Android进阶知识树——Android消息队列
1、概述
在安卓程序启动时,会默认在主线程中 运行程序,那如果执行一些耗时的操作则UI就会处于阻塞状态,出现界面卡顿的现象,再者用户的多种操作,系统是如何做到一一处理的,系统又是如何管理这些任务的,答案这就是今天的主题Android的消息机制;
- Android处理消息的方式——handler、Looper 和 MessageQueue
- Handler :负责将任务添加到队列,执行结束后在主线程执行UI操作
- Looper :未绑定的线程开启循环消息队列,并获取消息
- MessageQueue :任务队列,保存发送的消息
- 在进行源码分析之前先提出两个常见的疑问
-
为什么子线程直接创建Handler会抛出异常?
-
Handler究竟执行在哪个线程中?
2、源码分析
对于Handler的使用方法此处不做介绍,在使用是只要注意避免内存泄漏需创建静态Handler,此处从执行过程和原理的角度简单分析Handler的源码,首先大家都知道在主线程中可以直接使用Handler,而在子线程中不可以,有没有想过为什么呢?现在就先看看主线程究竟有什么不同吧,从头看安卓的入口方法ActivityThread.main()
public static void main(String[] args) { Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "ActivityThreadMain"); ... Looper.prepareMainLooper(); ActivityThread thread = new ActivityThread(); thread.attach(false); if (sMainThreadHandler == null) { sMainThreadHandler = thread.getHandler(); } if (false) { Looper.myLooper().setMessageLogging(new LogPrinter(Log.DEBUG, "ActivityThread")); } Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER); Looper.loop(); throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited"); }
- 上述代码看出在程序启动后,执行三个步骤:
- 调用Looper.prepareMainLooper();创建消息循环Looper
- 使用 thread.getHandler(); 获取UI线程的Handler
- 使用 Looper.loop()开启消息循环
Handler与消息队列关联,而消息队列被封装在Looper中,每个Looper关联一个线程,所以Handler的消息大致为handler作为一个消息处理器,将消息传递到消息队列中,线程中的Looper逐个取出消息并执行,此处的线程即为UI线程,
- Handler最基本的用法是创建Handler 发送Message到队列,现在看看创建Handler时都做了哪些事
public Handler(Callback callback, boolean async) { mLooper = Looper.myLooper(); if (mLooper == null) { throw new RuntimeException( "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()"); } mQueue = mLooper.mQueue; mCallback = callback; mAsynchronous = async; }
- 调用Looper.myLooper():获取Looper对象,如果为空则抛出异常,然后调用lopper.mQuene开启消息队列
- 查看myLooper()方法
public static @Nullable Looper myLooper() { return sThreadLocal.get(); }
- 在myLooper中看出,Looper从sThreadLocal中获取,那什么时候设置进去的呢?另外从这也可以看出来,只要sThreadLocal没有Looper的实例就会抛出异常,sThreadLocal就是执行的线程,换句话说只要Handler所在的线程中没有Looper的实例就会异常;
- 接下来看看UI线程开始时创建的Looper对象的方法prepareMainLooper() :
public static void prepareMainLooper() { prepare(false); synchronized (Looper.class) { if (sMainLooper != null) { throw new IllegalStateException("The main Looper has already been prepared."); } sMainLooper = myLooper(); } }
- prepareMainLooper() 调用了prepare()方法:
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)); }
- 看到了 sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed)),此处创建Looper对象设置进sThreadLocal中,是不是明白了上面的sThreadLocal。get()获取的Looper是哪里的了。
到这里我们介绍了Handler 和 Looper的创建,以及各自对线程的关联,下面查看如何启动消息循环获取任务并执行,在入口方法的最后调用了Loop.loop()方法,下面查看Looper.loop()方法:
public static void loop() { final Looper me = myLooper(); final MessageQueue queue = me.mQueue;for (;;) { Message msg = queue.next(); // might block if (msg == null) { return; }... msg.target.dispatchMessage(msg);msg.recycleUnchecked();}
- 调用myLooper()获取Looper的对象,获取消息队列后调用next()依次取出其中的Message,注意这里是个死循环
- 调用Message的msg.target.dispatchMessage(msg)执行方法
- 查看Message的源码便知target实际是Handler的对象,说明绕了一圈最后还是Handler的dispatchMessage(msg)处理逻辑
