Android学习笔记15 多线程编程之Handler异步消息处

2016-07-25 本文已影响1311人 RumbleTsc

异步消息处理机制，Android开发中必须要掌握的内容。作为面试中经常会提问的知识点，同时也是开发中经常要打交道的部分，我们必须要对它透彻地研究，明白实现原理，熟悉整个流程，以及Handler、Message、Looper等不同角色之间的关系。下面是自己对于这部分的学习总结。

一、背景介绍
二、异步消息处理机制概述
三、示例与解析
四、Handler详解
五、Message与MessageQueue详解
六、Looper详解
七、异步消息处理机制总结

一、背景介绍

这部分是背景介绍，我们用过Handler，用过Message，可能了解过Looper等等，但是Android为什么要有这一套异步消息处理机制？

当一个应用启动时，如果它没有其它组件在运行的话，Android系统会为这个应用创建一个Linux进程，进程里有一个执行线程（这个执行线程叫主线程，也称为UI线程）。默认情况下，同一个应用的所有组件都运行在相同的进程和线程里。

系统绝对不会为一个组件的实例创建单独的线程。运行于同一进程的所有组件均在 UI 线程中实例化，并且对每个组件的系统调用均由该线程进行分发。因此，响应系统回调的方法（例如，报告用户操作的 onKeyDown()方法或生命周期回调方法）始终在进程的 UI 线程中运行。

Android 的单线程模式有两个务必要遵守的原则，一是不要阻塞 UI 线程，二是不要在 UI 线程之外访问Android这些界面UI元素。

到这里，我们应该初步了解了什么是UI线程，Android的单线程模式。但是，在开发过程中我们可能会有这样的需要，想要联网获取数据，然后将数据显示到界面上，因为联网获取数据是个比较耗时的任务，为了不阻塞UI线程，我们需要创建一个新的线程来进行数据获取，但是这样就会造成数据获取到的时候不是在UI线程里的，我们不能直接在非UI线程里更新界面，所以要把数据发送到UI线程里。怎么发送呢？这时，异步消息处理机制就出现了。

二、异步消息处理机制概述

想要搞清楚异步消息处理机制，我们必须要搞清楚它的几个关键知识点之间的关系，包括Handler、Message、MessageQueue、Looper。

下面先对整个流程总体上有个把握。我们以上面提到的联网获取数据的需求为例。

首先，我们想要联网获取数据，考虑到联网获取数据可能是个耗时的任务，我们需要开启一个新的线程，在其中完成操作。开启线程的方法有好几种，但是经常使用的是先定义一个实现接口Runable的类，然后在方法run()里访问网络数据，最后在需要的地方实例化Thread对象，传入之前定义的类的实例，调用方法start()来开启线程。

上一步我们在run方法里访问网络，获取到数据后需要把它发送到UI线程里。怎么发送，在创建线程之前，我们先实例化一个Handler。这样在run方法里我们可以通过实例化的Handler把数据发送到UI线程里，数据在发送过程中要用Message作为载体。

Handler，直接翻译就是处理器，它可以发送Message，也可以处理Message。在UI线程里实例化Handler，然后可以利用它把非UI线程里的Message发送到Message Queue里，之后它可以对从Message Queue里出来的消息进行处理。

Looper，在平时的使用中我们一般会与Handler、Message打交道比较多，但是Looper是背后运行不可或缺的一个部分，它的作用主要是不断从MessageQueue中取出Message，分发给Handler，让Handler处理。

三、示例与解析

下面看一个例子，可以很直观地了解Handler和Message的用法。

实例化Handler。重写handleMessage()方法完成对消息的处理。

Handler实例化
创建线程。这里实现run方法，网络请求如果不熟悉可以暂时忽略，重点看画出来的部分，获取到数据后先实例化好Message 最后通过Handler的sendMessage方法发送。

Paste_Image.png
开启线程

开启线程

四、Handler详解

1、概述

前面已经提到，Handler可以译为处理器，它的主要作用有两个，一是定时执行Message和Runnable，二是让一个执行动作进入队列，在另外的线程里执行。

Handler允许我们发送和处理与线程的相关的Message以及Runnable对象。每个Handler实例都关联着一个单线程，同时也关联着那个线程的消息队列。当我们创建一个新的Handler时，它就与创建它的线程以及线程的消息队列相关联，也就是说，它将会传递Message和Runnable给MessageQueue，并在它们从MessageQueue出来时执行它们。

