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Handler消息传递机制——源码赏析

2016-09-17

Android的消息处理有四个核心类:Handler、Looper、Message、MessageQueue,都在android os包中。 Android在UI线程和其他线程之间通过收发消息来通信,被收发的消息就是Message,而一般使用一个MessageQueue,

Android的消息处理有四个核心类:Handler、Looper、Message、MessageQueue,都在android.os包中。
Android在UI线程和其他线程之间通过收发消息来通信,被收发的消息就是Message,而一般使用一个MessageQueue,即消息队列来管理多个消息,又使用Looper来从MessageQueue中取消息,在最外层,其他想要更新UI的线程使用Handler来发送消息,而UI线程则通过Handler对象处理消息。
Android的线程间通信是围绕着消息和消息队列展开的,非UI线程通过Handler对象向UI线程发送消息,该消息首先会进入一个消息队列,然后由Looper对象循环地从消息队列中取出消息,分发给UI线程的Handler对象,Handler对象接收到消息后,先通过消息携带的标识符进行匹配,再处理消息。

一、线程的魔法师 Looper

Looper的字面意思是“循环者”,它被设计用来使一个普通线程变成Looper线程。所谓Looper线程就是循环工作的线程。在程序开发中(尤其是GUI开发中),经常会需要一个线程不断循环,一旦有新任务则执行,执行完继续等待下一个任务,这就是Looper线程。使用Looper类创建Looper线程很简单,代码如下:

publicclass LooperThread extends Thread {
    @Override
publicvoid run() {
// 将当前线程初始化为Looper线程
        Looper.prepare();
public void handleMessage(Message msg) {
                super.handleMessage(msg);
                switch (msg.what) {
                case 0:
                        break;
                default:
                        break;
                }
 }
// 开始循环处理消息队列
        Looper.loop();
    }
}

通过上面两行核心代码,普通线程就升级为Looper线程了!!!看看这两行代码各自做了什么。

1)Looper.prepare()

\

通过上图可以看到,现在你的线程中有一个Looper对象,它的内部维护了一个消息队列MQ。注意,一个Thread只能有一个Looper对象,为什么呢?咱们来看源码

看源码。

// 每个线程中的Looper对象其实是一个ThreadLocal,即线程本地存储(TLS)对象
privatestaticfinal ThreadLocal sThreadLocal =new ThreadLocal();
// Looper内的消息队列
final MessageQueue mQueue;
// 当前线程
    Thread mThread;
// 。。。其他属性

// 每个Looper对象中有它的消息队列,和它所属的线程
private Looper(boolean quitAllowed) {
        mQueue =new MessageQueue(quitAllowed);
        mThread = Thread.currentThread();
    }

// 我们调用该方法会在调用线程的TLS中创建Looper对象
publicstaticfinalvoid prepare() {
if (sThreadLocal.get() !=null) {
// 试图在有Looper的线程中再次创建Looper将抛出异常
thrownew RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
        }
sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));
    }
// 其他方法
}

通过源码,prepare()背后的工作方式一目了然,其核心就是将looper对象定义为ThreadLocal。

2)Looper.loop()

\

调用loop方法后,Looper线程就开始真正工作了,它不断从自己的MQ中取出队头的消息(也叫任务)执行。其源码分析如下:

publicstaticfinalvoid loop() {
        Looper me = myLooper();  //得到当前线程Looper
        MessageQueue queue = me.mQueue;  //得到当前looper的MQ

        Binder.clearCallingIdentity();
finallong ident = Binder.clearCallingIdentity();
// 开始循环
for(;;) {
            Message msg = queue.next(); // 取出message
if (msg !=null) {
if (msg.target ==null) {
// message没有target为结束信号,退出循环
return;
                }
// 日志。。。
if (me.mLogging!=null) me.mLogging.println(
">>>>> Dispatching to "+ msg.target +""
+ msg.callback +": "+ msg.what
                        );
// 非常重要!将真正的处理工作交给message的target,即后面要讲的handler
                msg.target.dispatchMessage(msg);
// 还是日志。。。
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资源
                msg.recycle();
            }
        }
    }

