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Handler消息傳遞機制——源碼賞析

編輯:關於Android編程

Android的消息處理有四個核心類:Handler、Looper、Message、MessageQueue,都在android.os包中。 Android在UI線程和其他線程之間通過收發消息來通信,被收發的消息就是Message,而一般使用一個MessageQueue,即消息隊列來管理多個消息,又使用Looper來從MessageQueue中取消息,在最外層,其他想要更新UI的線程使用Handler來發送消息,而UI線程則通過Handler對象處理消息。 Android的線程間通信是圍繞著消息和消息隊列展開的,非UI線程通過Handler對象向UI線程發送消息,該消息首先會進入一個消息隊列,然後由Looper對象循環地從消息隊列中取出消息,分發給UI線程的Handler對象,Handler對象接收到消息後,先通過消息攜帶的標識符進行匹配,再處理消息。

一、線程的魔法師 Looper

Looper的字面意思是“循環者”,它被設計用來使一個普通線程變成Looper線程。所謂Looper線程就是循環工作的線程。在程序開發中(尤其是GUI開發中),經常會需要一個線程不斷循環,一旦有新任務則執行,執行完繼續等待下一個任務,這就是Looper線程。使用Looper類創建Looper線程很簡單,代碼如下:

publicclass LooperThread extends Thread {
    @Override
publicvoid run() {
// 將當前線程初始化為Looper線程
        Looper.prepare();
public void handleMessage(Message msg) {
                super.handleMessage(msg);
                switch (msg.what) {
                case 0:
                        break;
                default:
                        break;
                }
 }
// 開始循環處理消息隊列
        Looper.loop();
    }
}

通過上面兩行核心代碼,普通線程就升級為Looper線程了!!!看看這兩行代碼各自做了什麼。

1)Looper.prepare()

 

\

 

通過上圖可以看到,現在你的線程中有一個Looper對象,它的內部維護了一個消息隊列MQ。注意,一個Thread只能有一個Looper對象,為什麼呢?咱們來看源碼。

 

看源碼。

// 每個線程中的Looper對象其實是一個ThreadLocal,即線程本地存儲(TLS)對象
privatestaticfinal ThreadLocal sThreadLocal =new ThreadLocal();
// Looper內的消息隊列
final MessageQueue mQueue;
// 當前線程
    Thread mThread;
// 。。。其他屬性

// 每個Looper對象中有它的消息隊列,和它所屬的線程
private Looper(boolean quitAllowed) {
        mQueue =new MessageQueue(quitAllowed);
        mThread = Thread.currentThread();
    }

// 我們調用該方法會在調用線程的TLS中創建Looper對象
publicstaticfinalvoid prepare() {
if (sThreadLocal.get() !=null) {
// 試圖在有Looper的線程中再次創建Looper將拋出異常
thrownew RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
        }
sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));
    }
// 其他方法
}

通過源碼,prepare()背後的工作方式一目了然,其核心就是將looper對象定義為ThreadLocal。

2)Looper.loop()

\

 

調用loop方法後,Looper線程就開始真正工作了,它不斷從自己的MQ中取出隊頭的消息(也叫任務)執行。其源碼分析如下:

publicstaticfinalvoid loop() {
        Looper me = myLooper();  //得到當前線程Looper
        MessageQueue queue = me.mQueue;  //得到當前looper的MQ

        Binder.clearCallingIdentity();
finallong ident = Binder.clearCallingIdentity();
// 開始循環
for(;;) {
            Message msg = queue.next(); // 取出message
if (msg !=null) {
if (msg.target ==null) {
// message沒有target為結束信號,退出循環
return;
                }
// 日志。。。
if (me.mLogging!=null) me.mLogging.println(
">>>>> Dispatching to "+ msg.target +""
+ msg.callback +": "+ msg.what
                        );
// 非常重要!將真正的處理工作交給message的target,即後面要講的handler
                msg.target.dispatchMessage(msg);
// 還是日志。。。
if (me.mLogging!=null) me.mLogging.println(
"<<<<< Finished to    "+ msg.target +""
+ msg.callback);

finallong newIdent = Binder.clearCallingIdentity();
if (ident != newIdent) {
                    Log.wtf("Looper", "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);
                }
// 回收message資源
                msg.recycle();
            }
        }
    }

除了prepare()和loop()方法,Looper類還提供了一些有用的方法,比如

Looper.myLooper()得到當前線程looper對象:

publicstaticfinal Looper myLooper() {
// 在任意線程調用Looper.myLooper()返回的都是那個線程的looper
return (Looper)sThreadLocal.get();
    }

getThread()得到looper對象所屬線程:

public Thread getThread() {
return mThread;
    }

quit()方法結束looper循環

publicvoid quit() {
// 創建一個空的message,它的target為NULL,表示結束循環消息
        Message msg = Message.obtain();
// 發出消息
        mQueue.enqueueMessage(msg, 0);
    }

到此為止,你應該對Looper有了基本的了解,總結幾點:

1.每個線程有且最多只能有一個Looper對象,它是一個ThreadLocal

2.Looper內部有一個消息隊列,loop()方法調用後線程開始不斷從隊列中取出消息執行

3.Looper使一個線程變成Looper線程。

那麼,我們如何往MQ上添加消息呢?下面有請Handler!