2、用法

Handler的第一个作用是定时执行Message和Runnable，常用方法：

方法	简介
handleMessage(Message)	对接收到的消息进行处理
post(Runnable)	让Runnable对象入队
postAtTime(Runnable, long)	指定的时间入队
postDelayed(Runnable, long)	延长指定的时间入队
sendEmptyMessage(int)	发送只有标识的消息
sendMessage(Message)	发送消息
sendMessageAtTime(Message, long)	指定的时间发送消息
sendMessageDelayed(Message, long)	延长指定的时间发送消息

handleMessage方法主要用于处理消息，我们创建Handler时通常重写此方法。

post系列的方法允许我们对Runnable对象执行入队操作（当它们被接收到的时候进入MessageQueue）。
sendMessage系列方法允许我们对Message对象执行入队操作，Message对象包含数据，这些数据将会在Handler的handleMessage(Message)方法中被处理。

五、Message与MessageQueue详解

1、Message

我们在新的线程里获取到数据时，首先把数据给封装到Message里，再利用Handler来发送。Message是一个可以被发送给Handler，包含标识和数据的对象。Message对象包含两个额外的int类型变量和一个额外的对象，利用它们大多数情况下我们不用再做内存分配相关工作。实例化Message最好的方法是调用Message.obtain()或Handler.obtainMessage()，因为这两个方法是从一个可回收利用的对象池中获取Message的。

2、MessageQueue

MessageQueue就是Looper分发的Message集合，Message不是直接添加到MessageQueue中的，而是通过与Looper关联的Handler对象来完成的。我们可以使用方法Looper.myQueue()来获取当前线程的MessageQueue。

六、Looper详解

Looper，就是用于运行一个线程的消息队列的类。默认情况下线程没有关联的消息队列，可以通过调用方法prepare()来创建队列，然后调用loop()来不断分发消息直到都处理完。下面可以看看Looper类解析。

首先是构造函数。可以看到Looper初始化时创建了一个消息队列，MessageQueue，同时关联了当前线程。

Looper的构造函数

之后是prepare()方法。
这里我们重点关注一下，ThreadLocal类，它是一个线程内部的数据存储类，通过它可以在指定的线程中存储数据，数据存储以后，只有在指定线程中可以获取到存储的数据，对于其它线程来说无法获取到数据。
prepare方法主要是先判断是否已经有Looper实例，如果有就抛出错误，如果没有就实例化Looper并存储。

Looper的prepare()方法

最后我们看下loop()函数。这个函数主要是不断地从消息队列中取出消息，并分发给消息关联的Handler。可以看到，方法内部先获取Looper实例，再获取消息队列，之后是个死循环，不断从队列中取出消息并分发给Message的target，即Handler。

Looper的loop()方法

七、异步消息处理机制总结

综合上面的内容，相信大家对整个机制已经了解的差不多了。最后我们以Android开发艺术探索作者任玉刚的一段话作总结。

异步消息处理机制主要是指Handler的运行机制，Handler的运行需要底层的MessageQueue和Looper的支撑。

MessageQueue的中文翻译是消息队列，顾名思义它的内部存储了一组消息，其以队列的形式对外提供插入和删除的工作，虽然叫做消息队列，但是它的内部存储结构并不是真正的队列，而是采用单链表的数据结构来存储消息列表。

Looper的中文翻译为循环，在这里可以理解为消息循环，由于MessageQueue只是一个消息的存储单元，它不能去处理消息，而Looper就填补了这个功能，Looper会以无限循环的形式去查找是否有新消息，如果有的话就处理消息，否则就一直等待着。

Looper中还有一个特殊的概念，那就是ThreadLocal，ThreadLocal并不是线程，它的作用是可以在每个线程中存储数据。大家知道，Handler创建的时候会采用当前线程的Looper来构造消息循环系统，那么Handler内部如何获取到当前线程的Looper呢？这就要使用ThreadLocal了，ThreadLocal可以在不同的线程之中互不干扰地存储并提供数据，通过ThreadLocal可以轻松获取每个线程的Looper。

当然需要注意的是，线程是默认没有Looper的，如果需要使用Handler就必须为线程创建Looper。大家经常提到的主线程，也叫UI线程，它就是ActivityThread，ActivityThread被创建时就会初始化Looper，这也是在主线程中默认可以使用Handler的原因。