Handler target;Runnable callback;Message next;
- Handler的dispatchMessage(msg)方法
public void dispatchMessage(Message msg) { if (msg.callback != null) { handleCallback(msg); } else { if (mCallback != null) { if (mCallback.handleMessage(msg)) { return; } } handleMessage(msg); } }private static void handleCallback(Message message) { message.callback.run(); }
总结一下:looper从MessageQuene中依次取出Message,然后调用Msg绑定的Handler的dispatchMessage(msg)处理,dispatchMessage()中依次判断执行:
- 先判断Message的Runable对象callback是否为null,若不为空使用handleCallback()即调用Runnable,run()执行
- 若callback为空判断mCallBack,若mCallBack不为空则调用mCallBack.handleMessage()处理
- 如果上面两者都为null,则执行handleMessage(),此处即为创建Handler()重写的handlerMessage()
到此Android中Handler的消息处理,从创建Handler、Looper和MessageQueue到消息的传递和事件的处理都介绍完了,下面我们看看使用时如何发送消息到MessageQueue以及上述的callback、mCallBack什么情况下为空?
- 创建的Handler后发送消息方法:sendMessage(Message msg)、post(Runnable r)
- sendMessage()
public final boolean sendMessage(Message msg) { return sendMessageDelayed(msg, 0); }public final boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis) { if (delayMillis < 0) { delayMillis = 0; } return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis); }public boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis) { MessageQueue queue = mQueue; return enqueueMessage(queue, msg, uptimeMillis); }private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) { msg.target = this; // 此处设置target为Handler对象 if (mAsynchronous) { msg.setAsynchronous(true); } return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis); }
上面的执行过程代码从上倒下一目了然,在enqueueMessage()中设置了Message.target即为调用方法的Handler,所以在调用dispatchMessage()时,会调用Handler的handleMessage()处理
- post(Runnable r)
public final boolean post(Runnable r) { return sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0); }private static Message getPostMessage(Runnable r) { Message m = Message.obtain(); m.callback = r; // 设置Message的callback为r return m; }
- 调用getPostMessage()设置Message中的callback,所以callback就是发送的runnable,其余方法和sendMessage()一致。
Handler消息机制的原理和过程介绍完毕了,带着上面的了解现在来解决上面的两个疑问:
- 为什么不能在子线程直接创建创建handler吗?
通过上面的源码分析,我们知道抛出的异常在上述代码中也出现了
mLooper = Looper.myLooper(); if (mLooper == null) { throw new RuntimeException( "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()"); }
当Looper.myLooper()取出为空时抛出异常,而myLooper()中时从sThreadLocal.get()中获取,即此时sThreadLocal中没有设置Looper对象,所以也就没有后面的队列等操作,从上面知道创建并设置Looper对象是在prepare()方法中,所以要在子线程中使用Handler要先调用Looper.prepare()创建Looper对象,后调用Looper.loop()开启消息循环。
- Handler究竟执行在哪个线程中?
其实针对这个问题,网上很多答案是:执行在Handler()所在的线程,即在哪个线程创建Handler实例,handler后续的任务就执行在哪个线程,其实这个答案可对可错,从我们平时使用来看无论是在子线程初始化Loop后创建Handler(),还是在主线程直接创建,最终Handler所执行的线程就是创建线程,但这只是其中一种情况,下面看看Handler的另一种创建方式:从上面我们知道对于任务的处理在looper.loop()中,以及后面对任务的处理都在同一线程中,整个过程知道HandlerMessage()都没有执行线程切换处理,也就是说调用loop()方法的Looper实例在哪个线程创建就会在哪个线程执行,同时消息队列mQueue也在相同线程,之所以会有人说执行的线程会是Handler创建的线程,其实因为在主线程或子线程使用无参构造函数创建Handler()时,Looper实例和Handler实例在同一线程,所以任务和Handler执行在此线程,到从可以得出结论:Handler真正执行的线程是消息队列Looper()实例的所在线程,关于此结论的验证,代码很简单请读者自行验证;
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