深入理解Android消息处理机制对于应用程序开发非常重要,也可以让你对线程同步有更加深刻的认识。
主要结论:
1、如果通过工作线程刷新界面,推荐使用handler对象来实现。
2、注意工作线程和主线程之间的竞争关系。推荐handler对象在主线程中构造完成(并且启动工作线程之后不要再修改之,否则会出现数据不一致),然后在工作线程中可以放心的调用发送消息SendMessage等接口。
3、除了2所述的hanlder对象之外的任何主线程的成员变量如果在工作线程中调用,仔细考虑线程同步问题。如果有必要需要加入同步对象保护该变量。
4、handler对象的handleMessage接口将会在主线程中调用。在这个函数可以放心的调用主线程中任何变量和函数,进而完成更新UI的任务。
5、Android很多API也利用Handler这种线程特性,作为一种回调函数的变种,来通知调用者。这样Android框架就可以在其线程中将消息发送到调用者的线程消息队列之中,不用担心线程同步的问题。
Activity,Service属于主线程,在主线程中才能更新UI,如toast等。其他线程中不能直接使用,这时可以使用Handler来处理,Handler可以在Activity和Service中。
关于在非UI线程中进行UI操作会出现问题: Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()
这时有两种方式来解决:
(一)在该非UI线程中创建消息队列(因为创建的工作线程默认是没有消息循环和消息队列的),Looper.prepare();.....;Looper.loop();
newThread() {
public void run() {
Looper.prepare(); //创建消息队列
todo();
Looper.loop();//进入消息循环
}}.start();
(二)运用Handler机制:
package com.simon;
import android.app.Activity;
import android.os.Bundle;
import android.os.Message;
import android.util.Log;
import android.os.Handler;
public class MyHandler extends Activity {
static final String TAG = "Handler";
Handler h = new Handler(){
public void handleMessage (Message msg)
{
switch(msg.what)
{
case HANDLER_TEST:
Log.d(TAG, "The handler thread id = " + Thread.currentThread().getId() + "\n");
break;
}
}
};
static final int HANDLER_TEST = 1;
/** Called when the activity is first created. */
@Override
public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
Log.d(TAG, "The main thread id = " + Thread.currentThread().getId() + "\n");
new myThread().start();
setContentView(R.layout.main);
}
class myThread extends Thread
{
public void run()
{
Message msg = new Message();
msg.what = HANDLER_TEST;
h.sendMessage(msg);
Log.d(TAG, "The worker thread id = " + Thread.currentThread().getId() + "\n");
}
}
}
实际上谷歌参考了Windows的消息循环机制,也在Android系统中实现了消息循环机制。Android通过Looper、Handler来实现消息循环机制,Android消息循环是针对线程的(每个线程都可以有自己的消息队列和消息循环)。本文深入介绍一下Android消息处理系统原理。
Android系统中Looper负责管理线程的消息队列和消息循环,具体实现请参考Looper的源码。 可以通过Loop.myLooper()得到当前线程的Looper对象,通过Loop.getMainLooper()可以获得当前进程的主线程的Looper对象。
前面提到Android系统的消息队列和消息循环都是针对具体线程的,一个线程可以存在(当然也可以不存在)一个消息队列和一个消息循环(Looper),特定线程的消息只能分发给本线程,不能进行跨线程,跨进程通讯。但是创建的工作线程默认是没有消息循环和消息队列的,如果想让该线程具有消息队列和消息循环,需要在线程中首先调用Looper.prepare()来创建消息队列,然后调用Looper.loop()进入消息循环。如下例所示:
class LooperThread extends Thread {
public Handler mHandler;
public void run() {
Looper.prepare();
mHandler = new Handler() {
public void handleMessage(Message msg) {
// process incoming messages here
}
};
Looper.loop();
}
}
Activity是一个UI线程,运行于主线程中,Android系统在启动的时候会为Activity创建一个消息队列和消息循环(Looper)。详细实现请参考ActivityThread.java文件
Android应用程序进程在启动的时候,会在进程中加载ActivityThread类,并且执行这个类的main函数,应用程序的消息循环过程就是在这个main函数里面实现的
public final class ActivityThread {
......
public static final void main(String[] args) {
......
Looper.prepareMainLooper();
......
ActivityThread thread = new ActivityThread();
thread.attach(false);
......
Looper.loop();
......
thread.detach();
......
