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android 异步通信机制Handler的分析与运用

程序员文章站 2022-07-14 21:53:59
...

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

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();

    }

}复制代码

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:

        new Thread(new Runnable() {

            @Override
            public void run() {
               //处理事件
            }
        }).start();复制代码

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。

public
class Thread implements Runnable {
    //...
}复制代码

回归正题:

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

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


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

继续进入

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

        return m;
    }复制代码

最终来到了Message类中

/**
     * 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();
    }复制代码

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

//Handler类

public final boolean sendMessage(Message msg)
    {
        return sendMessageDelayed(msg, 0);
    }复制代码

继续深入查看

//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);
    }复制代码

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。

//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);
    }复制代码

我们来看看最后一步,将消息插入队里中是如何实现的。

//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);
    }复制代码

我们来看看大头,消息是如何入队的。

//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;
    }复制代码

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:

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;

    //...
}复制代码

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

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(); ------------------------(2throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
    }复制代码

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

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();
        }
    }复制代码

对于myLoop()是什么东东?

/**
     * 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();
    }复制代码

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:

//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));
    }复制代码

接下来我们看一下Looper.loop()的方法:

/**
     * 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();
        }
    }复制代码

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:

//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);
        }
    }复制代码

handleCallback(msg);方法实现

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

handleMessage方法实现

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

对于上面那个方法,其实就是我们在主线程中实现的方法:

//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);
            }
        }
    };复制代码

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:

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

而我们的代码是如何写的呢?

//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);

        }
    }复制代码

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:

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

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,

 Looper.prepareMainLooper();
 //...
 Looper.loop();复制代码

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。

 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();

        }
    }复制代码

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。

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

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。

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

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???

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);
        }
    }复制代码

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。

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

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:

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

2、view.post
同理,我们也是进入到源码中进行分析一下:

/**
     * <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;
    }复制代码

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:

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

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

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