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Android多线程----异步消息处理机制之Handler详解

2017-08-14

Android多线程----异步消息处理机制之Handler详解,在Android当中,提供了异步消息处理机制的两种方式来解决线程之间的通信问题,一种是今天要讲的Handler的机制,还有一种就是之前讲过的 AsyncTask 机制。

Android多线程----异步消息处理机制之Handler详解。

在Android当中,提供了异步消息处理机制的两种方式来解决线程之间的通信问题,一种是今天要讲的Handler的机制,还有一种就是之前讲过的 AsyncTask 机制。

一、handler的引入:

我们都知道,Android UI是线程不安全的,如果在子线程中尝试进行UI操作,程序就有可能会崩溃。相信大家在日常的工作当中都会经常遇到这个问题,解决的方案应该也是早已烂熟于心,即创建一个Message对象,然后借助Handler发送出去,之后在Handler的handleMessage()方法中获得刚才发送的Message对象,然后在这里进行UI操作就不会再出现崩溃了。具体实现代码如下:

 1 package com.example.androidthreadtest;
 2 
 3 import android.app.Activity;
 4 import android.os.Bundle;
 5 import android.os.Handler;
 6 import android.os.Message;
 7 import android.view.View;
 8 import android.view.View.OnClickListener;
 9 import android.widget.Button;
10 import android.widget.TextView;
11 
12 public class MainActivity extends Activity implements OnClickListener {
13 
14     public static final int UPDATE_TEXT = 1;
15     private TextView text;
16     private Button changeText;
17     private Handler handler = new Handler() {
18         public void handleMessage(Message msg) {
19             switch (msg.what) {
20             case UPDATE_TEXT:
21                 text.setText("Nice to meet you");
22                 break;
23             default:
24                 break;
25             }
26         }
27     };
28 
29     @Override
30     protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
31         super.onCreate(savedInstanceState);
32         setContentView(R.layout.activity_main);
33         text = (TextView) findViewById(R.id.text);
34         changeText = (Button) findViewById(R.id.change_text);
35         changeText.setOnClickListener(this);
36     }
37 
38     @Override
39     public void onClick(View v) {
40         switch (v.getId()) {
41         case R.id.change_text:
42             new Thread(new Runnable() {
43                 @Override
44                 public void run() {
45                     Message message = new Message();
46                     message.what = UPDATE_TEXT;
47                     handler.sendMessage(message);
48                 }
49             }).start();
50             break;
51         default:
52             break;
53         }
54     }
55 }

上方第45行代码,官方建议我们写成:(这样的话,可以由系统自己负责message的创建和销毁)

Message msg = handler.obtainMessage();

或者写成:

Message msg = Message.obtain();

上面的代码中,我们并没有在子线程中直接进行UI操作,而是创建了一个Message对象,并将它的what字段的值指定为了一个整形常量UPDATE_TEXT,用于表示更新TextView这个动作。然后调用Handler的sendMessage()方法将这条Message发送出去。很快,Handler就会收到这条Message,并在handleMessage()方法,在这里对具体的Message进行处理(需要注意的是,此时handleMessage()方法中的代码是在主线程中运行的)。如果发现Message的what字段的值等于UPDATE_TEXT,就将TextView显示的内容更新。运行程序后,点击按钮,TextView就会显示出更新的内容。

注:如果从源码的角度理解,粗略的描述是这样的:

先是调用了handler的obtainMessage()方法得到Message对象。在obtainMessage()方法里做的事情是:调用了Message.obtain(this)方法,把handler作为对象传进来。在Message.obtain(this)方法里做的事情是:生成message对象,把handler作为参数赋值给message的target属性。总的来说,一个Handler对应一个Looper对象,一个Looper对应一个MessageQueue对象,使用Handler生成Message,所生成的Message对象的Target属性,就是该对象。而一个Handler可以生成多个Message,所以说,Handler和Message是一对多的关系。

二、异步消息处理机制:

