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Android Message Handler 消息处理机制总结笔记

2015年10月15日

官方文档 Communicating with the UI Thread

一次性线程和无限循环线程

普通线程是一次性的,执行结束后也就退出了(这种说法可能不严谨,但为了下文描述方便)。
但某些情况下需要无限循环、不退出的线程。比如处理用户交互的线程,它等待并执行用户的点击、滑动等等操作事件,也执行由系统触发的广播等事件,称之为主线程,也叫UI线程。

关于这种无限循环线程需要说的是:

  • 每个事件及其所包含的信息被封装为一个Message(下文中提到的“消息”和“事件”是一回事儿);
  • 线程不能同时处理所有事件,所以需要有个收件箱MessageQueue(下文中提到的线程,如果没有特别说明是一次性线程,那么都指looper thread);
  • 之所以不同于一次性线程,而能无限循环,是Looper的功劳,所以这种线程也被称为message looper thread;
  • 事件由Handler发送和处理。

创建一个looper thread

Android提供的类HandlerThread,是一个looper thread类。通过源码理解它是怎么办到的:
HandlerThread源码链接

23 public class HandlerThread extends Thread {
51     @Override
52     public void run() {
            // 初始化当前线程为looper thread,prepare()方法保证为每个线程只新建一个Looper object;
            // 在新建Looper object时,新建了一个MessageQueue object;
            // 所以,HandlerThread对象、Looper对象、MessageQueue对象,三者之间建立了彼此惟一的关联。
54         Looper.prepare();
55         synchronized (this) {
                // 该静态方法返回与当前线程关联的Looper object,如果当前线程未关联Looper则返回空;
                // 稍后讲到的Handler也是通过该方法建立和当前线程的惟一关联;
                // 至于为什么是当前线程,好像是和ThreadLocal<Looper>这个静态变量有关,不甚明了,存疑 TODO.
56             mLooper = Looper.myLooper();
57             notifyAll();
58         }
            // 你可以覆写这个函数,以在循环开始前做些必要的工作,比如实例化一个Handler,稍后讲它。
60         onLooperPrepared();
            // 调用loop()方法后,Looper对象就开始循环地从MessageQueue对象中取消息、处理消息、没消息时等待消息;
            // 这就使得它成为了一个looper thread;
            // 而如何处理消息,涉及Handler,稍后讲它。
61         Looper.loop();
63     }

所以,创建一个HandlerThread实例,就创建了一个looper thread:

// 在合适的地方新建并启动线程,比如在Activity.onCreate()方法。
HandlerThread mHandlerThread = new HandlerThread("Gallery Downloading Thread");
mHandlerThread.start();

// 必须调用getLooper(),而且必须在start()之后调用,该方法获取与线程关联的Looper对象,以确保线程就绪;
// 因为该方法会被阻塞直至looper对象初始化好了。
mHandlerThread.getLooper();

// 在合适的地方调用quit()方法,比如Activity.onDestroy()方法,以退出线程的looper循环,不再处理消息队列中的任何消息;
// 此处存疑 TODO:线程退出了吗?(好像并没有,该如何处理?)
mHandlerThread.quit();

如此,一个looper thread就在运转了,但它发现没有消息,于是它等待。问题是,
该如何传递消息给它;它拿到消息后又是怎么处理的呢?答案在Handler。

Handler负责消息的发送和处理

Handler源码链接

关于Handler需要说的是:

  • Handler使你能够发送并处理MessageRunnable对象;
  • 当你创建了一个Handler实例,它就被绑定给创建它的线程,只能绑定给这1个线程,这也就意味着只关联了1个MessageQueue,此后,就可以发送messages和runnables给所关联的message queue,而当这些消息出队时,就在handler绑定的线程中得到执行;
  • Handler主要有2种用途:(1) 安排messages和runnables在将来的某个时间点执行;(2) 让另一个线程做些事情。
    以上内容截取自源码文件的注释(翻译后)。

使用默认构造器创建一个Handler

Handler mHandler = new Handler();

通过源码来理解为什么handler被绑定到了创建它的线程:

188    public Handler(Callback callback, boolean async) {
            // 通过该静态方法获得与当前线程绑定的Looper,而Looper是和当前线程惟一关联的(参看上文描述);
            // 这样就建立了handler和当前线程及其MessageQueue的惟一关联;
            // 当然也可以通过另一个方法关联到指定的Looper,此处暂且不表 TODO.
198        mLooper = Looper.myLooper();
            // 如果当前线程没有looper,就没有queue,就没法接收消息,所以抛出异常。
199        if (mLooper == null) {
200            throw new RuntimeException(
201                "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");
202        }
203        mQueue = mLooper.mQueue;
204        mCallback = callback;
206    }

