編輯:關於android開發
線程通信、ActivityThread及Thread類是理解Android線程管理的關鍵。
線程,作為CPU調度資源的基本單位,在Android等針對嵌入式設備的操作系統中,有著非常重要和基礎的作用。本小節主要從以下三個方面進行分析:
在開發Android多線程應用時,Handler、MessageQueue、Message及Looper是老生常談的話題。但想徹底理清它們之間的關系,卻需要深入的研究下它們各自的實現才行。首先,給出一張它們之間的關系圖:
從運行機制來看,Handler將Message壓入MessageQueue,Looper不斷從MessageQueue中取出Message(當MessageQueue為空時,進入休眠狀態),其target handler則進行消息處理。因此,要徹底弄清Android的線程通信機制,需要了解以下三個問題:
Handler主要完成Message的入隊(MessageQueue)和處理,下面將通過Handler的源碼分析其消息分發、處理流程。首先,來看下Handler類的方法列表:
從上圖中可以看出,Handler類核心的方法包括:1)構造器;2)分發消息;3)處理消息;4)post發送消息;5)send發送消息;6)remove消息和回調。
首先,從構造方法來看,構造器的多態最終通過調用如下方法實現,即將實參賦值給Handler類的內部域。
final MessageQueue mQueue; final Looper mLooper; final Callback mCallback; final boolean mAsynchronous; public Handler(Looper looper, Callback callback, boolean async) { mLooper = looper; mQueue = looper.mQueue; mCallback = callback; mAsynchronous = async; }
其次,消息的入隊是通過post方法和send方法來實現的。
public final boolean postAtTime(Runnable r, long uptimeMillis) { return sendMessageAtTime(getPostMessage(r), uptimeMillis); }
public final boolean sendEmptyMessageAtTime(int what, long uptimeMillis) { Message msg = Message.obtain(); msg.what = what; return sendMessageAtTime(msg, uptimeMillis); }
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); }
兩者的區別在於參數類型不同,post方法傳入的實例對象實現了Runnable接口,然後在內部通過getPostMessage方法將其轉換為Message,最終通過send方法發出;send方法傳入的實例對象為Message類型,在實現中,將Message壓入MessageQueue。
private static Message getPostMessage(Runnable r) { Message m = Message.obtain(); m.callback = r; return m; }
通過Handler將Message壓入MessageQueue之後,Looper將其輪詢後交由Message的target handler處理。Handler首先會對消息進行分發。首先判斷Message的回調處理接口Callback是否為null,不為null則調用該Callback進行處理;否判斷Handler的回調接口mCallback是否為null,不為null則調用該Callback進行處理;如果上述Callback均為null,則調用handleMessage方法處理。
public void dispatchMessage(Message msg) { if (msg.callback != null) { handleCallback(msg); } else { if (mCallback != null) { if (mCallback.handleMessage(msg)) { return; } } handleMessage(msg); } }
handleMessage方法在Handler的子類中必須實現。即消息具體的處理交由應用軟件實現。
/** * Subclasses must implement this to receive messages. */ public void handleMessage(Message msg) { }
回到Activity(Fragment),在Handler的子類中實現handleMessage方法。這裡需要注意一個內存洩露的問題,比較下述兩種實現方式,第一種直接定義Handler的實現,第二種通過靜態內部類繼承Handler,定義繼承類的實例。
Handler mHandler = new Handler() { @Override public void handleMessage(Message msg) { super.handleMessage(msg); // 根據msg調用Activity的方法 } };
static class MyHandler extends Handler { WeakReference<DemoActivity> mActivity; public MyHandler(DemoActivity demoActivity) { mActivity = new WeakReference<DemoActivity>(demoActivity); } @Override public void handleMessage(Message msg) { super.handleMessage(msg); DemoActivity theActivity = mActivity.get(); // 根據msg調用theActivity的方法 }
不繞彎子,直接說明為什麼第一種方式會引起內存洩露,而第二種不會。
在第一種方式中,mHandler通過匿名內部類方式實例化,在Java中,內部類會強持有外部類的引用(handleMessage方法中可以直接調用Activity的方法),在外部Activity調用onDestroy()方法之後,如果Handler的MessageQueue依然有未處理的消息,那麼由於Handler持有Activity的引用導致Activity無法被系統GC回收,從而引起內存洩露。
在第二種方式中,首先繼承Handler定義靜態內部類,由於MyHandler為靜態類,即使定義在Activity的內部,也與Activity沒有邏輯上的聯系,即不會持有外部Activity的引用;其次,在靜態類內部,定義外部Activity的弱引用,弱引用在系統資源緊張時會被系統優先回收。最後,在handleMessage()方法中,通過WeakReference的get方法獲取外部Activity的引用,如果該弱引用已被回收,則get方法返回null。
struct GcSpec { /* If true, only the application heap is threatened. */ bool isPartial; /* If true, the trace is run concurrently with the mutator. */ bool isConcurrent; /* Toggles for the soft reference clearing policy. */ bool doPreserve; /* A name for this garbage collection mode. */ const char *reason; };