Handler是Android类库提供的用于接受、传递和处理消息或Runnable对象的处理类,它结合Message、MessageQueue和Looper类以及当前线程实现了一个消息循环机制,用于实现任务的异步加载和处理。整个异步消息处理流程的示意图如下图所示:

\

根据上面的图片,我们现在来解析一下异步消息处理机制:

Message:消息体,用于装载需要发送的对象。
handler:它直接继承自Object。作用是:在子线程中发送Message或者Runnable对象到MessageQueue中;在UI线程中接收、处理从MessageQueue分发出来的Message或者Runnable对象。发送消息一般使用Handler的sendMessage()方法,而发出去的消息经过处理后最终会传递到Handler的handlerMessage()方法中。
MessageQueue:用于存放Message或Runnable对象的消息队列。它由对应的Looper对象创建,并由Looper对象管理。每个线程中都只会有一个MessageQueue对象。
Looper:是每个线程中的MessageQueue的管家,循环不断地管理MessageQueue接收和分发Message或Runnable的工作。调用Looper的loop()方法后,就会进入到一个无限循环中然后每当发现MessageQueue中存在一条消息,就会将它取出,并调用Handler的handlerMessage()方法。每个线程中也只会有一个Looper对象。

了解这些之后,我们在来看一下他们之间的联系:

首先要明白的是,Handler和Looper对象是属于线程内部的数据,不过也提供与外部线程的访问接口,Handler就是公开给外部线程的接口,用于线程间的通信。Looper是由系统支持的用于创建和管理MessageQueue的依附于一个线程的循环处理对象,而Handler是用于操作线程内部的消息队列的,所以Handler也必须依附一个线程,而且只能是一个线程。

我们再来对异步消息处理的整个流程梳理一遍:

当应用程序开启时,系统会自动为UI线程创建一个MessageQueue(消息队列)和Looper循环处理对象。首先需要在主线程中创建一个Handler对象,并重写handlerMessage()方法。然后当子线程中需要进行UI操作时,就创建一个Message对象,并通过Handler将这条消息发送出去。之后这条消息就会被添加到MessageQueue的队列中等待被处理,而Looper则会一直尝试从MessageQueue中取出待处理消息,并找到与消息对象对应的Handler对象,然后调用Handler的handleMessage()方法。由于Handler是在主线程中创建的,所以此时handleMessage()方法中的代码也会在主线程中运行,于是我们在这里就可以安心地进行UI操作了。

通俗地来讲,一般我们在实际的开发过程中用的比较多一种情况的就是主线程的Handler将子线程中处理过的耗时操作的结果封装成Message(消息),并将该Message(利用主线程里的MessageQueue和Looper)传递到主线程中,最后主线程再根据传递过来的结果进行相关的UI元素的更新,从而实现任务的异步加载和处理,并达到线程间的通信。

通过上一小节对Handler的一个初步认识后,我们可以很容易总结出Handler的主要用途,下面是Android官网总结的关于Handler类的两个主要用途:

(1)执行定时任务:

指定任务时间,在某个具体时间或某个时间段后执行特定的任务操作,例如使用Handler提供的postDelayed(Runnable r,long delayMillis)方法指定在多久后执行某项操作,比如当当、淘宝、京东和微信等手机客户端的开启界面功能,都是通过Handler定时任务来完成的。

我们接下来讲一下post。

(2)线程间的通信:

在执行较为耗时的操作时,Handler负责将子线程中执行的操作的结果传递到UI线程,然后UI线程再根据传递过来的结果进行相关UI元素的更新。(上面已有说明)

三、post:

对于Handler的Post方式来说,它会传递一个Runnable对象到消息队列中(这句话稍后会进行详细解释),在这个Runnable对象中,重写run()方法。一般在这个run()方法中写入需要在UI线程上的操作。