// 默认的构造器就调用上面的方法,绑定handler到当前线程,也就是创建它的线程。
113    public Handler() {
114        this(null, false);
115    }

现在有了handler,又该如何发送消息呢?在发送之前,我们先新建一个消息。

使用默认构造器创建一个Message

Message msg = new Message();
msg.what // 自定义的消息识别码,整形,以便接收者识别消息;
msg.arg1 // 如果两个int数据就可以满足你的要求,就用arg1和arg2;
msg.arg2
msg.obj // 如果复杂,就传递Object对象,或者Bundle数据;
msg.setData(Bundle data)

使用Handler发送消息

Handler可以发送处理MessageRunnable两种对象,提供了若干方法:

boolean post(Runnable r);
boolean postAtTime(Runnable r, Object token, long uptimeMillis);
boolean postDelayed(Runnable r, long delayMillis);

boolean sendEmptyMessage(int what);
boolean sendMessage(Message msg);
boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis);
boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis);

这些方法最终都调用了sendMessageAtTime(),然后把消息放入队列。Runnable对象在内部被转成了Message对象的callback字段,稍后讲它。

Message绑定给了发送它的Handler

需要特别关注message的成员变量Handler target,消息入队时,该字段被设置为发送它的handler,这就确保了message对象和handler对象的惟一关联。这样在message出队时,就知道该交给哪个handler处理;除此之外它还有别的用处,稍后讲它。

高效发送消息的做法

上文发送消息的做法,每次都需要新建一个message实例。如果频繁的话,Android推荐这样做:

mHandler
    .obtainMessage(int what, int arg1, int arg2, Object obj)
    .sendToTarget();

Handler.obtainMessage(...) 方法从公共循环池里获取消息(如果没有的话,它会创建新的实例),并传入消息的各个字段。这样可以避免创建新的Message实例,提高效率。
Message.sendToTarget()方法只执行了一条语句target.sendMessage(this),这就是上文提到的target字段的别的用处。这样就把消息放入了队列。

使用Handler处理消息

这是消息循环的核心源码,一个死循环:

// Looper.loop()
109    public static void loop() {
110        final Looper me = myLooper();
114        final MessageQueue queue = me.mQueue;
115
121        for (;;) {
122            Message msg = queue.next(); // might block 没有消息则阻塞。
123            if (msg == null) {
                    // 收到空消息就退出。
124                // No message indicates that the message queue is quitting.
125                return;
126            }
                // 这就是前面提到的target字段的作用:知道把出队的消息交给谁。
135            msg.target.dispatchMessage(msg);
153        }
154    }

下面就开始dispatchMessage:

// Handler.dispatchMessage()
93     public void dispatchMessage(Message msg) {
            // 上文提到的,发送消息时,Runnable对象在内部被转成了Message对象的`callback`字段;
            // 若callback不为空,那么消息就是一个runnable对象,那么就执行它;
94         if (msg.callback != null) {
95             handleCallback(msg);
96         } else {
                // 如果不是runnable,那么就是Message对象了:
                // 上文只讲了使用默认构造器创建handler,也可以Handler(Callback callback);
                // 这样就为每个handler设置了各自的callback,优先执行它;
97             if (mCallback != null) {
98                 if (mCallback.handleMessage(msg)) {
99                     return;
100                }
101            }
                // 如果handler对象没有自己的callback,那么就执行这个方法;
                // 这是一个空方法,当通过默认构造器新建一个handler时需要覆写它。
102            handleMessage(msg);
103        }
104    }

理论知识已经具备了,那么接下来,在1个典型的应用场景中使用它们解决我们的问题。

一个demo使用后台线程完成下载任务

这段代码截取自《Android权威编程指南》第26, 27章,作者构建了一个这样的App:下载Flicker上最新的100张缩略图,并填充到GridView内。首先通过AsyncTask线程获取包含缩略图url信息的XM文件;然后下载那些url指向的缩略图。这里需要思考的是,何时下载这些缩略图,是一次下载完?还是下载一部分?由谁触发下载?下载后怎样填充到GridView内?
解决了这些问题,就基本掌握了创建后台线程,并和主线程通信的方法。

public class PhotoGalleryFragment extends Fragment {
    ThumbnailDownloader<ImageView> mThumbnailDownloader;

    @Override
    public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        mThumbnailDownloader = new ThumbnailDownloader<ImageView>(new Handler());
        mThumbnailDownloader.setOnThumbnailDownloadListener(new OnThumbnailDownloadListener<ImageView>() {
            public void onThumbnailDownloaded(ImageView imageView, Bitmap bitmap) {
                imageView.setImageBitmap(bitmap);
            }
        });
        mThumbnailDownloader.start();
        mThumbnailDownloader.getLooper();
    }

