Android多线程通信机制

2023-07-16 19:25:27

掌握Android的多线程通信机制，我们首先应该掌握Android中进程与线程是什么。
###1. 进程
在Android中，一个应用程序就是一个独立的进程（应用运行在一个独立的环境中，可以避免其他应用程序/进程的干扰）。一般来说，当我们启动一个应用程序时，系统会创建一个进程（从Zygote中fork出来的，这个进程会有独立的ID），并为这个进程创建一个主线程（UI线程），然后就可以运行MainActivity了，应用程序的组件默认都是运行在它的进程中，但我们可以通过指定应用的组件（四大组件）的运行进程:`android:process`来让组件运行在不同的进程中；让组件运行在不同的进程中，会带来好处，也会带来坏处：

好处是：因为每一个应用程序（也就是每一个进程）都会有一个内存预算，所有运行在这个这个进程中的程序使用的总内存不能超过这个值，让组件运行不同的进程中，可以让主进程可以拥有更多的空间资源。
坏处是：每个进程都会有自己的虚拟机实例,因此让在进程间共享一些数据变得困难；（当然，我们可以采用多进程间的通信来实现数据的共享）

当我们的应用程序比较大，需要的内存资源比较多时（也就是用户会抱怨应用经常出现OutOfMemory时），可以考虑使用多进程

2. 线程

在Java中，线程会有那么几种状态：创建，就绪，运行，阻塞，死亡。当应用程序有组件在运行时，UI线程是处于运行状态的。默认情况下，应用的所有组件的操作都是在UI线程里完成的，包括响应用户的操作（触摸，点击等），组件生命周期方法的调用，UI的更新等。因此如果UI线程处理阻塞状态时(在线程里做一些耗时的操作，如网络连接等)，就会不能响应各种操作，如果阻塞时间达到5秒，就会让程序处于ANR（application not response）状态，这时用户就可能退出你的应用甚至卸载你的应用，这是我们不能接受的。 这时，有人就会说，我们在其他线程中更新UI不就可以了吗，就不会导致UI线程处于阻塞状态了。但答案是否定的。

因为Android的UI线程是非线程安全的，应用更新UI，是调用invalidate()方法来实现界面的重绘，而invalidate()方法是非线程安全的，也就是说当我们在非UI线程来更新UI时，可能会有其他的线程或UI线程也在更新UI，这就会导致界面更新的不同步。因此我们不能在非UI主线程中做更新UI的操作。也就是说我们在使用Android中的线程时，要保证：

不能阻塞UI主线程，也就是不能在UI主线程中做耗时的操作，如网络连接，文件的IO；
只能在UI主线程中做更新UI的操作；

在Android中，我们把除UI线程外的，其他所有的线程都叫做工作线程，也就是说Android只会存在两种线程：UI主线程(UI thread)和工作线程(work thread).我们不能在UI主线程中做耗时的操作，因此我们可以把耗时的操作放在另一个工作线程中去做。操作完成后，再通知UI主线程做出相应的响应。这就需要掌握线程间通信的方式了。在Android中提供了两种线程间的通信方式：一种是AsyncTask机制，另一种是Handler机制；

2.1 Android线程间通信方式之AsyncTask机制

AsyncTask，异步任务，也就是说在UI线程运行的时候，可以在后台的执行一些异步的操作；AsyncTask可以很容易且正确地使用UI线程，AsyncTask允许进行后台操作，并在不显示使用工作线程或Handler机制的情况下，将结果反馈给UI线程。但是AsyncTask只能用于短时间的操作（最多几秒就应该结束的操作），如果需要长时间运行在后台，就不适合使用AsyncTask了，只能去使用Java提供的其他API来实现。

2.1.1 AsyncTask的使用

AsyncTask只能通过继承来使用，如：

 private class DownloadFilesTask extends AsyncTask<URL, Integer, Long> {   //处理异步任务的方法，是在工作线程中执行的,必须实现这个方法

     protected Long doInBackground(URL... urls) {

         int count = urls.length;

         long totalSize = 0;

         for (int i = 0; i < count; i++) {

             totalSize += Downloader.downloadFile(urls[i]);

             publishProgress((int) ((i / (float) count) * 100));

