Android消息機(jī)制Handler的工作過程詳解
綜述
在Android系統(tǒng)中,出于對(duì)性能優(yōu)化的考慮,對(duì)于Android的UI操作并不是線程安全的。也就是說若是有多個(gè)線程來操作UI組件,就會(huì)有可能導(dǎo)致線程安全問題。所以在Android中規(guī)定只能在UI線程中對(duì)UI進(jìn)行操作。這個(gè)UI線程是在應(yīng)用第一次啟動(dòng)時(shí)開啟的,也稱之為主線程(Main Thread),該線程專門用來操作UI組件,在這個(gè)UI線程中我們不能進(jìn)行耗時(shí)操作,否則就會(huì)出現(xiàn)ANR(Application Not Responding)現(xiàn)象。如果我們?cè)谧泳€程中去操作UI,那么程序就回給我們拋出異常。這是因?yàn)樵赩iewRootImpl中對(duì)操作UI的線程進(jìn)行檢查。如果操作UI的線程不是主線程則拋出異常(對(duì)于在檢查線程之前在非UI線程已經(jīng)操作UI組件的情況除外)。所以這時(shí)候我們?nèi)羰窃谧泳€程中更新UI的話可以通過Handler來完成這一操作。
Handler用法簡(jiǎn)介
在開發(fā)中,我們對(duì)Handler的使用也基本上算是家常便飯了。在這里我們就簡(jiǎn)單的說一下Handler的幾種用法示例,就不在具體給出Demo進(jìn)行演示。在這里我們只針對(duì)后面這一種情形來看一下Handler的使用:在子線程完成任務(wù)后通過Handler發(fā)送消息,然后在主線程中去操作UI。
一般來說我們會(huì)在主線程中創(chuàng)建一個(gè)Handler的匿名內(nèi)部類,然后重寫它的handleMessage方法來處理我們的UI操作。代碼如下所示。
private Handler mHandler = new Handler(){ @Override public void handleMessage(Message msg) { switch (msg.what){ //根據(jù)msg.what的值來處理不同的UI操作 case WHAT: break; default: super.handleMessage(msg); break; } } };
我們還可以不去創(chuàng)建一個(gè)Handler的子類對(duì)象,直接去實(shí)現(xiàn)Handler里的CallBack接口,Handler通過回調(diào)CallBack接口里的handleMessage方法從而實(shí)現(xiàn)對(duì)UI的操作。
private Handler mHandler = new Handler(new Handler.Callback() { @Override public boolean handleMessage(Message msg) { return false; } });
然后我們就可以在子線程中發(fā)送消息了。
new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { //子線程任務(wù) ... //發(fā)送方式一 直接發(fā)送一個(gè)空的Message mHandler.sendEmptyMessage(WHAT); //發(fā)送方式二 通過sendToTarget發(fā)送 mHandler.obtainMessage(WHAT,arg1,arg2,obj).sendToTarget(); //發(fā)送方式三 創(chuàng)建一個(gè)Message 通過sendMessage發(fā)送 Message message = mHandler.obtainMessage(); message.what = WHAT; mHandler.sendMessage(message); } }).start();
在上面我們給出了三種不同的發(fā)送方式,當(dāng)然對(duì)于我們還可以通過sendMessageDelayed進(jìn)行延時(shí)發(fā)送等等。如果我們的Handler只需要處理一條消息的時(shí)候,我們可以通過post一系列方法進(jìn)行處理。
private Handler mHandler = new Handler(); new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { mHandler.post(new Runnable() { @Override public void run() { //UI操作 ... } }); } }).start();
在Handler中處理UI操作時(shí),上面的Handler對(duì)象必須是在主線程創(chuàng)建的。如果我們想在子線程中去new一個(gè)Handler對(duì)象的話,就需要為Handler指定Looper。
private Handler mHandler; new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { mHandler = new Handler(Looper.getMainLooper()){ @Override public void handleMessage(Message msg) { super.handleMessage(msg); //UI操作 ... } }; } }).start();