}
}
这个函数做了两件事情,一是在主线程中创建了一个ActivityThread实例,二是通过Looper类使主线程进入消息循环中,这里我们只关注后者。
首先看Looper.prepareMainLooper函数的实现,这是一个静态成员函数,定义在frameworks/base/core/java/android/os/Looper.java文件中:
1
//
Looper类分析
2
//
没找到合适的分析代码的办法,只能这么来了。每个重要行的上面都会加上注释
3
//
功能方面的代码会在代码前加上一段分析
4
public
class Looper {
5
//
static变量,判断是否打印调试信息。
6
private
static
final
boolean DEBUG =
false;
7
private
static
final
boolean localLOGV = DEBUG ? Config.LOGD : Config.LOGV;
8
9
//
sThreadLocal.get() will return null unless you've called prepare().
10
//
线程本地存储功能的封装,TLS,thread local storage,什么意思呢?因为存储要么在栈上,例如函数内定义的内部变量。要么在堆上,例如new或者malloc出来的东西
11
//
但是现在的系统比如Linux和windows都提供了线程本地存储空间,也就是这个存储空间是和线程相关的,一个线程内有一个内部存储空间,这样的话我把线程相关的东西就存储到
12
//
这个线程的TLS中,就不用放在堆上而进行同步操作了。
13
private
static
final ThreadLocal sThreadLocal =
new ThreadLocal();
14
//
消息队列,MessageQueue,看名字就知道是个queue..
15
final MessageQueue mQueue;
16
volatile
boolean mRun;
17
//
和本looper相关的那个线程,初始化为null
18
Thread mThread;
19
private Printer mLogging =
null;
20
//
static变量,代表一个UI Process(也可能是service吧,这里默认就是UI)的主线程
21
private
static Looper mMainLooper =
null;
22
23
/**
Initialize the current thread as a looper.
24
* This gives you a chance to create handlers that then reference
25
* this looper, before actually starting the loop. Be sure to call
26
* {
@link
#loop()} after calling this method, and end it by calling
27
* {
@link
#quit()}.
28
*/
29
//
往TLS中设上这个Looper对象的,如果这个线程已经设过了looper的话就会报错
30
//
这说明,一个线程只能设一个looper
31
public
static
final
void prepare() {
32
if (sThreadLocal.get() !=
null) {
33
throw
new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
34 }
35 sThreadLocal.set(
new Looper());
36 }
37
38
/**
Initialize the current thread as a looper, marking it as an application's main
39
* looper. The main looper for your application is created by the Android environment,
40
* so you should never need to call this function yourself.
41
* {
@link
#prepare()}
42
*/
43
//
由framework设置的UI程序的主消息循环,注意,这个主消息循环是不会主动退出的
44
//
45
public
static
final
void prepareMainLooper() {
46 prepare();
47 setMainLooper(myLooper());
48
//
判断主消息循环是否能退出....
49
//
通过quit函数向looper发出退出申请
50
if (Process.supportsProcesses()) {
51 myLooper().mQueue.mQuitAllowed =
false;
52 }
53 }
54
55
private
synchronized
static
void setMainLooper(Looper looper) {
56 mMainLooper = looper;
57 }
58
59
/**
Returns the application's main looper, which lives in the main thread of the application.
60
*/
61
public
synchronized
static
final Looper getMainLooper() {
62
return mMainLooper;
63 }
64
65
/**
66
* Run the message queue in this thread. Be sure to call
67
* {
@link
#quit()} to end the loop.
68
*/
69
//
消息循环,整个程序就在这里while了。
70
//
这个是static函数喔!
71
public
static
final
void loop() {
72 Looper me = myLooper();
//
从该线程中取出对应的looper对象
73
MessageQueue queue = me.mQueue;
//
取消息队列对象...
74
while (
true) {
75 Message msg = queue.next();
//
might block取消息队列中的一个待处理消息..
76
//
if (!me.mRun) {
//
是否需要退出?mRun是个volatile变量,跨线程同步的,应该是有地方设置它。
77
//
break;
78
//
}
79
if (msg !=
null) {
80
if (msg.target ==
null) {
81
//
No target is a magic identifier for the quit message.
82
return;
83 }
84
if (me.mLogging!=
null) me.mLogging.println(
85 ">>>>> Dispatching to " + msg.target + " "
86 + msg.callback + ": " + msg.what
87 );
88 msg.target.dispatchMessage(msg);
89
if (me.mLogging!=
null) me.mLogging.println(
90 "<<<<< Finished to " + msg.target + " "
91 + msg.callback);
92 msg.recycle();
93 }
94 }
95 }
96
97
/**
98
* Return the Looper object associated with the current thread. Returns
99
* null if the calling thread is not associated with a Looper.