             // Escape early if cancel() is called

             if (isCancelled()) break;

         }

         return totalSize;

     }

    //更新后台任务的完成进度，可随时向UI线程反馈执行进度，方法是在UI线程中执行的

     protected void onProgressUpdate(Integer... progress) {

         setProgressPercent(progress[0]);

     }

    //任务的最终结果，这个方法是在UI线程中执行的，

     protected void onPostExecute(Long result) {

         showDialog("Downloaded " + result + " bytes");

     }

 }

AsyncTask的几个参数，AsyncTask　<Params, Progress, Result>：

Params..要执行的任务的参数类型；
Progress，在后台执行的任务的进度；
Results，后台执行的任务的最后结果；

当一个AsyncTask任务执行时，它会经历四个步骤：

1. onPreExecute()，在任务执行前调用，用来做一些UI的初始化工作，在UI线程中执行，如执行一个AsyncTask的下载任务时，初始化类似“正在下载中”的窗口；

2. doInBackground(Params...),在后台执行任务，是在工作线程中进行的；

3. onProgressUpdate(Progress...)，更新正在后台执行任务的进度，在UI线程中工作，可用来向通知用户任务现在的完成进度（可更新UI），在调用这个方法前，需要在第2个步骤里调用 publishProgress(Progress...)将进度传递给这个方法；

4. onPostExecute(Result)，在后台任务完成后，会将结果返回给这个方法，在UI线程中调用，可以更新UI；

在使用AsyncTask的时候，需要注意的地方：

AsyncTask类必须在UI线程中加载，这在在Android Jelly_Bean版本后这些都是自动完成的；
AsyncTask类必须在UI线程中实例化；
不要手动去调用 onPreExecute(),doInBackground(Params...),publishProgress(Progress...),onPostExecute(Result)方法，这些方法都会由系统自动去调用。
execute(Params...)方法必须在UIt线程中调用，如在UI线程中执行这个语句：new DownloadFilesTask().execute(url1, url2, url3);我们不需要做其他的工作，这个下载任务就会自动在后台执行了，并且AsynacTask任务只能执行一次；

2.2 Android线程间通信方式之Handler机制；

 使用Handler机制，也就是通过使用Handler，Looper，MessageQueue，和Message这几个类协调来完成。我们先来看使用Handler机制完成线程间通信的原理，然后再详细介绍这几个类；先看一下这几个类的作用：

Handler，发送和处理Message对象和Runnable对象；
Looper，用于从MessageQueue中取出消息(Message)对象，并发送给Handler处理；
MessageQueue，消息队列，用于存放通过Handler发布的消息；
Message，消息的类型，里面包含几个实例对象：
what，用户定义的int型消息代码，用来描述消息；
obj，随消息发送的用户用户指定对象；
target，处理消息的Handler;

一个Handler对象仅与一个Looper相关联，一个Message也仅与一个目标Handler对象相关联，一个Looper对象拥有一个MessageQueue。但多个不同的Handler对象可以与同一个对象相关联，也就是说多个Handler可以共享一个MessageQueue，从而达到消息共享的目的，这也是Android通过Handler机制实现多线程间通信的核心原理；

上面说到Handler对象仅与一个Looper相关联，那么这个关联是什么时候实现的呢？答案是：Handler对象创建的时候。UI主线程在创建的时候就会拥有一个handler对象和一个Looper对象（工作线程需要自己调用Looper.prepare()来创建一个Looper对象），然后任何在UI主线程中创建的Handler对象默认都会与UI主线程的Looper对象相关联（Handler对象创建的时候，会与这个线程的Looper对象相关联）。进而我们就可以把在UI主线程中创建的Handler对象传递给（依赖注入或引用形式）工作线程，那么在工作线程中用这个Handler对象处理的消息就是在UI主线程的MessageQueue中处理的，从而达到线程间通信的目的。

