我理解的Hanlder--android消息传递机制

2022-04-30 19:24:36

　　每一个学习Android的同学都会觉得Handler是一个神奇的东西，我也一样，开始我以为我懂了Handler的机制，后来发现自己是一知半解，昨天想想，我能否自己实现一个Handler，让子线程与ActivityUI线程通信，如果能够自己实现一个Handler，那必然是对Handler的消息传递机制理解渗透了。

一、引入

　　Android的UI是单线程控制的，实际上，成功的UI框架都是基于单线程的，多线程的UI框架往往因为解决并发和死锁的艰难而胎死腹中。只有UI线程能控制界面控件，但我们总是希望子线程的数据能更新到UI上，于是就有了Handler，它帮助我们实现了非UI线程向UI线程之间的通信，Handler的使用非常简单。

　　一个简单的示例，让一个TextView动态显示秒数：　　

 1 public class MainActivity extends Activity {
 2     private static final int UPDATE_TAG = 0x01;
 3     private TextView textView;
 4 
 5     @Override
 6     protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
 7         super.onCreate(savedInstanceState);
 8         setContentView(R.layout.activity_main);
 9         textView = (TextView) findViewById(R.id.textview);
10         // 启动一个线程
11         new Thread(new Runnable() {
12 
13             @Override
14             public void run() {
15                 int count = 1;
16                 while (true) {
17                     // 发送计数值到handler
18                     mHandler.obtainMessage(UPDATE_TAG, String.valueOf(count))
19                             .sendToTarget();
20                     try {
21                         TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
22                     } catch (InterruptedException e) {
23                         e.printStackTrace();
24                     }
25                 }
26             }
27 
28         }).start();
29     }
30 
31     public Handler mHandler = new Handler() {
32         public void handleMessage(Message msg) {
33             switch (msg.what) {
34             case UPDATE_TAG:
35                 // 显示计数值
36                 textView.setText((String)msg.obj);
37                 break;
38             }
39         }
40     };
41 }

　　通过开启一个线程，线程每隔一秒发送一次计数给handler，让handler来更新TextView的内容，新开的子线程里面不能直接操控TextView，因为这违反了UI线程了单线程控制规范，如果你真要这么做，一运行就会得到CalledFromWrongThreadException异常。

二、这不就是一个观察着模式么？

　　最初自己理解的Handler就是一个典型的观察着模式。sendToTarget()这个方法一定以某种方式调用了Handler的 handleMessage(Message msg)方法，从而完成了我们指定的任务，于是我写了下面这样一个Handler和Message

/***
 * 模拟Android的Handler，申明一个供子类覆盖的方法和多个生成消息的方法
 */
public class Handler {

    /***
     * 子类覆盖本方法，实现想要的操作
     * 
     * @param msg
     */
    protected void handleMessage(Message msg) {

    }

    public Message obtainMessage(int what) {
        Message msg = new Message(this, what, -1, -1, null);
        return msg;
    }

    public Message obtainMessage(int what, Object obj) {
        Message msg = new Message(this, what, -1, -1, obj);
        return msg;
    }

    public Message obtainMessage(int what, int arg1, int arg2, Object obj) {
        Message msg = new Message(this, what, arg1, arg2, obj);
        return msg;
    }
}

　　下来就是Message类：　　

/**
 * 
 * 模拟Android的Message，这里为方便演示，只写了一个构造方法。构造方法中绑定了一个Handler
 */
public class Message {
    private final Handler target;
    public final int what;
    public final int arg1;
    public final int arg2;
    public final Object obj;

    public Message(Handler target, int what, int arg1, int arg2, Object obj) {
        this.target = target;
        this.arg1 = arg1;
        this.arg2 = arg2;
        this.what = what;
        this.obj = obj;
    }
    /***
     * 利用OOP的多态，调用子类的覆盖方法
     */
    public void sendToTarget() {
        target.handleMessage(this);
    }
}

　　测试代码如下：　　

public class HandlerTest {

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new MyTask(Myhandler)).start();
    }

    static class MyTask implements Runnable {
        private Handler handler;

        public MyTask(Handler handler) {
            this.handler = handler;
        }

        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                handler.obtainMessage(0, this.toString()).sendToTarget();
            }
        }

    }

    static Handler Myhandler = new Handler() {
        @Override
        public void handleMessage(Message msg) {
            switch (msg.what) {
            case 0:
                System.out.println("I am zero " + (String) msg.obj);
                break;
            }
        }
    };

}

View Code

　　真想说上面的代码体现了一个简单的观察着模式，上面的测试代码能运行。但是，但是这样的Handler能代替Android的Handler在Activity中使用吗，用上面的Handler去替代Android的handler，结果得到是CalledFromWrongThreadException。

　　这很显然的，上面的Handler可以只模仿到Android Handler的形，没有模仿到其神，它只是通过一个回调模仿了Handler的工作外表，利用多态的伎俩去调用子类的handleMessage方法，想法是好的，但这最终相当于让子线程直接调用了handleMessage，从而让子线程对界面控件进行了操控，违背了UI界面的单线程控制原则，必须会报CalledFromWrongThreadException的异常。

三、子线程是如何把消息传递给UI线程

　　前面仿造的Handler让子线程通过Message操纵了UI控件，因此会报错，那Android是如何将子进程的消息发送给UI进程。实际上Handler的工作离不开以下几个组件：