對(duì)于這個(gè)Looper是什么,下面我們會(huì)詳細(xì)介紹。對(duì)于Handler的使用依然存在一個(gè)問題,由于我們創(chuàng)建的Handler是一個(gè)匿名內(nèi)部類,他會(huì)隱式的持有外部類的一個(gè)對(duì)象(當(dāng)然內(nèi)部類也是一樣的),而往往在子線程中是一個(gè)耗時(shí)的操作,而這個(gè)線程也持有Handler的引用,所以這個(gè)子線程間接的持有這個(gè)外部類的對(duì)象。我們假設(shè)這個(gè)外部類是一個(gè)Activity,而有一種情況就是我們的Activity已經(jīng)銷毀,而子線程仍在運(yùn)行。由于這個(gè)線程持有Activity的對(duì)象,所以,在Handler中消息處理完之前,這個(gè)Activity就一直得不到回收,從而導(dǎo)致了內(nèi)存泄露。如果內(nèi)存泄露過多,則會(huì)導(dǎo)致OOM(OutOfMemory),也就是內(nèi)存溢出。那么有沒有什么好的解決辦法呢?
我們可以通過兩種方案來解決,第一種方法我們?cè)贏ctivity銷毀的同時(shí)也殺死這個(gè)子線程,并且將相對(duì)應(yīng)的Message從消息隊(duì)列中移除;第二種方案則是我們創(chuàng)建一個(gè)繼承自Handler的靜態(tài)內(nèi)部類。因?yàn)殪o態(tài)內(nèi)部類不會(huì)持有外部類的對(duì)象??墒沁@時(shí)候我們無法去訪問外部類的非靜態(tài)的成員變量,也就無法對(duì)UI進(jìn)行操作。這時(shí)候我們就需要在這個(gè)靜態(tài)內(nèi)部類中使用弱引用的方式去指向這個(gè)Activity對(duì)象。下面我們看一下示例代碼。
static class MyHandler extends Handler{ private final WeakReference<MyActivity> mActivity; public MyHandler(MyActivity activity){ super(); mActivity = new WeakReference<MyActivity>(activity); } @Override public void handleMessage(Message msg) { MyActivity myActivity = mActivity.get(); if (myActivity!=null){ myActivity.textView.setText("123456789"); } } }
Handler工作過程
在上面我們簡(jiǎn)單的說明了Handler是如何使用的。那么現(xiàn)在我們就來看一下這個(gè)Handler是如何工作的。在Android的消息機(jī)制中主要是由Handler,Looper,MessageQueue,Message等組成。而Handler得運(yùn)行依賴后三者。那么我們就來看一下它們是如何聯(lián)系在一起的。
Looper
在一個(gè)Android應(yīng)用啟動(dòng)的時(shí)候,會(huì)創(chuàng)建一個(gè)主線程,也就是UI線程。而這個(gè)主線程也就是ActivityThread。在ActivityThread中有一個(gè)靜態(tài)的main方法。這個(gè)main方法也就是我們應(yīng)用程序的入口點(diǎn)。我們來看一下這個(gè)main方法。
public static void main(String[] args) { ...... Looper.prepareMainLooper(); ActivityThread thread = new ActivityThread(); thread.attach(false); ...... Looper.loop(); throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited"); }
在上面代碼中通過prepareMainLooper方法為主線程創(chuàng)建一個(gè)Looper,而loop則是開啟消息循環(huán)。從上面代碼我們可以猜想到在loop方法中應(yīng)該存在一個(gè)死循環(huán),否則給我們拋出RuntimeException。也就是說主線程的消息循環(huán)是不允許被退出的。下面我們就來看一下這個(gè)Looper類。
首先我們看一下Looper的構(gòu)造方法。
private Looper(boolean quitAllowed) { mQueue = new MessageQueue(quitAllowed); mThread = Thread.currentThread(); }
在這個(gè)構(gòu)造方法中創(chuàng)建了一個(gè)消息隊(duì)列。并且保存當(dāng)前線程的對(duì)象。其中quitAllowed參數(shù)表示是否允許退出消息循環(huán)。但是我們注意到這個(gè)構(gòu)造方法是private,也就是說我們自己不能手動(dòng)new一個(gè)Looper對(duì)象。那么我們就來看一下如何創(chuàng)建一個(gè)Looper對(duì)象。之后在Looper類中我們找到下面這個(gè)方法。
private static void prepare(boolean quitAllowed) { if (sThreadLocal.get() != null) { throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread"); } sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed)); }
