封面出自：板栗懶得很背景

線程作為系統(tǒng)的基礎(chǔ)資源，相信大多數(shù)讀者都有使用到。一般情況下我們會直接開一個線程做一些耗時操作，處理完之后讓線程自動結(jié)束，資源被系統(tǒng)回收。這種簡單粗暴的方法不少讀者、甚至一些大廠的APP都在用。以Java語言為例，我們可以直接new一個Thread對象，然后覆蓋run方法，最后調(diào)一下start方法便可以成功運行一個線程。如果我們每次異步做一些耗時處理都單獨開啟一個線程，比如異步加載網(wǎng)絡(luò)圖片這種高并發(fā)操作，每張圖片都開一個線程的話，必然會造成線程資源的浪費，而且也沒有很好的方法去處理跨線程通訊的問題。由于語言層面的低成本導(dǎo)致系統(tǒng)的線程資源被濫用，已經(jīng)成為了一個很普遍的現(xiàn)象。

new Thread(){

 @Override

 public void run() {

 //Do somethings

 }

}.start()

Handler

  Handler機制通過開啟一個子線程，并進入死循環(huán)，不停消費其它線程發(fā)送過來的消息，從而達到跨線程通訊的目的。Handler主要用于跨線程通訊，但同時也能在一定程度上復(fù)用線程，是一種比較理想的線程使用方式。Android系統(tǒng)Handler主要包含以下三部分：

• Handler
• Looper
• Message & MessageQueue

Handler顧名思義就是消息的處理類，同時也是消息發(fā)送的代理入口，通過調(diào)用Handler的相關(guān)接口發(fā)送一條消息，最終會被轉(zhuǎn)發(fā)到Looper，由Looper把Message加入到隊列的尾部。Looper是消息循環(huán)驅(qū)動的動力所在，我們規(guī)定同一個線程只能擁有一個Looper，當Looper準備好之后會讓線程進入死循環(huán)，如果內(nèi)部的Message隊列不為空時，則會不停的從消息隊列頭部取出一條Message進行消費，直到隊列為空，Looper阻塞線程進入等待狀態(tài)。Message內(nèi)部會記錄著發(fā)送消息的Handler，當被消費時就可以找到對應(yīng)的Handler進行消息處理，最終形成閉環(huán)。

實現(xiàn)

下面嘗試使用C++11來實現(xiàn)Android系統(tǒng)Handler機制，該實現(xiàn)主要由AlHandlerThread、AlHandler、AlLooperManager、AlLooper、AlMessageQueue和AlMessage六個類組成。我們規(guī)定一個線程只能擁有一個AlLooper，因此需要一個AlLooperManager負責對所有線程的AlLooper對象進行管理，如果當前線程已經(jīng)擁有了AlLooper對象，則直接使用當前線程的對象，保證AlLooper唯一。而AlMessageQueue則是一個支持線程阻塞和喚醒的消息隊列。AlHandlerThread則是一個封裝了std::thread和AlLooper的簡單線程實現(xiàn)，僅僅是為了方便使用AlLooper，與Android系統(tǒng)中的HandlerThread實現(xiàn)是一致的。

AlHandler

AlHandler提供兩個構(gòu)造函數(shù)，第一個只有Callback參數(shù)，該構(gòu)造函數(shù)會默認獲取當前線程的AlLooper，如果當前沒有AlLooper，則會拋出異常。第二個構(gòu)造函數(shù)支持傳入一個AlLooper，該AlLooper對象將會從AlHandlerThread獲取。sendMessage函數(shù)負責把AlMessage轉(zhuǎn)發(fā)到AlLooper，值得注意的是，在發(fā)送到AlLooper之前會先給AlMessage的成員變量target賦值，也就是當前AlHandler對象的指針。dispatchMessage函數(shù)用于在AlLooper中消費消息。

class AlHandler {
public:
 typedef function<void(AlMessage *msg)> Callback;
public:
 AlHandler(Callback callback);
 AlHandler(AlLooper *looper, Callback callback);
 void sendMessage(AlMessage *msg) {
 _enqueueMessage(msg);
 }
 void dispatchMessage(AlMessage *msg) {
 if (callback) {
  callback(msg);
 }
 }
private:
 void _enqueueMessage(AlMessage *msg) {
 if (this->looper) {
  msg->target = this;
  this->looper->sendMessage(msg);
 }
 }
private:
 AlLooper *looper = nullptr;
 Callback callback = nullptr;
};