Post允许把一个Runnable对象入队到消息队列中。它的方法有:post(Runnable)、postAtTime(Runnable,long)、postDelayed(Runnable,long)。详细解释如下:

boolean post(Runnable r):把一个Runnable入队到消息队列中,UI线程从消息队列中取出这个对象后,立即执行。
boolean postAtTime(Runnable r,long uptimeMillis):把一个Runnable入队到消息队列中,UI线程从消息队列中取出这个对象后,在特定的时间执行。
boolean postDelayed(Runnable r,long delayMillis):把一个Runnable入队到消息队列中,UI线程从消息队列中取出这个对象后,延迟delayMills秒执行
void removeCallbacks(Runnable r):从消息队列中移除一个Runnable对象。

下面通过一个Demo,讲解如何通过Handler的post方式在新启动的线程中修改UI组件的属性:

 1 package com.example.m03_threadtest01;
 2 
 3 import android.app.Activity;
 4 import android.os.Bundle;
 5 import android.os.Handler;
 6 import android.view.View;
 7 import android.widget.Button;
 8 import android.widget.TextView;
 9 
10 public class MainActivity extends Activity {
11     private Button btnMes1,btnMes2;
12     private TextView tvMessage;
13     // 声明一个Handler对象
14     private static Handler handler=new Handler();
15     
16     @Override
17     protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
18         super.onCreate(savedInstanceState);
19         setContentView(R.layout.activity_main);        
20         
21         btnMes1=(Button)findViewById(R.id.button1);
22         btnMes2=(Button)findViewById(R.id.button2);
23         tvMessage=(TextView)findViewById(R.id.TextView1);
24         btnMes1.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
25             
26             @Override
27             public void onClick(View v) {
28                 // 新启动一个子线程
29                 new Thread(new Runnable() {                    
30                     @Override
31                     public void run() {
32                         // tvMessage.setText("...");
33                         // 以上操作会报错,无法再子线程中访问UI组件,UI组件的属性必须在UI线程中访问
34                         // 使用post方式修改UI组件tvMessage的Text属性
35                         handler.post(new Runnable() {                    
36                             @Override
37                             public void run() {
38                                 tvMessage.setText("使用Handler.post在工作线程中发送一段执行到消息队列中,在主线程中执行。");                        
39                             }
40                         });                                
41                     }
42                 }).start();
43             }
44         });
45         
46         btnMes2.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
47             
48             @Override
49             public void onClick(View v) {
50                 new Thread(new Runnable() {                    
51                     @Override
52                     public void run() {
53                         // 使用postDelayed方式修改UI组件tvMessage的Text属性值
54                         // 并且延迟3S执行
55                         handler.postDelayed(new Runnable() {
56                             
57                             @Override
58                             public void run() {
59                                 tvMessage.setText("使用Handler.postDelayed在工作线程中发送一段执行到消息队列中,在主线程中延迟3S执行。");    
60                                 
61                             }
62                         }, 3000);                        
63                     }
64                 }).start();
65                 
66             }
67         });
68     }
69     
70 }

点击按钮,运行结果如下:

\\

有一点值得注意的是:对于Post方式而言,它其中Runnable对象的run()方法的代码(37行至39行或者58至61行),均运行在主线程上(虽然看上去是写在子线程当中的),如果我们在这段代码里打印日志输出线程的名字,会发现输出的是Main Thread的名字。所以对于这段代码而言,不能执行在UI线程上的操作,一样无法使用post方式执行,比如说访问网络。

我们现在来解释一下上面蓝色字体的那句话:

这个Runnable对象被放到了消息队列当中去了,然后主线程中的Looper(因为Handler是在主线程中生成的,所以Looper也在主线程中)将这个Runnable对象从消息队列中取出来,取出来之后,做了些什么呢?为什么在执行Pos的Runnable对象的run()方法时,不是重新开启一个线程呢?要了解这个过程,只能求助Android的源代码:

打开源码的目录sdk\sources\android-19\android\os,并找到Handler.java这个文件。找到post方法:

    public final boolean post(Runnable r)
    {
       return  sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);
    }

