我们也是进入到源码中进行分析一下:

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/**
* <p>Causes the Runnable to be added to the message queue.
* The runnable will be run on the user interface thread.</p>
*
* @param action The Runnable that will be executed.
*
* @return Returns true if the Runnable was successfully placed in to the
* message queue. Returns false on failure, usually because the
* looper processing the message queue is exiting.
*
* @see #postDelayed
* @see #removeCallbacks
*/
public boolean post(Runnable action) {
final AttachInfo attachInfo = mAttachInfo;
if (attachInfo != null) {
return attachInfo.mHandler.post(action);
}
// Postpone the runnable until we know on which thread it needs to run.
// Assume that the runnable will be successfully placed after attach.
getRunQueue().post(action);
return true;
}

通过该方法的注释我们就知道,首先会将runnable放进到Message队列中去,然后在UI主线程中运行,调用handler的post方法,本质的原理都是一样的。

3、runOnUiThread
对于runOnUiThread方法,我们从字面上也可以了解到是在主线程中运行的,我们详细分析一下:

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public final void runOnUiThread(Runnable action) {
if (Thread.currentThread() != mUiThread) {
mHandler.post(action);
} else {
action.run();
}
}

代码很简单,就是先判断一下当前线程是否是UI主线程,是的话,直接运行run方法,不是的话通过Handler来实现。

通过以上四种在子线程中更新UI的方法,其内在的本质都是一样的,都是借助于Handler来实现的,本篇分析了异步通信机制中的Handler,通过本篇的学习与了解,对于实际项目中如果遇到相似的问题的话,我想应该可以迎刃而解了。知其然而知所以然!

最后我们来总结一下本篇文章中涉及到的各个对象的意思:

1、MessageQueue

消息队列,它的内部存储了一组数据,以队列的形式向外提供了插入和删除的工作。但是它的内部实现并不是队列,而是单链表

2、Looper

会不停检查是否有新的消息,如果有就调用最终消息中的Runnable或者Handler的handleMessage方法。对应提取并处理消息。

3、Handler

Handler的工作主要包含消息的发送和接收过程。消息的发送可以通过post的一系列方法以及send的一系列方法来实现,不过最后都是通过send的一系列方法实现的。对应添加消息和处理线程。

4、Message

封装了需要传递的消息,并且本身可以作为链表的一个节点,方便MessageQueue的存储。

5、ThreadLocal

一个线程内部的数据存储类,通过它可以在指定的线程中储存数据,而其它线程无法获取到。在Looper、AMS中都有使用。

参考

1、http://www.jianshu.com/p/94ec12462e4e)

2、http://blog.csdn.net/woshiwxw765/article/details/38146185


关于作者

1. 简书 http://www.jianshu.com/users/18281bdb07ce/latest_articles

2. 博客 http://crazyandcoder.github.io/

3. github https://github.com/crazyandcoder