100
*/
101
//
返回和线程相关的looper
102
public
static
final Looper myLooper() {
103
return (Looper)sThreadLocal.get();
104 }
105
106
/**
107
* Control logging of messages as they are processed by this Looper. If
108
* enabled, a log message will be written to <var>printer</var>
109
* at the beginning and ending of each message dispatch, identifying the
110
* target Handler and message contents.
111
*
112
*
@param
printer A Printer object that will receive log messages, or
113
* null to disable message logging.
114
*/
115
//
设置调试输出对象,looper循环的时候会打印相关信息,用来调试用最好了。
116
public
void setMessageLogging(Printer printer) {
117 mLogging = printer;
118 }
119
120
/**
121
* Return the {
@link
MessageQueue} object associated with the current
122
* thread. This must be called from a thread running a Looper, or a
123
* NullPointerException will be thrown.
124
*/
125
public
static
final MessageQueue myQueue() {
126
return myLooper().mQueue;
127 }
128
//
创建一个新的looper对象,
129
//
内部分配一个消息队列,设置mRun为true
130
private Looper() {
131 mQueue =
new MessageQueue();
132 mRun =
true;
133 mThread = Thread.currentThread();
134 }
135
136
public
void quit() {
137 Message msg = Message.obtain();
138
//
NOTE: By enqueueing directly into the message queue, the
139
//
message is left with a null target. This is how we know it is
140
//
a quit message.
141
mQueue.enqueueMessage(msg, 0);
142 }
143
144
/**
145
* Return the Thread associated with this Looper.
146
*/
147
public Thread getThread() {
148
return mThread;
149 }
150
//
后面就简单了,打印,异常定义等。
151
public
void dump(Printer pw, String prefix) {
152 pw.println(prefix +
this);
153 pw.println(prefix + "mRun=" + mRun);
154 pw.println(prefix + "mThread=" + mThread);
155 pw.println(prefix + "mQueue=" + ((mQueue !=
null) ? mQueue : "(null"));
156
if (mQueue !=
null) {
157
synchronized (mQueue) {
158 Message msg = mQueue.mMessages;
159
int n = 0;
160
while (msg !=
null) {
161 pw.println(prefix + " Message " + n + ": " + msg);
162 n++;
163 msg = msg.next;
164 }
165 pw.println(prefix + "(Total messages: " + n + ")");
166 }
167 }
168 }
169
170
public String toString() {
171
return "Looper{"
172 + Integer.toHexString(System.identityHashCode(
this))
173 + "}";
174 }
175
176
static
class HandlerException
extends Exception {
177
178 HandlerException(Message message, Throwable cause) {
179
super(createMessage(cause), cause);
180 }
181
182
static String createMessage(Throwable cause) {
183 String causeMsg = cause.getMessage();
184
if (causeMsg ==
null) {
185 causeMsg = cause.toString();
186 }
187
return causeMsg;
188 }
189 }
190 }
那怎么往这个消息队列中发送消息呢??调用looper的static函数myQueue可以获得消息队列,这样你就可用自己往里边插入消息了。不过这种方法比较麻烦,这个时候handler类就发挥作用了。先来看看handler的代码,就明白了。
1
class Handler{
2 ..........
3
//
handler默认构造函数
4
public Handler() {
5
//
这个if是干嘛用的暂时还不明白,涉及到java的深层次的内容了应该
6
if (FIND_POTENTIAL_LEAKS) {
7
final Class<?
extends Handler> klass = getClass();
8
if ((klass.isAnonymousClass() || klass.isMemberClass() || klass.isLocalClass()) &&
9 (klass.getModifiers() & Modifier.STATIC) == 0) {
10 Log.w(TAG, "The following Handler class should be static or leaks might occur: " +
11 klass.getCanonicalName());
12 }
13 }
14
//
获取本线程的looper对象
15
//
如果本线程还没有设置looper,这回抛异常
16
mLooper = Looper.myLooper();
17
if (mLooper ==
null) {
18
throw
