Android的消息处理机制(图+源码分析)——Looper,Handler,Message

2023-10-29

百度二面的时候,觉得自己源码分析太差,没有深入。面试官估计觉得我很不爽。恩,来吧。自己结合这篇文章,基本上把android消息机制给弄清楚了。

http://www.androidzz.com/2011/09/android-looper-handler-message/

作为一个大三的预备程序员,我学习android的一大乐趣是可以通过源码学习google大牛们的设计思想。android源码中包含了大量的设计模式,除此以外,android sdk还精心为我们设计了各种helper类,对于和我一样渴望水平得到进阶的人来说,都太值得一读了。这不,前几天为了了解android的消息处理机制,我看了Looper,Handler,Message这几个类的源码,结果又一次被googler的设计震撼了,特与大家分享。

android的消息处理有三个核心类:Looper,Handler和Message。其实还有一个Message Queue(消息队列),但是MQ被封装到Looper里面了,我们不会直接与MQ打交道,因此我没将其作为核心类。下面一一介绍:

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),我们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:

    public class LooperThread extends Thread {  
        @Override  
        public void run() {  
            // 将当前线程初始化为Looper线程  
            Looper.prepare();  
      
            // ...其他处理,如实例化handler  
      
            // 开始循环处理消息队列  
            Looper.loop();  
        }  
    }  

通过上面两行核心代码,你的线程就升级为Looper线程了!!!是不是很神奇?让我们放慢镜头,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。
    public class Looper {  
        // 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  
        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  
    }  

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。如果你还不清楚什么是ThreadLocal,请参考 《理解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:
    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  
      
          // 这两行没看懂= = 不过不影响理解  
          Binder.clearCallingIdentity();  
          final long ident = Binder.clearCallingIdentity();  
          // 开始循环  
          while (true) {  
              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);  
      
                  // 下面没看懂,同样不影响理解  
                  final long 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:

    public static final 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:
    public void 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!(掌声~~~)

异步处理大师 Handler

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,不过这也是可以set的。默认的构造方法:

    public class handler {  
      
        final MessageQueue mQueue;  // 关联的MQ  
        final Looper mLooper;  // 关联的looper  
        final Callback mCallback;  
        // 其他属性  
      
        public Handler() {  
            // 没看懂,直接略过,,,  
            if (FIND_POTENTIAL_LEAKS) {  
                final Class<? extends Handler> 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) {  
                throw new RuntimeException(  
                    "Can'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:
    public class LooperThread extends Thread {  
        private Handler handler1;  
        private Handler handler2;  
      
        @Override  
        public void 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();  
        }  
    }  

加入handler后的效果如下图:

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)和 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  
    public final boolean post(Runnable r)  
    {  
       // 注意getPostMessage(r)将runnable封装成message  
       return  sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);  
    }  
      
    private final 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;  
    }  
      
    public boolean 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;  
    }  

其他方法就不罗列了,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(Message msg)与钩子方法handleMessage(Message msg)完成的,见源码

    // 处理消息,该方法由looper调用  
    public void 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。见http://alex-yang-xiansoftware-com.iteye.com/blog/850865 */  
                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  
    private final void handleCallback(Message message) {  
        message.callback.run();  //直接调用run方法!  
    }  
    // 由子类实现的钩子方法  
    public void handleMessage(Message msg) {  
    }  

可以看到,除了handleMessage(Message msg)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

我在小标题中将handler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:

    public class TestDriverActivity extends Activity {  
        private TextView textview;  
      
        @Override  
        protected void 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();  
        }  
      
        public void appendText(String msg) {  
            textview.setText(textview.getText() + "\n" + msg);  
        }  
      
        class MyHandler extends Handler {  
            @Override  
            public void handleMessage(Message msg) {  
                String result = msg.getData().getString("message");  
                // 更新UI  
                appendText(result);  
            }  
        }  
    }  

    public class SampleTask implements Runnable {  
        private static final String TAG = SampleTask.class.getSimpleName();  
        Handler handler;  
      
        public SampleTask(Handler handler) {  
            super();  
            this.handler = handler;  
        }  
      
        @Override  
        public void 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模式。请参考此文《Android Guts: Intro to Loopers and Handlers》

封装任务 Message

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,这里不做总结了。但是有这么几点需要注意(待补充):

1.尽管Message有public的默认构造方法,但是你应该通过Message.obtain()来从消息池中获得空消息对象,以节省资源。

2.如果你的message只需要携带简单的int信息,请优先使用Message.arg1和Message.arg2来传递信息,这比用Bundle更省内存

3.擅用message.what来标识信息,以便用不同方式处理message。

(完) PS:写了好久啊,觉得还不错的话给个推荐哦亲


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