 

二、異步處理大師 Handler

Handler對象可以發送和處理與一個線程的消息隊列相關聯的Message和Runnable對象。每一個Handler的實例都與一個獨立的線程及其消息隊列相關聯。

當一個新的Handler對象被創建,它就會被綁定到創建它的線程的消息隊列之上,從這一刻開始,

這個Handler對象便會將Message和Runnable對象發送給它所綁定的消息隊列,並且在這些對象離開隊列後,處理他們。

Android中,Handler有以下兩個主要的用途:

?將Message或Runnable對象發送給其他線程。可以使用post(Runnable)、postAtTime(Runnable, long)、postDelayed(Runnable, long)、

sendEmptyMessage(int)、sendMessage(Message)、sendMessageAtTime(Message, long)和sendMessageDelayed(Message, long)等

方法發送Message或Runnable對象。可以看到,post()系列的方法可以發送Runnable對象,而sendMessage()系列的方法可以發送Message。

?處理來自其他線程的Message,安排來自其他線程的Runnable對象得以執行,可以使用handleMessage(Message)方法處理接收到的Message。

當一個Android應用程序被創建後,在它的UI線程中就會運行一個消息隊列,該隊列會關注對頂層應用程序組件的管理,比如Activity、Service和BroadcastReceiver,以及它們所創建的所有窗口。開發者可以創建自己的線程,並通過Handler對象的post()系列方法和sendMessage()系列方法與UI線程進行通信,被這些方法發送的Message或Runnable對象會在未來合適的時間被處理和執行。

什麼是handler?handler扮演了往MQ上添加消息和處理消息的角色(只處理由自己發出的消息),即通知MQ它要執行一個任務(sendMessage),並在loop到自己的時候執行該任務(handleMessage),整個過程是異步的。handler創建時會關聯一個looper,默認的構造方法將關聯當前線程的looper。默認的構造方法:

publicclass handler {

final MessageQueue mQueue;  // 關聯的MQ
final Looper mLooper;  // 關聯的looper
final Callback mCallback; 
// 其他屬性

public Handler() {
if (FIND_POTENTIAL_LEAKS) {
final Class klass = getClass();
if ((klass.isAnonymousClass() || klass.isMemberClass() || klass.isLocalClass()) &&
                    (klass.getModifiers() & Modifier.STATIC) ==0) {
                Log.w(TAG, "The following Handler class should be static or leaks might occur: "+
                    klass.getCanonicalName());
            }
        }
// 默認將關聯當前線程的looper
        mLooper = Looper.myLooper();
// looper不能為空,即該默認的構造方法只能在looper線程中使用
if (mLooper ==null) {
thrownew RuntimeException(
"Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");
        }
// 重要!!!直接把關聯looper的MQ作為自己的MQ,因此它的消息將發送到關聯looper的MQ上
        mQueue = mLooper.mQueue;
        mCallback =null;
    }

// 其他方法
}

下面我們就可以為之前的LooperThread類加入Handler:

publicclass LooperThread extends Thread {
private Handler handler1;
private Handler handler2;

    @Override
publicvoid run() {
// 將當前線程初始化為Looper線程
        Looper.prepare();

// 實例化兩個handler
        handler1 =new Handler();
        handler2 =new Handler();

// 開始循環處理消息隊列
        Looper.loop();
    }
}
\

 

可以看到,一個線程可以有多個Handler,但是只能有一個Looper!

Handler發送消息

有了handler之後,我們就可以使用post(Runnable),postAtTime(Runnable, long),postDelayed(Runnable, long),sendEmptyMessage(int),sendMessage(Message),sendMessageAtTime(Message, long)和sendMessageDelayed(Message, long)這些方法向MQ上發送消息了。光看這些API你可能會覺得handler能發兩種消息,一種是Runnable對象,一種是message對象,這是直觀的理解,但其實post發出的Runnable對象最後都被封裝成message對象了,見源碼:

// 此方法用於向關聯的MQ上發送Runnable對象,它的run方法將在handler關聯的looper線程中執行
publicfinalboolean post(Runnable r)
    {
// 注意getPostMessage(r)將runnable封裝成message
return  sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);
    }

privatefinal Message getPostMessage(Runnable r) {
        Message m = Message.obtain();  //得到空的message
        m.callback = r;  //將runnable設為message的callback,
return m;
    }

publicboolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis)
    {
boolean sent =false;
        MessageQueue queue = mQueue;
if (queue !=null) {
            msg.target =this;  // message的target必須設為該handler!
            sent = queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
        }
else {
            RuntimeException e =new RuntimeException(
this+" sendMessageAtTime() called with no mQueue");
            Log.w("Looper", e.getMessage(), e);
        }
return sent;
    }

總之通過handler發出的message有如下特點:

1.message.target為該handler對象,這確保了looper執行到該message時能找到處理它的handler,即loop()方法中的關鍵代碼

msg.target.dispatchMessage(msg);