在這里新建了一個(gè)Looper對(duì)象,然后將這個(gè)對(duì)象保存在ThreadLocal中,當(dāng)我們下次需要用到Looper的之后直接從這個(gè)sThreadLocal中取出即可。在這里簡(jiǎn)單說明一下ThreadLocal這個(gè)類,ThreadLocal它實(shí)現(xiàn)了本地變量存儲(chǔ),我們將當(dāng)前線程的數(shù)據(jù)存放在ThreadLocal中,若是有多個(gè)變量共用一個(gè)ThreadLocal對(duì)象,這時(shí)候在當(dāng)前線程只能獲取該線程所存儲(chǔ)的變量,而無法獲取其他線程的數(shù)據(jù)。在Looper這個(gè)類中為我們提供了myLooper來獲取當(dāng)前線程的Looper對(duì)象。從上面的方法還能夠看出,一個(gè)線程只能創(chuàng)建一次Looper對(duì)象。然后我們?cè)诳匆幌逻@個(gè)prepare在哪里被使用的。
public static void prepare() { prepare(true); } public static void prepareMainLooper() { prepare(false); synchronized (Looper.class) { if (sMainLooper != null) { throw new IllegalStateException("The main Looper has already been prepared."); } sMainLooper = myLooper(); } }
prepare方法:這個(gè)是用于在子線程中創(chuàng)建一個(gè)Looper對(duì)象,在子線程中是可以退出消息循環(huán)的。
prepareMainLooper方法:這個(gè)方法在上面的ActivityThread中的main方法中我們就已經(jīng)見到過了。它是為主線程創(chuàng)建一個(gè)Looper,在主線程創(chuàng)建Looper對(duì)象中,就設(shè)置了不允許退出消息循環(huán)。并且將主線程的Looper保存在sMainLooper中,我們可以通過getMainLooper方法來獲取主線程的Looper。
在ActivityThread中的main方法中除了創(chuàng)建一個(gè)Looper對(duì)象外,還做了另外一件事,那就是通過loop方法開啟消息循環(huán)。那么我們就來看一下這個(gè)loop方法做了什么事情。
public static void loop() { final Looper me = myLooper(); if (me == null) { throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread."); } final MessageQueue queue = me.mQueue; // Make sure the identity of this thread is that of the local process, // and keep track of what that identity token actually is. Binder.clearCallingIdentity(); final long ident = Binder.clearCallingIdentity(); for (;;) { Message msg = queue.next(); // might block if (msg == null) { // No message indicates that the message queue is quitting. return; } // This must be in a local variable, in case a UI event sets the logger Printer logging = me.mLogging; if (logging != null) { logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " + msg.callback + ": " + msg.what); } msg.target.dispatchMessage(msg); if (logging != null) { logging.println("<<<<< Finished to " + msg.target + " " + msg.callback); } // Make sure that during the course of dispatching the // identity of the thread wasn't corrupted. final long newIdent = Binder.clearCallingIdentity(); if (ident != newIdent) { Log.wtf(TAG, "Thread identity changed from 0x" + Long.toHexString(ident) + " to 0x" + Long.toHexString(newIdent) + " while dispatching to " + msg.target.getClass().getName() + " " + msg.callback + " what=" + msg.what); } msg.recycleUnchecked(); } }
第2~6行:獲取當(dāng)前線程中的Looper,并從Looper中獲得消息隊(duì)列。
第10~11行:確保當(dāng)前線程屬于當(dāng)前進(jìn)程,并且記錄真實(shí)的token。clearCallingIdentity的實(shí)現(xiàn)是在native層,對(duì)于具體是如何實(shí)現(xiàn)的就不在進(jìn)行分析。
第14~18行:從消息隊(duì)列中取出消息,并且只有當(dāng)取出的消息為空的時(shí)候才會(huì)跳出循環(huán)。
第27行:將消息重新交由Handler處理。
第35~42行:確保調(diào)用過程中線程沒有被銷毀。
第44行:對(duì)消息進(jìn)行回收處理。