上方的代码中, 可以看到,post方法其实就一行代码(326行),里面调用了sendMessageDelayed()这个方法,里面有两个参数。先看一下第一个参数getPostMessage(r):(719行)

    private static Message getPostMessage(Runnable r) {
        Message m = Message.obtain();
        m.callback = r;
        return m;
    }

上方的代码中,将Runnable对象赋值给Message的callback属性。注:通过查看Message.java文件的源代码发现,callback属性是一个Runnable对象:(91行)

    /*package*/ Runnable callback;   

我们再来分析一下上方getPostMessage()这个方法,该方法完成了两个操作:

一是生成了一个Message对象,二是将r对象复制给Message对象的callback属性。返回的是一个Message对象。

再回到326行:

    public final boolean post(Runnable r)
    {
       return  sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);
    }

这行代码相当于:

public final boolean post(Runnable r)
{
    Message msg = getPostMessage(r);
    return sendMessage(msg);// //如果需要延时的话,这一行可以改为return sendMessageDelayed(msg,0);其中第二个参数改为具体的延时时间
}

现在应该好理解了:

第一个问题,如何把一个Runnable对象放到消息队列中:实际上是生成了一个Message对象,并将r赋值给Message对象的callback属性,然后再将Message对象放置到消息队列当中。

我们再看看一下Looper做了什么。打开Looper.java的dispatchMessage的方法:(136行)

            //一个Handler对应一个Looper对象,一个Looper对应一个MessageQueue对象,
            //使用Handler生成Message,所生成的Message对象的Target属性,就是该对象    
            //Message msg = handler.obtainMessage();
            //发送一个message对象
            //handler.sendMessage(msg);
            msg.target.dispatchMessage(msg);

这里面调用了dispatchMessage()方法,打开Handler.java的dispatchMessage()方法:(93至104行)

 1     /**
 2      * Handle system messages here.
 3      */
 4     public void dispatchMessage(Message msg) {
 5         if (msg.callback != null) {
 6             handleCallback(msg);
 7         } else {
 8             if (mCallback != null) {
 9                 if (mCallback.handleMessage(msg)) {
10                     return;
11                 }
12             }
13             handleMessage(msg);
14         }
15     }

上方第5行代码:因为这次已经给Message的callback属性赋值了,所以就不为空,直接执行这行代码。即执行handleCallBack()这个方法。打开handleCallBack()方法的源码:(732至734行)

    private static void handleCallback(Message message) {
        message.callback.run();
    }

看到这个方法,就真相大白了:message的callback属性直接调用了run()方法,而不是开启一个新的子线程。

现在可以明白了:

第二个问题: Looper取出了携带有r对象的Message对象以后,做的事情是:取出Message对象之后,调用了dispatchMessage()方法,然后判断Message的callback属性是否为空,此时的callback属性是有值的,所以执行了handleCallback(Message message),在该方法中执行了message.callback.run()。根据Java的线程知识,我们可以知道,如果直接调用Thread对象或者Runnable对象的run()方法,是不会开辟新线程的,而是在原有的线程中执行。

因为Looper是在主线程当中的,所以dispatchMessage()方法和handleMessage()方法也都是在主线程当中运行。所以post()里面的run方法也自然是在主线程当中运行的。 使用Post()方法的好处在于:避免了在主线程和子线程中将数据传来传去的麻烦。

四、Message:

Handler如果使用sendMessage的方式把消息入队到消息队列中,需要传递一个Message对象,而在Handler中,需要重写handleMessage()方法,用于获取工作线程传递过来的消息,此方法运行在UI线程上。

对于Message对象,一般并不推荐直接使用它的构造方法得到,而是建议通过使用Message.obtain()这个静态的方法或者Handler.obtainMessage()获取。Message.obtain()会从消息池中获取一个Message对象,如果消息池中是空的,才会使用构造方法实例化一个新Message,这样有利于消息资源的利用。并不需要担心消息池中的消息过多,它是有上限的,上限为10个。Handler.obtainMessage()具有多个重载方法,如果查看源码,会发现其实Handler.obtainMessage()在内部也是调用的Message.obtain()。