AlLooperManager

AlLooperManager只有一個功能，那就是管理所有創(chuàng)建的AlLooper對象，所以它是一個單例，代碼雖然簡單，但卻很重要。由于操作系統(tǒng)會為每一個線程分配一個唯一的tid（Thread ID，Linux下可以使用pthread_self獲取到），所以我們可以通過tid的唯一性來管理所有線程創(chuàng)建的AlLooper對象。該類的create和get函數(shù)分別用于創(chuàng)建新的AlLooper對象，以及獲取緩存的對象。創(chuàng)建一個對象時首先需要檢查緩存中是否存在該線程對應(yīng)的AlLooper，如果已經(jīng)存在則應(yīng)該避免重復(fù)創(chuàng)建，直接返回空指針即可。而get函數(shù)用于從緩存中獲取一個對象，如果緩存中沒有則返回空指針。remove用于銷毀一個AlLooper，一般會在線程銷毀時使用。這幾個函數(shù)都需要保證線程安全。

private:
 AlLooperManager() : Object() {}
 AlLooperManager(AlLooperManager &e) : Object() {}
 ~AlLooperManager() {}
 /**
 * 為當前線程創(chuàng)建Looper
 * @return 當前線程的Looper
 */
 AlLooper *create(long tid) {
 std::lock_guard<std::mutex> guard(mtx);
 auto it = looperMap.find(tid);
 if (looperMap.end() == it) {
  auto *looper = new AlLooper();
  looperMap[tid] = looper;
  return looper;
 }
 return nullptr;
 }
 /**
 * 獲取當前線程的Looper
 * @return 當前線程的Looper
 */
 AlLooper *get(long tid) {
 std::lock_guard<std::mutex> guard(mtx);
 auto it = looperMap.find(tid);
 if (looperMap.end() == it) {
  return nullptr;
 }
 return it->second;
 }
 /**
 * 銷毀當前線程的Looper
 */
 void remove(long tid) {
 std::lock_guard<std::mutex> guard(mtx);
 auto it = looperMap.find(tid);
 if (looperMap.end() != it) {
  looperMap.erase(it);
  auto *looper = it->second;
  delete looper;
 }
 }
private:
 static AlLooperManager *instance;
 std::map<long, AlLooper *> looperMap;
 std::mutex mtx;
};

AlLooper

AlLooper主要有prepare、myLooper和loop三個靜態(tài)函數(shù)。prepare用于為當前線程準備一個AlLooper，因為我們規(guī)定同一個線程只能擁有一個AlLooper對象，如果嘗試在一個線程重復(fù)調(diào)用該函數(shù)函數(shù)將引發(fā)異常。myLooper用于獲取當前線程的AlLooper，如果在該函數(shù)調(diào)用之前沒有調(diào)用過prepare將會獲得一個空指針。loop是AlLooper的核心函數(shù)，調(diào)用該函數(shù)后線程將進入死循環(huán)，AlLooper會依次從消息隊列頭部取出AlMessage進行消費。前面提到AlMessage有一個名為target的成員變量，這個變量是一個AlHandler對象，所以這里直接調(diào)用AlHandler::dispatchMessage函數(shù)把消息回傳，由AlHandler進行處理。sendMessage函數(shù)則用于在消息隊列尾部插入一條消息。

class AlLooper : public Object {
public:
 /**
 * 為線程準備一個Looper，如果線程已經(jīng)存在Looper，則報錯
 */
 static void prepare() {
 AlLooper *looper = AlLooperManager::getInstance()->create(Thread::currentThreadId());
 assert(nullptr != looper);
 }
 /**
 * 獲取當前線程的Looper
 * @return 前線程的Looper
 */
 static AlLooper *myLooper() {
 AlLooper *looper = AlLooperManager::getInstance()->get(Thread::currentThreadId());
 assert(nullptr != looper);
 return looper;
 }
 static void exit();
 /**
 * 循環(huán)消費消息
 */
 static void loop() {
 myLooper()->_loop();
 }
 void _loop() {
 for (;;) {
  AlMessage *msg = queue.take();
  if (msg) {
  if (msg->target) {
   msg->target->dispatchMessage(msg);
  }
  delete msg;
  }
  queue.pop();
 }
 }
 void sendMessage(AlMessage *msg) {
 queue.offer(msg);
 }
private:
 AlLooper();
 AlLooper(AlLooper &e) : Object() {}
 ~AlLooper();
private:
 AlMessageQueue queue;
};