和我們剛才猜想的一樣,在loop中確實(shí)存在一個(gè)死循環(huán),而唯一退出該循環(huán)的方式就是消息隊(duì)列返回的消息為空。然后我們通過消息隊(duì)列的next()方法獲得消息。msg.target是發(fā)送消息的Handler,通過Handler中的dispatchMessage方法又將消息交由Handler處理。消息處理完成之后便對(duì)消息進(jìn)行回收處理。在這里我們也能夠通過quit和quitSafely退出消息循環(huán)。
public void quit() { mQueue.quit(false); } public void quitSafely() { mQueue.quit(true); }
我們可以看出對(duì)于消息循環(huán)的退出,實(shí)際上就是調(diào)用消息隊(duì)列的quit方法。這時(shí)候從MessageQueue的next方法中取出的消息也就是null了。下面我們來看一下這個(gè)MessageQueue。
MessageQueue
MessageQueue翻譯為消息隊(duì)里,在這個(gè)消息隊(duì)列中是采用單鏈表的方式實(shí)現(xiàn)的,提高插入刪除的效率。對(duì)于MessageQueue在這里我們也只看一下它的入隊(duì)和出隊(duì)操作。
MessageQueue入隊(duì)方法。
boolean enqueueMessage(Message msg, long when) { ...... synchronized (this) { ...... msg.markInUse(); msg.when = when; Message p = mMessages; boolean needWake; if (p == null || when == 0 || when < p.when) { // New head, wake up the event queue if blocked. msg.next = p; mMessages = msg; needWake = mBlocked; } else { // Inserted within the middle of the queue. Usually we don't have to wake // up the event queue unless there is a barrier at the head of the queue // and the message is the earliest asynchronous message in the queue. 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; }
在這里我們簡(jiǎn)單說一下這個(gè)入隊(duì)的方法。消息的插入過程是在第13~36行完成了。在這里首先判斷首先判斷消息隊(duì)列里有沒有消息,沒有的話則將當(dāng)前插入的消息作為隊(duì)頭,并且這時(shí)消息隊(duì)列如果處于等待狀態(tài)的話則將其喚醒。若是在中間插入,則根據(jù)Message創(chuàng)建的時(shí)間進(jìn)行插入。
MessageQueue出隊(duì)方法。
Message next() { ...... int nextPollTimeoutMillis = 0; for (;;) { if (nextPollTimeoutMillis != 0) { Binder.flushPendingCommands(); } nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis); synchronized (this) { // Try to retrieve the next message. Return if found. final long now = SystemClock.uptimeMillis(); Message prevMsg = null; Message msg = mMessages; if (msg != null && msg.target == null) { // Stalled by a barrier. Find the next asynchronous message in the queue. do { prevMsg = msg; msg = msg.next; } while (msg != null && !msg.isAsynchronous()); } if (msg != null) { if (now < msg.when) { // Next message is not ready. Set a timeout to wake up when it is ready. nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE); } else { // Got a message. mBlocked = false; if (prevMsg != null) { prevMsg.next = msg.next; } else { mMessages = msg.next; } msg.next = null; if (DEBUG) Log.v(TAG, "Returning message: " + msg); msg.markInUse(); return msg; } } else { // No more messages. nextPollTimeoutMillis = -1; } // Process the quit message now that all pending messages have been handled. if (mQuitting) { dispose(); return null; } ...... } ..... } }
第11行:nativePollOnce方法在native層,若是nextPollTimeoutMillis為-1,這時(shí)候消息隊(duì)列處于等待狀態(tài)。
