Android消息机制

Posted 2020-07-06 Porsche520

每一个android应用在启动的时候都会创建一个线程，这个线程被称为主线程或者UI线程，Android应用的所有操作默认都会运行在这个线程中。
但是当我们想要进行数据请求，图片下载，或者其他耗时操作时，是不可能在这个UI线程做的，因为Android在3.0以后的版本已经禁止了这件事情，直接抛出一个异常。所以我们需要一个子线程来处理那些除UI操作的事情。
但是这个又会有一个问题，我们只能在UI线程进程UI操作，只能在子线程进行耗时操作，如果我们需要在耗时操作结束后在Android界面上显示一个View，我们应该怎么做？我们是不可能在子线程直接刷新UI的。这时我们需要用到Android的消息机制，来实现主线程和子线程的通信。简单来说，就是子线程获取到数据之后，不直接进行UI更新，而是把数据装到消息中发送到主线程，主线程中有一个循环轮询会立即收到子线程发过来的信息，然后拿到消息数据后在主线程更新UI 。说起来比较简单，我们来仔细的看一下具体是怎么说的。

处理消息的手段——Handler, Looper, MessageQueue

Handler

我们先讲解一下Handler,Handler顾名思义就是处理者，通常对他的用法是在UI线程中新建一个Handler，并覆写他的handleMessage, 然后再耗时的线程中将消息post给UI线程，例子如下：

class MyHandler extends Handler{
    @Override
    public void handleMessage(Message msg){
    //更新UI
    }
}

MyHandler mHandler = new MyHandler();
new Thread(){
    public void run(){
        mHandler.sendEmptyMessage(123);
    };
}.start();

这里规定了Handler必须在主线程创建，因为只有在UI线程创建才会让Handler关联到已有的MessageQueue。而MessageQueue被封装到Looper中，而Looper又通过ThreadLocal封装到一个线程中，最后相当于MessageQueue关联了一个线程。所以简单来说就是Handler将消息投递到一个关联了线程的MessageQueue中，然后Handler在从MessageQueue中取出消息，并且处理它。
我们看一下Handler的2个常用的方法

void handleMessage(Message msg) : 处理消息的方法
final boolean sendMessage(Message msg) : 立即发送消息

第一个方法 我们通常在UI线程中执行,一般用来刷新UI，至于如果创建了一个非静态内部类产生对内存泄漏，建议参考这篇博客Handler引发的内存泄漏.第二个方法我们通常在子线程中执行，需要一个Handler的实例化对象，通常是由主线程去去传递给子线程。并且需要一个Message对象，指定他的msg.what作为消息的标示，但是如果我们只是用Handler去处理一个消息的时候，选择post方法是个更好的选择，例子如下：

private Handler mHandler = new Handler();

new Thread(new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        mHandler.post(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                //UI操作
                ...
            }
        });
    }
}).start();

下面我们接着讨论下消息的循环队列MessageQueue与包装他的Looper循环

Looper和MessageQueue

上面提到了在UI线程中创建并实例化Handler对象不需要Looper和MessageQueue,因为我们的应用在启动的时候先执行了ActivityThreadMain，在这个方法就是Java语言运行的入口public static void main(String [] args) 在这里面创建了一个MainLooper，创建的过程如下：

public static void main(string[] args){
    //初始化
    Looper.prepareMainLooper();
    ActivityThread thread = new ActivityThread();
    thread.attach(false);
    if(sMainThreadHandler == null){
        sMainThreadHandler = thread.getHandler();
    }
    AsyncTask.init();
    //动起来
    Looper.loop();
}

这里面并没有MessageQueue的出现，我们可以看一看Looper类的源码，来了解在初始化的时候发生了什么有趣的事情。

public class Looper {
    private static final 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() {
        mQueue = new MessageQueue();
        mRun = true;
        mThread = Thread.currentThread();
    }
    // 我们调用该方法会在调用线程的TLS中创建Looper对象
    public static final void prepare() {
        if (sThreadLocal.get() != null) {
            // 试图在有Looper的线程中再次创建Looper将抛出异常
            throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
        }
        sThreadLocal.set(new Looper());
    }
    // 其他方法
}