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

Looper.myLooper()得到当前线程looper对象:

publicstaticfinal Looper myLooper() {
// 在任意线程调用Looper.myLooper()返回的都是那个线程的looper
return (Looper)sThreadLocal.get();
    }

getThread()得到looper对象所属线程:

public Thread getThread() {
return mThread;
    }

quit()方法结束looper循环

publicvoid quit() {
// 创建一个空的message,它的target为NULL,表示结束循环消息
        Message msg = Message.obtain();
// 发出消息
        mQueue.enqueueMessage(msg, 0);
    }

到此为止,你应该对Looper有了基本的了解,总结几点:

1.每个线程有且最多只能有一个Looper对象,它是一个ThreadLocal

2.Looper内部有一个消息队列,loop()方法调用后线程开始不断从队列中取出消息执行

3.Looper使一个线程变成Looper线程。

那么,我们如何往MQ上添加消息呢?下面有请Handler!

二、异步处理大师 Handler

Handler对象可以发送和处理与一个线程的消息队列相关联的Message和Runnable对象。每一个Handler的实例都与一个独立的线程及其消息队列相关联。

当一个新的Handler对象被创建,它就会被绑定到创建它的线程的消息队列之上,从这一刻开始,

这个Handler对象便会将Message和Runnable对象发送给它所绑定的消息队列,并且在这些对象离开队列后,处理他们。

Android中,Handler有以下两个主要的用途:

?将Message或Runnable对象发送给其他线程。可以使用post(Runnable)、postAtTime(Runnable, long)、postDelayed(Runnable, long)、

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

方法发送Message或Runnable对象。可以看到,post()系列的方法可以发送Runnable对象,而sendMessage()系列的方法可以发送Message。

?处理来自其他线程的Message,安排来自其他线程的Runnable对象得以执行,可以使用handleMessage(Message)方法处理接收到的Message。

当一个Android应用程序被创建后,在它的UI线程中就会运行一个消息队列,该队列会关注对顶层应用程序组件的管理,比如Activity、Service和BroadcastReceiver,以及它们所创建的所有窗口。开发者可以创建自己的线程,并通过Handler对象的post()系列方法和sendMessage()系列方法与UI线程进行通信,被这些方法发送的Message或Runnable对象会在未来合适的时间被处理和执行。

什么是handler?handler扮演了往MQ上添加消息和处理消息的角色(只处理由自己发出的消息),即通知MQ它要执行一个任务(sendMessage),并在loop到自己的时候执行该任务(handleMessage),整个过程是异步的。handler创建时会关联一个looper,默认的构造方法将关联当前线程的looper。默认的构造方法:

publicclass handler {

final MessageQueue mQueue;  // 关联的MQ
final Looper mLooper;  // 关联的looper
final Callback mCallback; 
// 其他属性

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());
            }
        }
// 默认将关联当前线程的looper
        mLooper = Looper.myLooper();
// looper不能为空,即该默认的构造方法只能在looper线程中使用
if (mLooper ==null) {
thrownew RuntimeException(
"Can&#39;t create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");
        }
// 重要!!!直接把关联looper的MQ作为自己的MQ,因此它的消息将发送到关联looper的MQ上
        mQueue = mLooper.mQueue;
        mCallback =null;
    }

// 其他方法
}

下面我们就可以为之前的LooperThread类加入Handler:

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

    @Override
publicvoid run() {
// 将当前线程初始化为Looper线程
        Looper.prepare();

// 实例化两个handler
        handler1 =new Handler();
        handler2 =new Handler();

// 开始循环处理消息队列
        Looper.loop();
    }
}
\

可以看到,一个线程可以有多个Handler,但是只能有一个Looper!

Handler发送消息

有了handler之后,我们就可以使用post(Runnable),postAtTime(Runnable, long),postDelayed(Runnable, long),sendEmptyMessage(int),sendMessage(Message),sendMessageAtTime(Message, long)sendMessageDelayed(Message, long)这些方法向MQ上发送消息了。光看这些API你可能会觉得handler能发两种消息,一种是Runnable对象,一种是message对象,这是直观的理解,但其实post发出的Runnable对象最后都被封装成message对象了,见源码:

// 此方法用于向关联的MQ上发送Runnable对象,它的run方法将在handler关联的looper线程中执行
publicfinalboolean post(Runnable r)
    {
// 注意getPostMessage(r)将runnable封装成message
return  sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);
    }

privatefinal Message getPostMessage(Runnable r) {
        Message m = Message.obtain();  //得到空的message
        m.callback = r;  //将runnable设为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必须设为该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;
    }