    @Override
    public void onDestroy() {
        mThumbnailDownloader.quit();
    }

    private class GalleryItemAdapter extends ArrayAdapter<GalleryItem> {
        @Override
        public View getView(int position, View convertView, ViewGroup parent) {
            ImageView imageView;
            String url;
            // 对于需要显示在GridView视图中的成百上千张图片,我们不可能一次下载完然后显示;
            // 只能在需要显示时下载,而GridView的adapter知道什么时候显示哪些视图;
            // 所以我们在此处安排后台线程的下载任务。
            mThumbnailDownloader.queueThumbnail(imageView, url);
            return convertView;
        }
    }
}


public class ThumbnailDownloader<Token> extends HandlerThread {
    private static final String TAG = "ThumbnailDownloader";
    private static final int MESSAGE_DOWNLOAD = 0;

    Handler mHandler;
    Map<Token, String> requestMap = Collections.synchronizedMap(new HashMap<Token, String>());

    Handler mResponseHandler;
    OnThumbnailDownloadListener<Token> mOnThumbnailDownloadListener;

    public interface OnThumbnailDownloadListener<Token> {
        void onThumbnailDownloaded(Token token, Bitmap thumbnail);
    }

    public void setOnThumbnailDownloadListener(OnThumbnailDownloadListener<Token> l) {
        mOnThumbnailDownloadListener = l;
    }

    public ThumbnailDownloader(Handler responseHandler) {
        super(TAG);
        // 后台线程能在主线程上完成任务的一种方式是,让主线程将其自身的Handler传给后台线程;
        // mResponseHandler始终和主线程保持关联,由它发送的消息都将在主线程中得到处理。
        mResponseHandler = responseHandler;
        // 我们也可以传递主线程的context,通过下述方式获取主线程的handler:
        // mResponseHandler = new Handler(mContext.getMainLooper());
    }

    public void queueThumbnail(Token token, String url) {
        // requestMap是一个同步HashMap。 使用Token作为key,可存储或获取与特定Token关联的URL.
        requestMap.put(token, url);
        // mHandler是和后台线程关联的,我们开放这个方法给主线程,主线程调用这个方法来安排后台线程的任务。
        // 我们把下载信息封装成message后放入后台线程的收件箱。
        mHandler.obtainMessage(MESSAGE_DOWNLOAD, token).sendToTarget();
    }

    @Override
    protected void onLooperPrepared() {
        // onLooperPrepared()方法发生在Looper.loop()之前,此时消息还没有开始循环,
        // 所以是我们实现mHandler的好地方,在此处下载。
        mHandler = new Handler() {
            @Override
            public void handleMessage(Message msg) {
                if (msg.what == MESSAGE_DOWNLOAD) {
                    Token token = (Token)msg.obj;
                    handleRequest(token);
                }
            }
        };
    }

    private void handleRequest(final Token token) {
        // 下载,并根据获取的数据构建Bitmap对象;
        final String url = requestMap.get(token);
        final Bitmap bitmap;
        // 下载完成后,我们在后台线程使用与主线程关联的handler,安排要在主线程上完成的任务。
        // 除了post,我们也可以sendMessage给主线程,那么主线程的handler需要覆写自己的handleMessage()方法。
        mResponseHandler.post(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                if (mOnThumbnailDownloadListener != null) {
                    mOnThumbnailDownloadListener.onThumbnailDownloaded(token, bitmap);
                }
            }
        });
    }
}

后记和参考

强烈建议阅读《Android权威编程指南》第26, 27这两章代码。
本书的官方主页链接 可以从这里获取本书的源码
但我在学习这两个章节的时候,有些概念和类的描述理解很吃力,比如“消息循环由一个线程和一个looper组成。 Looper对象管理着线程的消息队列”,又比如“一个Handler仅与一个Looper相关联,一个Message 也仅与一个目标Handler”。
因为作者着重讲解app的实现思路,对涉及到的类只给出了结论,没有说明为什么。所以初学时很费解,实际编程时也是只知其然不知其所以然。后来读了些博文(下面给出了链接),又阅读了源码,总算厘清了这些类,而这篇文章就是我理解后的一个产物。

下面是3个作者的4篇博文,总结的都很棒,侧重于源码分析。尤其是第2篇,作者最后画了一张图,通过传送带来解释涉及到的类和概念:“在现实生活的生产生活中,存在着各种各样的传送带,传送带上面洒满了各种货物,传送带在发动机滚轮的带动下一直在向前滚动,不断有新的货物放置在传送带的一端,货物在传送带的带动下送到另一端进行收集处理。”

下面就是源码链接了,对于理解android的消息处理机制非常有帮助。


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