Handler中,与Message发送消息相关的方法有:

Message obtainMessage():获取一个Message对象。
boolean sendMessage():发送一个Message对象到消息队列中,并在UI线程取到消息后,立即执行。
boolean sendMessageDelayed():发送一个Message对象到消息队列中,在UI线程取到消息后,延迟执行。
boolean sendEmptyMessage(int what):发送一个空的Message对象到队列中,并在UI线程取到消息后,立即执行。
boolean sendEmptyMessageDelayed(int what,long delayMillis):发送一个空Message对象到消息队列中,在UI线程取到消息后,延迟执行。
void removeMessage():从消息队列中移除一个未响应的消息。

五、通过Handler实现线程间通信:

1、在Worker Thread发送消息,在MainThread中接收消息:

【实例】点击反扭,将下方的TextView的内容修改为“从网络中获取的数据”

\\

【实际意义】点击按钮时,程序访问服务器,服务器接到请求之后,会返回字符串结果,然后更新到程序。

完整版代码如下:

XML布局文件代码如下:



    

MainActivity.java代码如下:

 1 package com.example.test0207_handler;
 2 
 3 import android.app.Activity;
 4 import android.os.Bundle;
 5 import android.os.Handler;
 6 import android.os.Message;
 7 import android.view.Menu;
 8 import android.view.View;
 9 import android.view.View.OnClickListener;
10 import android.widget.Button;
11 import android.widget.TextView;
12 
13 public class MainActivity extends Activity {
14 
15     private TextView textView ; 
16     private Button button ;
17     private Handler handler ;
18     @Override
19     protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
20         super.onCreate(savedInstanceState);
21         setContentView(R.layout.activity_main);
22         
23         textView = (TextView)findViewById(R.id.TextViewId) ;
24         button = (Button)findViewById(R.id.ButtonId) ;    
25         
26         handler = new MyHandler() ;
27         
28         button.setOnClickListener(new ButtonListener()) ;
29         
30     }
31     //在MainAthread线程中接收数据,从而修改TextView的值
32     class MyHandler extends Handler {
33         @Override
34         public void handleMessage(Message msg) {
35             System.out.println("handleMessage--->"+Thread.currentThread().getName()) ;//得到当前线程的名字
36             String s = (String)msg.obj ;
37             textView.setText(s) ;
38         }
39         
40     }
41     //生成线程对象,让NetworkThread线程启动
42     class ButtonListener implements OnClickListener {
43         @Override        
44         public void onClick(View arg0) {
45             Thread t = new NetworkThread() ;
46             t.start();
47         }
48         
49     }
50     
51     //在Worker Thread线程中发送数据
52     class NetworkThread extends Thread {
53         @Override 
54         public void run(){
55             
56             System.out.println("network--->"+Thread.currentThread().getName()) ;//得到当前线程的名字
57             
58             //模拟访问网络:当线程运行时,首先休眠2秒钟
59             try {
60                 Thread.sleep(2*1000) ;
61             } catch (InterruptedException e) {
62                 e.printStackTrace();
63             }
64             //变量s的值,模拟从网络当中获取的数据
65             String s = "从网络中获取的数据" ;
66             //textView.setText(s) ; //这种做法是错误的,只有在Mainthread中才能操作UI            
67             
68             //开始发送消息
69             Message msg = handler.obtainMessage() ;    
70             msg.obj = s ;
71             handler.sendMessage(msg) ;//sendMessage()方法,在主线程或者Worker Thread线程中发送,都是可以的,都可以被取到
72         }
73     }    
74     
75     @Override
76     public boolean onCreateOptionsMenu(Menu menu) {
77         // Inflate the menu; this adds items to the action bar if it is present.
78         getMenuInflater().inflate(R.menu.main, menu);
79         return true;
80     }
81     
82 }