我们一行行的看这段代码，首先是实例化一个ThreadLocal对象，这个用来实现Looper循环的本地化存储，关于ThreadLocal可以看这篇文章为什么用ThreadLocal,简而言之就是当多个线程同时访问Looper对象的时候，我们不用synchronized同步机制来处理他，而是为每个线程创建一个自己的Looper副本，A线程改变了A的looper副本，不影响B线程的Looper，从而比较高效的实现线程安全。后面几句依次定义了MessageQueue,并对Looper进行了私有化构造，在prepare方法中将Looper对象设置给了sThreadLocal这样MessageQueue包装在了Looper对象中，同时通过ThreadLocal使得线程和Looper关联上，从而消息队列与线程关联上，并且不同的线程就不能访问对方的消息队列。
如下图所示：

接着就是Looper.loop 循环执行起来，我们看一下，在loop方法里面执行了发生了什么事情

public static final void loop() {
        Looper me = myLooper();  //得到当前线程Looper
        MessageQueue queue = me.mQueue;  //得到当前looper的MQ
        
        while (true) {
            Message msg = queue.next(); // 取出message
            if (msg != null) {
                if (msg.target == null) {
                     return;
                }
              
                msg.target.dispatchMessage(msg);
               
                msg.recycle();
            }
        }
    }

这是省略版的代码，我们从这里看出无限循环执行，首先从消息队列中不断取出消息，然后不断msg是否为空，msg.target是否为空，不空的话，执行dispatchMessage方法，这个方法是handler的一个方法，由此我们可以看出msg.target是handler的类型，至此，通过Looper.prepare和Loop.loop实现了MessageQueue,Looper，Handler三者之间的关联。而Handler与Looper，和MessageQueue关联则是在Handler的默认构造器中，通过Looper.getLooper获取loop对象，从而获取MessageQueue，其源码如下：

public Handler(){
    //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
    mLooper = Looper.myLooper();
    mQueue = mLooper.mQueue;
    mCallback = null;
}

然后我们的流程图可以多些内容，如下所示：

我们接下来看一下dispatchMessage() 方法，在该方法中实际上只是一个分发方法，如果Runable类型的callback为空，则执行handlerMessage来处理消息，该方法为空，需要覆写。如果不为空，则执行handleCallback。实际上，如果我们用handle的post方法，则就执行了callback，如果用sendMessage，则就执行了handleMessage
这里无论是post(Runnable callback)还是handlerMessage实际上都是在调用一个方法sendMessageDelayed(Message msg) 只不过handlerMessage是直接接受一个参数，而Runable callback实际上是将这个Runable对象赋给了Message对象的callback成员变量，最后将Message对象插入消息队列里面。最后Looper不断从MessageQueue中读取消息，并且调用Handler的dispatchMessage消息，在根据callback是否为空，来采用不同的方法执行。Android消息机制分析到此结束。

回到最开始

我们这次知道了为什么要在主线程中实例化Handler对象才能更新UI刷新，因为只有发送到UI线程的消息，才能被UI线程的handler处理，如果我们要在非UI线程中，实例化Handler，则必须先将线程变成LooperThread，在实例化。也就是说执行如下的代码：

Loop.prepare();
hander = new Handler;
Loop.loop

至于原因相信读完上面的讲解，应该知道。
现在我们看一下我们最开始的代码，最后脑补一下Handler的工作流程。

class MyHandler extends Handler{
    @Override
    public void handleMessage(Message msg){
    //更新UI
    }
}

MyHandler mHandler = new MyHandler();
new Thread(){
    public void run(){
        mHandler.sendEmptyMessage(123);
    };
}.start();

在Handler实例化成mHandler的时候，系统通过Handler默认的构造函数完成了Handler与Looper的关联，并通过Looper关联到了MessageQueue。而主线程的Looper则早在系统启动的时候通过Loop.prepare就已经构造完成了，并与UI线程通过ThreadLocal关联起来，然后在新的线程中执行mHandler.sendEmptyMessage,将Message发送给了MessageQueue,Looper.loop在循环的时候，不断取出message,交给Handler处理，在我们覆写的HandleMessage中，识别出我们发送的消息，将消息处理。当然这里只是一个Empty消息，所以在handleMessage中没有去执行msg.what的判断。