這段代碼定義在dalvik/vm/alloc/Heap.h中,其中doPreserve為true時,表示在執行GC的過程中,不回收軟引用引用的對象;為false時,表示在執行GC的過程中,回收軟引用引用的對象。
最後,使用Handler的過程中,還需要注意一點,在前面的方法列表圖中已經提到。為避免Activity調用onDestroy後,Handler的MessageQueue中仍存在Message,一般會在onDestroy中調用removeCallbacksAndMessages()方法。
@Override protected void onDestroy() { super.onDestroy(); // 清空Message隊列 myHandler.removeCallbacksAndMessages(null); }
public final void removeCallbacksAndMessages(Object token) { mQueue.removeCallbacksAndMessages(this, token); }
removeCallbacksAndMessages()方法會移除obj為token的由post發送的callback和send發送的message,當token為null時,會移除所有callback和message。
MessageQueue,消息隊列,其屬性與常規隊列相似,包括入隊、出隊等,這裡簡要介紹一下MessageQueue的實現。
首先,MessageQueue新建隊列的工作是通過在其構造器中調用本地方法nativeInit實現的。nativeInit會創建NativeMessageQueue對象,然後賦值給MessageQueue成員變量mPtr。mPtr是int類型數據,代表NativeMessageQueue的內存指針。
MessageQueue(boolean quitAllowed) { mQuitAllowed = quitAllowed; mPtr = nativeInit(); }
其次,Message入隊的通過enqueueMessage方法實現。首先檢查message是否符合入隊要求(是否正在使用,target handler是否為null),符合要求後通過設置prev.next = msg隊列的指針完成入隊操作。
boolean enqueueMessage(Message msg, long when);
再次,出隊是通過next()方法完成的。涉及到同步、鎖等問題,這裡不詳細展開了。
再次,刪除元素有兩個實現。即分別通過p.callback == r和p.what == what來進行消息識別。
void removeMessages(Handler h, int what, Object object); void removeMessages(Handler h, Runnable r, Object object);
最後,銷毀隊列和創建隊列一樣,是通過本地函數完成的。傳入的參數為MessageQueue的內存指針。
private native static void nativeDestroy(int ptr);
Looper是線程通信的關鍵,正是因為Looper,整個線程通信機制才真正實現“通”。
在應用開發過程中,一般當主線程需要傳遞消息給用戶自定義線程時,會在自定義線程中定義Handler進行消息處理,並在Handler實現的前後分別調用Looper的prepare()方法和loop()方法。大致實現如下:
new Thread(new Runnable() { private Handler mHandler; @Override public void run() { Looper.prepare(); mHandler = new Handler() { @Override public void handleMessage(Message msg) { super.handleMessage(msg); } }; Looper.loop(); } });
這裡重點說明prepare()方法和loop()方法,實際項目中不建議定義匿名線程。
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)); }
可以看出,prepare方法的重點是sThreadLocal變量,sThreadLocal變量是什麼呢?
// sThreadLocal.get() will return null unless you've called prepare(). static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();
ThreadLocal實現了線程本地存儲。簡單看一下它的類注解文檔,ThreadLocal是一種特殊的全局變量,全局性在於它存儲於自己所在線程相關的數據,而其他線程無法訪問。
/** * Implements a thread-local storage, that is, a variable for which each thread * has its own value. All threads share the same {@code ThreadLocal} object, * but each sees a different value when accessing it, and changes made by one * thread do not affect the other threads. The implementation supports * {@code null} values. * * @see java.lang.Thread * @author Bob Lee */ public class ThreadLocal<T> { }
回到prepare方法中,sThreadLocal添加了一個針對當前線程的Looper對象。並且prepare方法只能調用一次,否則會拋出運行時異常。
初始化完畢之後,Handler通過post和send方法如何保證消息投遞到Looper所持有的MessageQueue中呢?其實,MessageQueue是Handler和Looper的橋梁。在前面Handler章節中提到Handler的初始化方法,Handler的mLooper對象是通過Looper的靜態方法myLooper()獲取的,而myLooper()是通過調用sThreadLocal.get()來得到的,即Handler的mLooper就是當前線程的Looper對象,Handler的mQueue就是mLooper.mQueue。
…… mLooper = Looper.myLooper(); if (mLooper == null) { throw new RuntimeException( "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()"); } mQueue = mLooper.mQueue; ……
public static Looper myLooper() { return sThreadLocal.get(); }
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