new RuntimeException(
19 "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");
20 }
21
//
无耻啊,直接把looper的queue和自己的queue搞成一个了
22
//
这样的话,我通过handler的封装机制加消息的话,就相当于直接加到了looper的消息队列中去了
23
mQueue = mLooper.mQueue;
24 mCallback =
null;
25 }
26
//
还有好几种构造函数,一个是带callback的,一个是带looper的
27
//
由外部设置looper
28
public Handler(Looper looper) {
29 mLooper = looper;
30 mQueue = looper.mQueue;
31 mCallback =
null;
32 }
33
//
带callback的,一个handler可以设置一个callback。如果有callback的话,
34
//
凡是发到通过这个handler发送的消息,都有callback处理,相当于一个总的集中处理
35
//
待会看dispatchMessage的时候再分析
36
public Handler(Looper looper, Callback callback) {
37 mLooper = looper;
38 mQueue = looper.mQueue;
39 mCallback = callback;
40 }
41
//
42
//
通过handler发送消息
43
//
调用了内部的一个sendMessageDelayed
44
public
final
boolean sendMessage(Message msg)
45 {
46
return sendMessageDelayed(msg, 0);
47 }
48
//
FT,又封装了一层,这回是调用sendMessageAtTime了
49
//
因为延时时间是基于当前调用时间的,所以需要获得绝对时间传递给sendMessageAtTime
50
public
final
boolean sendMessageDelayed(Message msg,
long delayMillis)
51 {
52
if (delayMillis < 0) {
53 delayMillis = 0;
54 }
55
return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis);
56 }
57
58
59
public
boolean sendMessageAtTime(Message msg,
long uptimeMillis)
60 {
61
boolean sent =
false;
62 MessageQueue queue = mQueue;
63
if (queue !=
null) {
64
//
把消息的target设置为自己,然后加入到消息队列中
65
//
对于队列这种数据结构来说,操作比较简单了
66
msg.target =
this;
67 sent = queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
68 }
69
else {
70 RuntimeException e =
new RuntimeException(
71
this + " sendMessageAtTime() called with no mQueue");
72 Log.w("Looper", e.getMessage(), e);
73 }
74
return sent;
75 }
76
//
还记得looper中的那个消息循环处理吗
77
//
从消息队列中得到一个消息后,会调用它的target的dispatchMesage函数
78
//
message的target已经设置为handler了,所以
79
//
最后会转到handler的msg处理上来
80
//
这里有个处理流程的问题
81
public
void dispatchMessage(Message msg) {
82
//
如果msg本身设置了callback,则直接交给这个callback处理了
83
if (msg.callback !=
null) {
84 handleCallback(msg);
85 }
else {
86
//
如果该handler的callback有的话,则交给这个callback处理了---相当于集中处理
87
if (mCallback !=
null) {
88
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
89
return;
90 }
91 }
92
//
否则交给派生处理,基类默认处理是什么都不干
93
handleMessage(msg);
94 }
95 }
96 ..........
97 }
生成
Message msg = mHandler.obtainMessage();
msg.what = what;
msg.sendToTarget();
发送
MessageQueue queue = mQueue;
if (queue != null) {
msg.target = this;
sent = queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}
在Handler.java的sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis)方法中,我们看到,它找到它所引用的MessageQueue,然后将Message的target设定成自己(目的是为了在处理消息环节,Message能找到正确的Handler),再将这个Message纳入到消息队列中。
抽取
Looper me = myLooper();
MessageQueue queue = me.mQueue;
while (true) {
Message msg = queue.next(); // might block
if (msg != null) {
if (msg.target == null) {
// No target is a magic identifier for the quit message.
return;
}
msg.target.dispatchMessage(msg);
msg.recycle();
}
}
在Looper.java的loop()函数里,我们看到,这里有一个死循环,不断地从MessageQueue中获取下一个(next方法)Message,然后通过Message中携带的target信息,交由正确的Handler处理(dispatchMessage方法)。
处理
if (msg.callback != null) {
handleCallback(msg);
} else {
if (mCallback != null) {
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
}
}
handleMessage(msg);
}
在Handler.java的dispatchMessage(Message msg)方法里,其中的一个分支就是调用handleMessage方法来处理这条Message,而这也正是我们在职责处描述使用Handler时需要实现handleMessage(Message msg)的原因。