2.post發出的message,其callback為Runnable對象

Handler處理消息

說完了消息的發送,再來看下handler如何處理消息。消息的處理是通過核心方法dispatchMessage(Messagemsg)與鉤子方法handleMessage(Messagemsg)完成的,見源碼

// 處理消息,該方法由looper調用
publicvoid dispatchMessage(Message msg) {
if (msg.callback !=null) {
// 如果message設置了callback,即runnable消息,處理callback!
            handleCallback(msg);
        } else {
// 如果handler本身設置了callback,則執行callback
if (mCallback !=null) {
/* 這種方法允許讓activity等來實現Handler.Callback接口,避免了自己編寫handler重寫handleMessage方法。 */
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
                }
            }
// 如果message沒有callback,則調用handler的鉤子方法handleMessage
            handleMessage(msg);
        }
    }

// 處理runnable消息
privatefinalvoid handleCallback(Message message) {
        message.callback.run();  //直接調用run方法!
    }
// 由子類實現的鉤子方法
publicvoid handleMessage(Message msg) {
    }

可以看到,除了handleMessage(Messagemsg)和Runnable對象的run方法由開發者實現外(實現具體邏輯),handler的內部工作機制對開發者是透明的。這正是handler API設計的精妙之處!

Handler的用處

handler被描述為“異步處理大師”,這歸功於Handler擁有下面兩個重要的特點:

1.handler可以在任意線程發送消息,這些消息會被添加到關聯的MQ上。

\

2.handler是在它關聯的looper線程中處理消息的。

\

 

這就解決了android最經典的不能在其他非主線程中更新UI的問題。android的主線程也是一個looper線程(looper在android中運用很廣),我們在其中創建的handler默認將關聯主線程MQ。因此,利用handler的一個solution就是在activity中創建handler並將其引用傳遞給worker thread,worker thread執行完任務後使用handler發送消息通知activity更新UI。(過程如圖)

\

下面給出sample代碼,僅供參考:

publicclass TestDriverActivity extends Activity {
private TextView textview;

    @Override
protectedvoid onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.main);
        textview = (TextView) findViewById(R.id.textview);
// 創建並啟動工作線程
        Thread workerThread =new Thread(new SampleTask(new MyHandler()));
        workerThread.start();
    }

publicvoid appendText(String msg) {
        textview.setText(textview.getText() +"\n"+ msg);
    }

class MyHandler extends Handler {
        @Override
publicvoid handleMessage(Message msg) {
            String result = msg.getData().getString("message");
// 更新UI
            appendText(result);
        }
    }
}
publicclass SampleTask implements Runnable {
privatestaticfinal String TAG = SampleTask.class.getSimpleName();
    Handler handler;

public SampleTask(Handler handler) {
super();
this.handler = handler;
    }

    @Override
publicvoid run() {
try {  // 模擬執行某項任務,下載等
            Thread.sleep(5000);
// 任務完成後通知activity更新UI
            Message msg = prepareMessage("task completed!");
// message將被添加到主線程的MQ中
            handler.sendMessage(msg);
        } catch (InterruptedException e) {
            Log.d(TAG, "interrupted!");
        }

    }

private Message prepareMessage(String str) {
        Message result = handler.obtainMessage();
        Bundle data =new Bundle();
        data.putString("message", str);
        result.setData(data);
return result;
    }
}

當然,handler能做的遠遠不僅如此,由於它能post Runnable對象,它還能與Looper配合實現經典的Pipeline Thread(流水線線程)模式。

 

三、封裝任務 Message

Message是線程之間通信的信息載體,它包含一些特定的描述信息和任意的附加數據。Message對象具有getData()和setData()方法,它們分別可以獲取和添加用Bundle對象封裝的數據,這些數據就是線程之間相互傳遞的數據。消息對象中還包含兩個int型的字段和一個Object型的字段,當通信的數據量少時,可以使用這三個字段存放數據

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在整個消息處理機制中,message又叫task,封裝了任務攜帶的信息和處理該任務的handler。message的用法比較簡單,使用Message需要注意4點:

 

1、Message雖然也可以通過new來獲取,但是通常使用Message.obtain()或Handler.obtainMessage()方法來從消息池中獲得空消息對象,以節省資源; 2、如果一個Message只需要攜帶簡單的int型數據,應優先使用arg1和arg2屬性來傳遞數據,這樣比Bundle節省內存; 3、盡可能使用Message.what來標識信息,以便用不同的方式處理Message。 4、如果需要從工作線程返回很多數據信息,可以借助Bundle對象將這些數據集中到一起,然後存放到obj屬性中,再返回到主線程。

MessageQueue

* 顧名思義,消息隊列(MessageQueue)就是一個由Message組成的隊列,既然是隊列,就是先進先出的,即先入隊的Message會優先被取出。

*消息隊列是一個偏底層的類,它包含的Message由Looper對象分發出去。Message並不是直接被添加進消息隊列的,

*而是通過與Looper相關的MessageQueue.IdleHandler對象添加的。可以使用Looper.myQueue()方法取回當前線程的消息隊列

 
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