总之通过handler发出的message有如下特点:

1.message.target为该handler对象,这确保了looper执行到该message时能找到处理它的handler,即loop()方法中的关键代码

msg.target.dispatchMessage(msg);

2.post发出的message,其callback为Runnable对象

Handler处理消息

说完了消息的发送,再来看下handler如何处理消息。消息的处理是通过核心方法dispatchMessage(Messagemsg)与钩子方法handleMessage(Messagemsg)完成的,见源码

// 处理消息,该方法由looper调用
publicvoid dispatchMessage(Message msg) {
if (msg.callback !=null) {
// 如果message设置了callback,即runnable消息,处理callback!
            handleCallback(msg);
        } else {
// 如果handler本身设置了callback,则执行callback
if (mCallback !=null) {
/* 这种方法允许让activity等来实现Handler.Callback接口,避免了自己编写handler重写handleMessage方法。 */
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
                }
            }
// 如果message没有callback,则调用handler的钩子方法handleMessage
            handleMessage(msg);
        }
    }

// 处理runnable消息
privatefinalvoid handleCallback(Message message) {
        message.callback.run();  //直接调用run方法!
    }
// 由子类实现的钩子方法
publicvoid handleMessage(Message msg) {
    }

可以看到,除了handleMessage(Messagemsg)和Runnable对象的run方法由开发者实现外(实现具体逻辑),handler的内部工作机制对开发者是透明的。这正是handler API设计的精妙之处!

Handler的用处

handler被描述为“异步处理大师”,这归功于Handler拥有下面两个重要的特点:

1.handler可以在任意线程发送消息,这些消息会被添加到关联的MQ上。

\

2.handler是在它关联的looper线程中处理消息的。

\

这就解决了android最经典的不能在其他非主线程中更新UI的问题。android的主线程也是一个looper线程(looper在android中运用很广),我们在其中创建的handler默认将关联主线程MQ。因此,利用handler的一个solution就是在activity中创建handler并将其引用传递给worker thread,worker thread执行完任务后使用handler发送消息通知activity更新UI。(过程如图)

\

下面给出sample代码,仅供参考:

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);
// 创建并启动工作线程
        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 {  // 模拟执行某项任务,下载等
            Thread.sleep(5000);
// 任务完成后通知activity更新UI
            Message msg = prepareMessage("task completed!");
// message将被添加到主线程的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;
    }
}

当然,handler能做的远远不仅如此,由于它能post Runnable对象,它还能与Looper配合实现经典的Pipeline Thread(流水线线程)模式。

三、封装任务 Message

Message是线程之间通信的信息载体,它包含一些特定的描述信息和任意的附加数据。Message对象具有getData()和setData()方法,它们分别可以获取和添加用Bundle对象封装的数据,这些数据就是线程之间相互传递的数据。消息对象中还包含两个int型的字段和一个Object型的字段,当通信的数据量少时,可以使用这三个字段存放数据

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在整个消息处理机制中,message又叫task,封装了任务携带的信息和处理该任务的handler。message的用法比较简单,使用Message需要注意4点:

1、Message虽然也可以通过new来获取,但是通常使用Message.obtain()或Handler.obtainMessage()方法来从消息池中获得空消息对象,以节省资源;
2、如果一个Message只需要携带简单的int型数据,应优先使用arg1和arg2属性来传递数据,这样比Bundle节省内存;
3、尽可能使用Message.what来标识信息,以便用不同的方式处理Message。
4、如果需要从工作线程返回很多数据信息,可以借助Bundle对象将这些数据集中到一起,然后存放到obj属性中,再返回到主线程。

MessageQueue

* 顾名思义,消息队列(MessageQueue)就是一个由Message组成的队列,既然是队列,就是先进先出的,即先入队的Message会优先被取出。

*消息队列是一个偏底层的类,它包含的Message由Looper对象分发出去。Message并不是直接被添加进消息队列的,

*而是通过与Looper相关的MessageQueue.IdleHandler对象添加的。可以使用Looper.myQueue()方法取回当前线程的消息队列


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