Message: Handler接收和处理的对象
MessageQueue：消息队列，以FIFO的方式管理Message对象

Looper：管理MessageQueue的对象，不断地从MessageQueue中取消息，并发送该消息对应的Handler进行处理。每个线程只有一个Looper，UI线程在创建时就已经默认创建了一个Looper，因此在Activity中可以直接创建Handler即可发送和处理消息；如果在子线程中创建Handler，必须在创建前调用Looper.prepare();这样Looper在才能做好准备，并为当前线程创建MessageQueue，以便接受Handler的Message。可以看一下Looper.prepare()的源码

public static void prepare() {
        prepare(true);
    }

    private static void prepare(boolean quitAllowed) {
        if (sThreadLocal.get() != null) {
            throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
        }
        sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));
    }
    private Looper(boolean quitAllowed) {//私有的构造方法
        mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
        mRun = true;
        mThread = Thread.currentThread();
    }

在子进程创建好Handler后，调用Looper.loop()处理消息。Looper.loop()是一个死循环，如果不执行quit()，其后的代码将不会执行。现在看一个例子，我们通过点击Button给子线程的Hanlder传递消息。

public class MainActivity extends Activity {
    private Mythread thread;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        thread = new Mythread();
        thread .start();
　　
    }

    class Mythread extends Thread {
        public Handler handler;

        @Override
        public void run() {
            Looper.prepare();
            // 在子线程中定义Handler
            handler = new Handler() {
                public void handleMessage(Message msg) {
                    Log.i("handleMessage", "子线程handler.handleMessage(...)");
                    // 接到消息让Looper退出死循环
                    handler.getLooper().quit();
                }
            };
           Toast.makeText(MainActivity.this, "before Looper.loop()",
                    Toast.LENGTH_LONG).show();
            // 死循环处理消息
            Looper.loop();
            Toast.makeText(MainActivity.this, "after Looper.loop()",
                    Toast.LENGTH_LONG).show();

        }
    };

    public void onClickButton(View v) {
        thread.handler.obtainMessage().sendToTarget();
    }            
}

　　可以看到线程启动后，会Toast"before Looper.loop()"，但不会立刻Toast"after Looper.loop()"，只有当我们按下Button后才会显示"after Looper.loop()"，因为按下Button，会给子线程的Handler发送一个空消息，而我们定义Handler对消息的处理是调用looper的quit()，从而结束Looper.loop()。注意quit()并不是简单的终止Looper.loop()，而是设置MessageQueue的一个标志，让MessageQueue的next()方法返回null，从而结束Looper.loop()，详情请看MessageQueue源码，这里我们来看看loop()的源码：

public static void loop() {
      ...
        for (;;) {
            Message msg = queue.next(); // might block
            if (msg == null) {
                // No message indicates that the message queue is quitting.
                return;
            }
    ...

            msg.target.dispatchMessage(msg);
    ...
            msg.recycle();
        }
    }

　　另外跟踪sendToTarget()发现最终调用的方法是MessageQueue的enqueueMessage(Message msg, long when)，这个方法只是把message放入队列中，并没有调用消息消息方法，消息的分发处理是在Looper的loop()中进行的。

四、是什么东西再帮UI线程跑Looper.loop()

　　现在理清了前面的问题又来了新的问题，是谁在帮UI线程跑Looper.loop()：

如果是其他线程帮它Looper.loop()，那么这明显违背了UI线程的单线程控制规范；
如果是UI线程自己在跑，那它的死循环在那里跑着，怎么用工夫去执行onCreate()，onResume()...以及我们绑定的各种listener。

　　如果既要满足UI线程的单线程控制规范，又要让死循环Looper.loop()跑着不漏掉一个消息，还要响应onCreate()、listener，只有一种办法，那就是对界面的所有的操作都是由loop来驱动分发的，onCreate(),onResume()...各种listener都是Looper.loop()来调用。

　　实际上Android就是这么干的，要理清onCreate等各种方法绑定的Message的过程不容易，但是我们可以很简单地验证我们的上面的假设，那就是在onCreate()，onResume()，以及listener的响应方法里面引发异常，然后看一下栈信息，我们在onCreate发放中加一句int a = 1/0，看看异常的栈信息：我理解的Hanlder--android消息传递机制

　　当发现神奇的Handler原来就是靠一个死循环来维持的，一切就变得豁然开朗了。

　　如果再深入，理解Activity的启动机制，我们最终找到UI线程的Looper.loop()是在ActivityThread中的main方法中执行的，让我们再看看源码：　　

public final class ActivityThread {

                  ...
  public static void main(String[] args) {
        SamplingProfilerIntegration.start();

        // CloseGuard defaults to true and can be quite spammy.  We
        // disable it here, but selectively enable it later (via
        // StrictMode) on debug builds, but using DropBox, not logs.
        CloseGuard.setEnabled(false);

        Environment.initForCurrentUser();

        // Set the reporter for event logging in libcore
        EventLogger.setReporter(new EventLoggingReporter());

        Security.addProvider(new AndroidKeyStoreProvider());

        Process.setArgV0("<pre-initialized>");
        //为主线程开启Looper
        Looper.prepareMainLooper();

        ActivityThread thread = new ActivityThread();
        thread.attach(false);

        if (sMainThreadHandler == null) {
            sMainThreadHandler = thread.getHandler();
        }

        AsyncTask.init();

        if (false) {
            Looper.myLooper().setMessageLogging(new
                    LogPrinter(Log.DEBUG, "ActivityThread"));
        }
        //UI线程的死循环在这里
        Looper.loop();

        throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
    }
}

五、真的能自己写一个Handler供Activity调用吗

　　现在回到我最初的问题，我们可以自己写一个Handler供Activity调用吗？答案已经很明显了，如果你足够强，你真实现了一个功能一样的Handler，那么恭喜你，你是在重写了整个Activity组件。

　　以上是我对Handler的理解，希望对你有所帮助，如果有总结得不恰当的地方，欢迎指正。

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