这段代码的结构,和最上面的第一章节是一样的。

上方代码中,我们在子线程中休眠2秒来模拟访问网络的操作。

65行:用字符串s表示从网络中获取的数据;70行:然后我们把这个字符串放在Message的obj属性当中发送出去,并在主线程中接收(36行)。

运行后结果如下:

\

点击按钮后结果如下:

\

\

点击按钮后,后台输出结果如下:

\

\

可以看到,子线程的名字是:Thread-1118,主线程的名字是:main。

2、在MainThread中发送消息,在Worker Thread中接收消息:

【实例】点击按钮,在在MainThread中发送消息,在Worker Thread中接收消息,并在后台打印输出。

【代码】完整版代码如下:

XML布局文件代码如下:

MainActivity.java代码如下:

 1 package com.example.m03_handle01;
 2 
 3 import android.app.Activity;
 4 import android.os.Bundle;
 5 import android.os.Handler;
 6 import android.os.Looper;
 7 import android.os.Message;
 8 import android.util.Log;
 9 import android.view.Menu;
10 import android.view.View;
11 import android.view.View.OnClickListener;
12 import android.widget.Button;
13 public class MainActivity extends Activity {
14     private Button button ;
15     private Handler handler ;
16     @Override
17     protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
18         super.onCreate(savedInstanceState);
19         setContentView(R.layout.activity_main);
20         
21         button = (Button)findViewById(R.id.ButtonId) ;
22         
23         //当用户点击按钮时,发送Message的对象msg
24         button.setOnClickListener(new OnClickListener() {  //使用匿名内部类为button绑定监听器
25             
26             @Override
27             public void onClick(View v) {
28                 Log.i("onClick:", Thread.currentThread().getName());
29                 Message msg = handler.obtainMessage() ;
30                 handler.sendMessage(msg) ;
31             }            

32         }) ;
33         
34         WorkerThread wt = new WorkerThread() ;
35         wt.start() ;
36     }
37 
38     //在WorkerThread生成handler
39     class WorkerThread extends  Thread {
40         @Override
41         public void run() {
42             //准备Looper对象
43             Looper.prepare() ;
44             //在WorkerThread当中生成一个Handler对象
45             handler = new Handler() {
46                 @Override
47                 public void handleMessage(Message msg) {
48                     Log.i("handleMessage:", Thread.currentThread().getName());
49                     Log.i("后台输出", "收到了消息对象");
50                 }
51             };
52             //调用Looper的loop()方法之后,Looper对象将不断地从消息队列当中取出对象,然后调用handler的handleMessage()方法,处理该消息对象
53             //如果消息队列中没有对象,则该线程阻塞
54             Looper.loop() ;   //通过Looper对象将消息取出来
55         }
56         
57     }
58     
59     
60     @Override
61     public boolean onCreateOptionsMenu(Menu menu) {
62         // Inflate the menu; this adds items to the action bar if it is present.
63         getMenuInflater().inflate(R.menu.main, menu);
64         return true;
65     }
66     
67 }

上方的第42行至54行代码:这是MainThread中发送消息,在Worker Thread中接收消息的固定写法。上面的三个步骤再重复一下:

  • 准备Looper对象
  • 在WorkerThread当中生成一个Handler对象
  • 调用Looper的loop()方法之后,Looper对象将不断地从消息队列当中取出对象,然后调用handler的handleMessage()方法,处理该消息对象;如果消息队列中没有对象,则该线程阻塞

注意,此时handleMessage()方法是在Worker Thread中运行的。

运行程序后,当我们点击按钮,就会在后台输出“收到了消息对象”这句话:

\

小小地总结一下:

首先执行Looper的prepare()方法,这个方法有两个作用:一是生成Looper对象,而是把Looper对象和当前线程对象形成键值对(线程为键),存放在ThreadLocal当中,然后生成handler对象,调用Looper的myLooper()方法,得到与Handler所对应的Looper对象,这样的话,handler、looper 、消息队列就形成了一一对应的关系,然后执行上面的第三个步骤,即Looper在消息队列当中循环的取数据。

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