第25~42行:按照我們?cè)O(shè)置的時(shí)間取出消息。
第43~45行:這時(shí)候消息隊(duì)列中沒有消息,將nextPollTimeoutMillis設(shè)為-1,下次循環(huán)消息隊(duì)列則處于等待狀態(tài)。
第48~52行:退出消息隊(duì)列,返回null,這時(shí)候Looper中的消息循環(huán)也會(huì)終止。
最后我們?cè)诳匆幌峦顺鱿㈥?duì)列的方法:
void quit(boolean safe) { if (!mQuitAllowed) { throw new IllegalStateException("Main thread not allowed to quit."); } synchronized (this) { if (mQuitting) { return; } mQuitting = true; if (safe) { removeAllFutureMessagesLocked(); } else { removeAllMessagesLocked(); } // We can assume mPtr != 0 because mQuitting was previously false. nativeWake(mPtr); } }
從上面我們可以看到主線程的消息隊(duì)列是不允許被退出的。并且在這里通過將mQuitting設(shè)為true從而退出消息隊(duì)列。也使得消息循環(huán)被退出。到這里我們介紹了Looper和MessageQueue,就來看一下二者在Handler中的作用。
Handler
在這里我們首先看一下Handler的構(gòu)造方法。
public Handler(Callback callback, boolean async) { ...... mLooper = Looper.myLooper(); if (mLooper == null) { throw new RuntimeException( "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()"); } mQueue = mLooper.mQueue; mCallback = callback; mAsynchronous = async; }
從這個(gè)構(gòu)造方法中我們可以看出在一個(gè)沒有創(chuàng)建Looper的線程中是無法創(chuàng)建一個(gè)Handler對(duì)象的。所以說我們?cè)谧泳€程中創(chuàng)建一個(gè)Handler時(shí)首先需要?jiǎng)?chuàng)建Looper,并且開啟消息循環(huán)才能夠使用這個(gè)Handler。但是在上面的例子中我們確實(shí)在子線程中new了一個(gè)Handler對(duì)象。我們?cè)賮砜匆幌律厦婺莻€(gè)例子的構(gòu)造方法。
public Handler(Looper looper, Callback callback, boolean async) { mLooper = looper; mQueue = looper.mQueue; mCallback = callback; mAsynchronous = async; }
在這個(gè)構(gòu)造方法中我們?yōu)镠andler指定了一個(gè)Looper對(duì)象。也就說在上面的例子中我們?cè)谧泳€程創(chuàng)建的Handler中為其指定了主線程的Looper,也就等價(jià)于在主線程中創(chuàng)建Handler對(duì)象。下面我們就來看一下Handler是如何發(fā)送消息的。
對(duì)于Handler的發(fā)送方式可以分為post和send兩種方式。我們先來看一下這個(gè)post的發(fā)送方式。
public final boolean post(Runnable r) { return sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0); }
在這里很明顯可以看出來,將post參數(shù)中的Runnable轉(zhuǎn)換成了Message對(duì)象,然后還是通過send方式發(fā)出消息。我們就來看一下這個(gè)getPostMessage方法。
private static Message getPostMessage(Runnable r) { Message m = Message.obtain(); m.callback = r; return m; }
在這里也是將我們實(shí)現(xiàn)的Runnable交給了Message對(duì)象的callback屬性。并返回該Message對(duì)象。
既然post發(fā)送也是由send發(fā)送方式進(jìn)行的,那么我們一路找下去,最終消息的發(fā)送交由sendMessageAtTime方法進(jìn)行處理。我們就來看一下這個(gè)sendMessageAtTime方法。
public boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis) { MessageQueue queue = mQueue; if (queue == null) { RuntimeException e = new RuntimeException( this + " sendMessageAtTime() called with no mQueue"); Log.w("Looper", e.getMessage(), e); return false; } return enqueueMessage(queue, msg, uptimeMillis); }
然后再來看一下enqueueMessage方法。