了解了使用Handler机制来实现Android线程间异步通信的原理，下面我们再来详细了解下这四个核心类；

2.2.1 Handler

Handler，继承自Object类，用来发送和处理Message对象或Runnable对象；Handler在创建时会与当前所在的线程的Looper对象相关联(如果当前线程的Looper为空或不存在，则会抛出异常，此时需要在线程中主动调用Looper.prepare()来创建一个Looper对象)。使用Handler的主要作用就是在后面的过程中发送和处理Message对象和让其他的线程完成某一个动作（如在工作线程中通过Handler对象发送一个Message对象，让UI线程进行UI的更新，然后UI线程就会在MessageQueue中得到这个Message对象（取出Message对象是由其相关联的Looper对象完成的），并作出相应的响应）。

Handler用post体系来完成发送Runnable对象的工作，用sendMessage体系来完成发送Message对象的工作；

post体系,允许把一个Runnable对象发送到消息队列中，它的方法有：post(Runnable),postDelayed(Runnable,long),postAtTime(Runnable,long)；
sendMessage体系,把Message对象发送给消息队列，它的方法有：sendEmptyMessage(int),sendMessage(Message),sendMessageDelayed(Message,long),sendMessageAtTime(Message,long);

如果Handler是通过post体系将Runnable对象发送到MessageQueue队列中，则这个Runnable对象的run()方法是运行在Handler对象创建时所在线程；

如果Handler是通过sendMessage体系将Message发送到MessageQueue中，则需要重写handleMessage()方法来获取工作线程传递过来的Message对象，handleMessage()方法是工作在Handler对象建立时所在的线程的（一般我们会在UI线程中建立Handler对象，然后传递给子线程，此时这个Handler对象的handleMessage()方法就是运行在UI主线程中的）；

2.2.2 Message

Message用来定义一个包含任意数据的消息对象，这个消息对象是可以被发送给Handler处理的。我们最好通过Message.obtain()和Handler.obtatinMessage()来得到一个Message对象（通过这两个方法得到的对象是从对象回收池中得到，也就是说是复用已经处理完的Message对象，而不是重新生成一个新对象），如果通过Message的构造方法得到一个Message对象，则这个Message对象是重新生成的（不建议使用这种方法）。

Message对象用来封装需要传递的消息，Message的数据结构为：

Message{

int arg1;//如果我们只需要存储一些简单的Integer数据，则可通过设置这个属性来传递

int agr2;//使用同arg1

Object obj; //设置需要发送给接收方的对象,这个对象需要实现序列化接口

int what; //描述这个消息的标识；

//设置与这个消息对应的任意数据，这个数据是用Bundle封装的；

void setData(Bundle data);

Bundle getData(); 得到与这个消息对应的数据信息;

//省略了方法和可选的属性

......

如果需要通过Message对象传递一些比较复杂的数据，则需要使用将数据封装成Bundle对象，然后通过setData(Bundle)方法来传递，用getData()来得到与这个消息对应的数据(这方法与设置Message的Object 属性作用相同);

2.2.3 MessageQueue

MessageQueue保存由Looper调度的消息列表，消息通过与Looper相关联的Handler对象添加进MessageQueue。

2.2.4 Looper

Looper为线程运行一个消息的循环队列，主要就是为了完成MessageQueue与Handler交互的功能；需要注意的是线程默认并不会给我们提供一个一个Looper实例来管理消息队列，我们需要在线程中主动调用Looper.prepare()方法来实例化一个Looper对象，用于管理消息队列；Looper对象会不断去判断MessageQueue是否为空，如果不空，则将Message取出给相应的Handler进行处理；如果MessageQueue为空，则Looper对象会进行阻塞状态，直到有新的消息进入MessageQueue；

其实，说白了，Android中通过Handler机制来异步处理多线程间的通信就是多个线程间共享一个MessageQueue，工作线程将消息发送到MessageQueue，然后UI线程或其他工作线程在MessageQueue在取出消息，进行相应的处理；

参考：

http://www.cnblogs.com/plokmju/p/android_handler.html

Google官方文档

码农公寓