AlMessageQueue和AlMessage

AlMessage比較簡單，主要包含幾個public的成員變量，用于區(qū)分消息類型以及附帶一些信息。AlMessageQueue則是一個阻塞隊列，當嘗試從一個空隊列獲取AlMessage時將會造成線程阻塞，如果其它線程向空隊列新增一個AlMessage對象將會喚醒阻塞的線程。這是驅(qū)動消息循環(huán)消費的重要一環(huán)。

class AlMessage {
public:
 int32_t what = 0;
 int32_t arg1 = 0;
 int64_t arg2 = 0;
 Object *obj = nullptr;
}
class AlMessageQueue : public Object {
public:
 AlMessageQueue() {
 pthread_mutex_init(&mutex, nullptr);
 pthread_cond_init(&cond, nullptr);
 }
 virtual ~AlMessageQueue() {
 pthread_mutex_lock(&mutex);
 invalid = true;
 pthread_mutex_unlock(&mutex);
 clear();
 pthread_mutex_destroy(&mutex);
 pthread_cond_destroy(&cond);
 }
 void offer(AlMessage *msg) {
 pthread_mutex_lock(&mutex);
 if (invalid) {
  pthread_mutex_unlock(&mutex);
  return;
 }
 queue.push_back(msg);
 pthread_cond_broadcast(&cond);
 pthread_mutex_unlock(&mutex);
 }
 AlMessage *take() {
 pthread_mutex_lock(&mutex);
 if (invalid) {
  pthread_mutex_unlock(&mutex);
  return nullptr;
 }
 if (size() <= 0) {
  if (0 != pthread_cond_wait(&cond, &mutex)) {
  pthread_mutex_unlock(&mutex);
  return nullptr;
  }
 }
 if (queue.empty()) {
  pthread_mutex_unlock(&mutex);
  return nullptr;
 }
 AlMessage *e = queue.front();
 queue.pop_front();
 pthread_mutex_unlock(&mutex);
 return e;
 }
 int size();
 void clear();
private:
 pthread_mutex_t mutex;
 pthread_cond_t cond;
 std::list<AlMessage *> queue;
 bool invalid = false;
};

AlHandlerThread

AlLooper準備好后就可以在線程中使用了，這里我們把線程和AlLooper封裝到一起方便使用。AlHandlerThread會在內(nèi)部開啟一個線程，該線程會調(diào)用run函數(shù)，在線程開始運行后依次調(diào)用AlLooper的prepare和loop函數(shù)即可進入消息消費流程，AlLooper::exit()用于在線程結(jié)束前銷毀AlLooper對象。

class AlHandlerThread {
public:
 AlLooper *getLooper() {
 return mLooper;
 }
private:
 void run() {
 AlLooper::prepare();
 mLooper = AlLooper::myLooper();
 AlLooper::loop();
 AlLooper::exit();
 }
private:
 std::thread mThread = thread(&AlHandlerThread::run, this);
 AlLooper *mLooper = nullptr;
};

最后我們創(chuàng)建一個AlHandler對象，并傳入一個從AlHandlerThread獲取的AlLooper對象和一個處理回調(diào)函數(shù)Callback，便可以讓Handler機制運行起來。由于AlLooper可以是任意一個線程的對象，所以便實現(xiàn)了跨線程的通訊。如果我們把AlMessage封裝成一個"Task"，當我們要處理一個耗時任務(wù)時，把任務(wù)封裝成一個"Task"發(fā)送到Handler進行處理，通過該方法可以輕易實現(xiàn)線程的復(fù)用，而不需要重復(fù)申請銷毀線程。

mThread = AlHandlerThread::create(name);

mHandler = new AlHandler(mThread->getLooper(), [this](AlMessage *msg) {

 /// Do something.

});

結(jié)語

  以上便是Android系統(tǒng)Handler機制的介紹，以及使用C++11的實現(xiàn)。上面展示的是部分核心代碼，省略了很多，實際操作還需要處理很多問題，比如線程安全、線程的退出、AlLooper的銷毀等。文章源碼出自hwvc項目，感興趣的讀者可以閱讀完整的AlHandlerThread源碼實現(xiàn)。

hwvc項目：

https://github.com/imalimin/hwvc/tree/develop

AlHandlerThread源碼：

https://github.com/imalimin/hwvc/blob/develop/src/common/thread/AlHandlerThread.cpp

到此這篇關(guān)于使用C++11實現(xiàn)Android系統(tǒng)的Handler機制的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++11 Handler機制內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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