private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) { msg.target = this; if (mAsynchronous) { msg.setAsynchronous(true); } return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis); }
到這里我們可以看出來了所謂通過Handler發(fā)送消息只不過是在Looper創(chuàng)建的消息隊(duì)列中插入一條消息而已。而在Looper中只不過通過loop取出消息,然后交由Handler中的dispatchMessage方發(fā)進(jìn)行消息分發(fā)處理。下面我們來看一下dispatchMessage方法。
public void dispatchMessage(Message msg) { if (msg.callback != null) { handleCallback(msg); } else { if (mCallback != null) { if (mCallback.handleMessage(msg)) { return; } } handleMessage(msg); } }
這里面的邏輯也是非常的簡(jiǎn)單,msg.callback就是我們通過post里的Runnable對(duì)象。而handleCallback也就是去執(zhí)行Runnable中的run方法。
private static void handleCallback(Message message) { message.callback.run(); }
mCallback就是我們所實(shí)現(xiàn)的回調(diào)接口。最后才是對(duì)我們繼承Handler類中重寫的handleMessage進(jìn)行執(zhí)行。可見其中的優(yōu)先級(jí)順序?yàn)閜ost>CallBack>send;
到這里我們對(duì)整個(gè)Handler的工作過程也就分析完了?,F(xiàn)在我們想要通過主線程發(fā)送消息給子線程,然后由子線程接收消息并進(jìn)行處理。這樣一種操作也就很容易實(shí)現(xiàn)了。我們來看一下怎么實(shí)現(xiàn)。
package com.example.ljd.myapplication; import android.os.Bundle; import android.os.Handler; import android.os.Looper; import android.os.Message; import android.util.Log; import android.support.v7.app.AppCompatActivity; import android.view.View; import android.widget.Button; public class MyActivity extends AppCompatActivity { private final String TAG = "MyActivity"; public Handler mHandler; public Button button; @Override protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) { super.onCreate(savedInstanceState); setContentView(R.layout.activity_main); button = (Button) findViewById(R.id.send_btn); button.setOnClickListener(new View.OnClickListener() { @Override public void onClick(View v) { if (mHandler != null){ mHandler.obtainMessage(0,"你好,我是從主線程過來的").sendToTarget(); } } }); new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { //在子線程中創(chuàng)建一個(gè)Looper對(duì)象 Looper.prepare(); mHandler = new Handler(){ @Override public void handleMessage(Message msg) { if (msg.what == 0){ Log.d(TAG,(String)msg.obj); } } }; //開啟消息循環(huán) Looper.loop(); } }).start(); } }
點(diǎn)擊按鈕我們看一下運(yùn)行結(jié)果。
總結(jié)
在這里我們重新整理一下我們的思路,看一下這個(gè)Handler的整個(gè)工作流程。在主線程創(chuàng)建的時(shí)候?yàn)橹骶€程創(chuàng)建一個(gè)Looper,創(chuàng)建Looper的同時(shí)在Looper內(nèi)部創(chuàng)建一個(gè)消息隊(duì)列。而在創(chuàng)鍵Handler的時(shí)候取出當(dāng)前線程的Looper,并通過該Looper對(duì)象獲得消息隊(duì)列,然后Handler在子線程中發(fā)送消息也就是在該消息隊(duì)列中添加一條Message。最后通過Looper中的消息循環(huán)取得這條Message并且交由Handler處理。
以上就是本文的全部?jī)?nèi)容,希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助,也希望大家多多支持腳本之家。
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