至于dispatchMessage方法中的另外一个分支,我将会在后面的内容中说明。
至此,我们看到,一个Message经由Handler的发送,MessageQueue的入队,Looper的抽取,又再一次地回到Handler的怀抱。而绕的这一圈,也正好帮助我们将同步操作变成了异步操作。
3)剩下的部分,我们将讨论一下Handler所处的线程及更新UI的方式。
在主线程(UI线程)里,如果创建Handler时不传入Looper对象,那么将直接使用主线程(UI线程)的Looper对象(系统已经帮我们创建了);在其它线程里,如果创建Handler时不传入Looper对象,那么,这个Handler将不能接收处理消息。在这种情况下,通用的作法是:
class LooperThread extends Thread {
public Handler mHandler;
public void run() {
Looper.prepare();
mHandler = new Handler() {
public void handleMessage(Message msg) {
// process incoming messages here
}
};
Looper.loop();
}
}
在创建Handler之前,为该线程准备好一个Looper(Looper.prepare),然后让这个Looper跑起来(Looper.loop),抽取Message,这样,Handler才能正常工作。
因此,Handler处理消息总是在创建Handler的线程里运行。而我们的消息处理中,不乏更新UI的操作,不正确的线程直接更新UI将引发异常。因此,需要时刻关心Handler在哪个线程里创建的。
如何更新UI才能不出异常呢?SDK告诉我们,有以下4种方式可以从其它线程访问UI线程:
· Activity.runOnUiThread(Runnable)
· View.post(Runnable)
· View.postDelayed(Runnable, long)
· Handler
其中,重点说一下的是View.post(Runnable)方法。在post(Runnable action)方法里,View获得当前线程(即UI线程)的Handler,然后将action对象post到Handler里。在Handler里,它将传递过来的action对象包装成一个Message(Message的callback为action),然后将其投入UI线程的消息循环中。在Handler再次处理该Message时,有一条分支(未解释的那条)就是为它所设,直接调用runnable的run方法。而此时,已经路由到UI线程里,因此,我们可以毫无顾虑的来更新UI。
4) 几点小结
· Handler的处理过程运行在创建Handler的线程里
· 一个Looper对应一个MessageQueue
· 一个线程对应一个Looper
· 一个Looper可以对应多个Handler
· 不确定当前线程时,更新UI时尽量调用post方法
handler是线程通讯工具类。用于传递消息。它有两个队列:
1.消息队列
2.线程队列
消息队列使用sendMessage和HandleMessage的组合来发送和处理消息。
线程队列类似一段代码,或者说一个方法的委托,用户传递方法。使用post,postDelayed 添加委托,使用 removeCallbacks移除委托。
由上面的特性我们可以简单看出handler类似一个容器对象,它携带了消息的集合和委托的集合。java里没有委托delegate的概念,但是可以通过class来持有一个可执行的方法代理。
handler更像是一个传递者,在另外的线程里和主线程之间传递消息和可执行的代码。它不仅仅携带了数据,而且封装了一些操作行为,比如说在适当的时机(...)来执行线程队列里的“委托”的代码。
handler可能是和消息队列交互的,我们在new Handler实例化对象时,这个对象应该就和主线程的消息队列建立了关系。当我们使用handler.Post(runnabler1),发送一个委托的方法runnabler1代理给handler时,主消息队列会在适当的时候执行这个runnabler1里的委托方法,即执行了runnabler.run方法。
Handler与Thread的区别:
Handler与调用者处于同一线程,如果Handler里面做耗时的动作,调用者线程会阻塞。Android UI操作不是线程安全的,并且这些操作必须在UI线程中执行。Android提供了几种基本的可以在其他线程中处理UI操作的方案,包括Activity 的runOnUiThread(Runnable),View的post以及1.5版本的工具类AsyncTask等方案都采用了 Handler,Handler的post对线程的处理也不是真正start一个新的线程,而是直接调用了线程的run方法,这正是google煞费苦心搞一套Handler的用意。
Handler对于Message的处理不是并发的。一个Looper 只有处理完一条Message才会读取下一条,所以消息的处理是阻塞形式的。但是如果用不同的Looper则能达到并发的目的。Service 中,onStart的执行也是阻塞的。如果一个startService在onStart执行完成之前,再次条用startService也会阻塞。如果希望能尽快的执行onStart则可以在onStart中使用handler,因为Message的send是非阻塞的。如果要是不同消息的处理也是并发的,则可以用不同的Looper实例化Handler。
1. Message Message消息
理解为线程间交流的信息,处理数据后台线程需要更新UI,则发送Message内含一些数据给UI线程。
2. Handler Handler处理者
是Message的主要处理者,负责Message的发送,Message内容的执行处理。后台线程就是通过传进来的Handler对象引用来sendMessage(Message)。而使用Handler,需要implement 该类的 handleMessage(Message) 方法,它是处理这些Message的操作内容,例如Update UI。 通常需要子类化Handler来实现handleMessage方法。
3. Message Queue Message Queue消息队列
用来存放通过Handler发布的消息,按照先进先出执行。 每个message queue都会有一个对应的Handler。Handler会向message queue通过两种方法发送消息:sendMessage或post。这两种消息都会插在message queue队尾并按先进先出执行。但通过这两种方法发送的消息执行的方式略有不同:通过sendMessage发送的是一个message对象,会被Handler的handleMessage()函数处理;而通过post方法发送的是一个runnable对象,则会自己执行。
4. Looper Looper是每条线程里的Message Queue的管家。
Android没有Global的Message Queue,而Android会自动替主线程(UI线程)建立Message Queue,但在子线程里并没有建立Message Queue。所以调用Looper.getMainLooper()得到的主线程的Looper不为NULL,但调用Looper.myLooper()得到当前线程的Looper就有可能为NULL。