安卓消息机制详解

写在前面的话

提起安卓的消息机制,我们马上就会联想到Handler,而Handler在日常的开发中经常会用到,因此了解安卓的消息机制还是很有必要的,毕竟知己知彼,百战不殆。

所谓的消息机制,实质上是线程之间通信的一种机制。在平常的开发中,我们都知道子线程中不能更新UI,我们的做法就是在子线程要更新UI的地方通知主线程,让主线程完成UI的更新。

与消息机制相关的类

Handler
负责发送和接收消息
Message
消息的载体
MessageQueue
消息队列
Looper
负责循环消息队列
ThreadLocal<T>
线程内部数据存储类,ThreadLocal通过set方法存储数据,通过get方法获取数据。在消息机制中,就是通过它来存储每一个线程的Looper对象

 public void set(T value) {
    Thread currentThread = Thread.currentThread();
    Values values = values(currentThread);
    if (values == null) {
        values = initializeValues(currentThread);
    }
    values.put(this, value);
}

 public T get() {
    // Optimized for the fast path.
    Thread currentThread = Thread.currentThread();
    Values values = values(currentThread);
    if (values != null) {
        Object[] table = values.table;
        int index = hash & values.mask;
        if (this.reference == table[index]) {
            return (T) table[index + 1];
        }
    } else {
        values = initializeValues(currentThread);
    }

    return (T) values.getAfterMiss(this);
}

消息机制具体流程

接下来,我就以子线程如何通知主线程更新UI这一例子来详细介绍一下安卓的消息机制。

1. 调用Looper.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));
}

  private Looper(boolean quitAllowed) {
    mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
    mThread = Thread.currentThread();
}

由代码可知,在prepare方法中,会创建一个Looper对象,并且一个线程也只会创建一个。
同时在Looper的构造方法中,会创建一个消息队列,即MessageQueue。

2. 封装一条需要发送的消息

  Message msg = Message.obtain();
  msg.what = 0;
  msg.obj= obj;

 public static Message obtain() {
    synchronized (sPoolSync) {
        if (sPool != null) {
            Message m = sPool;
            sPool = m.next;
            m.next = null;
            m.flags = 0; // clear in-use flag
            sPoolSize--;
            return m;
        }
    }
    return new Message();
}

创建消息,我们用obtain方法,该方法的原则是,如果消息池中有Message,则直接取出,没有才会新创建一个Message。

what,消息的标记,类型为int
obj,消息需要传递的对象,类型为Object

3. 调用Handler的 send或者post 的方法发送消息

3.1首先创建一个Handler对象mHandler
private Handler mHandler=new Handler(){
    @Override
    public void handleMessage(Message msg) {
        super.handleMessage(msg);
    }
};

public Handler(Callback callback, boolean async) {
    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());
        }
    }

    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;
}

 public static @Nullable Looper myLooper() {
    return sThreadLocal.get();
}

在Handler的构造方法,我们可以看到,mHandler与Looper和消息队列建立了关联

3.2 调用send或者post方法
  • send
    sendEmptyMessage(int what)
    sendEmptyMessageDelayed(int what, long delayMillis)
    sendEmptyMessageAtTime(int what, long uptimeMillis)
    sendMessage(Message msg)
    sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis)
    sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis)
    sendMessageAtFrontOfQueue(Message msg)

  • post
    post(Runnable r)
    postDelayed(Runnable r, long delayMillis)
    postAtTime(Runnable r, long uptimeMillis)
    postAtTime(Runnable r, Object token, long uptimeMillis)
    postAtFrontOfQueue(Runnable r)

经过查看post方法的源码,发现post方法实际上也是调用的send类的方法在发送消息,区别在于post方法的参数是Runnable。

下面是post方法相关的源码

 public final boolean post(Runnable r)
{
   return  sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);
}

 private static Message getPostMessage(Runnable r) {
    Message m = Message.obtain();
    m.callback = r;
    return m;
}

看上面代码我们知道,post方法中传递的参数虽然不是Message,但最终传递的对象依然是Message,Runnable对象成为了这个消息的一个属性

通过对Handler源码的分析,发现除了sendMessageAtFrontOfQueue方法之外,其余任何send的相关方法,都经过层层包装走到了sendMessageAtTime方法中,我们来看看源码:
(实际上,sendMessageAtFrontOfQueue方法除了uptimeMillis为0外,和sendMessageAtTime 一模一样)

 public boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis) {
    MessageQueue queue = mQueue;
    if (queue == null) {
        RuntimeException e = new RuntimeException(
                this + " sendMessageAtTime() called with no mQueue");
        Log.w("Looper", e.getMessage(), e);
        return false;
    }
    return enqueueMessage(queue, msg, uptimeMillis);
}

此时,mHandler会将消息通过enqueueMessage方法,放入消息队列

 private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
    msg.target = this;
    if (mAsynchronous) {
        msg.setAsynchronous(true);
    }
    return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}

msg.target = this,就相当于给该消息贴上了mHandler的标签(谁发送的消息,谁接收处理)

这里的enqueueMessage方法是MessageQueue的方法,在该方法中会将Message根据时间排序,放入到消息队列中。

4. 调用Looper.loop方法

 public static void loop() {
    final Looper me = myLooper();
    if (me == null) {
        throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
    }
    final MessageQueue queue = me.mQueue;

    // Make sure the identity of this thread is that of the local process,
    // and keep track of what that identity token actually is.
    Binder.clearCallingIdentity();
    final long ident = Binder.clearCallingIdentity();

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

        // This must be in a local variable, in case a UI event sets the logger
        final Printer logging = me.mLogging;
        if (logging != null) {
            logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " +
                    msg.callback + ": " + msg.what);
        }

        final long traceTag = me.mTraceTag;
        if (traceTag != 0 && Trace.isTagEnabled(traceTag)) {
            Trace.traceBegin(traceTag, msg.target.getTraceName(msg));
        }
        try {
            msg.target.dispatchMessage(msg);
        } finally {
            if (traceTag != 0) {
                Trace.traceEnd(traceTag);
            }
        }

        if (logging != null) {
            logging.println("<<<<< Finished to " + msg.target + " " + msg.callback);
        }

        // Make sure that during the course of dispatching the
        // identity of the thread wasn't corrupted.
        final long newIdent = Binder.clearCallingIdentity();
        if (ident != newIdent) {
            Log.wtf(TAG, "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);
        }

        msg.recycleUnchecked();
    }
}

在这个方法中,有一个for的死循环,不断地调用queue.next()方法,将Message从消息队列中取出

然后调用msg.target.dispatchMessage(msg)方法,msg.target实际上就是mHandler

 public void dispatchMessage(Message msg) {
    if (msg.callback != null) {
        handleCallback(msg);
    } else {
        if (mCallback != null) {
            if (mCallback.handleMessage(msg)) {
                return;
            }
        }
        handleMessage(msg);
    }
}

分析这个方法,有两个分支handleCallback和handleMessage,回忆前面所说的send和post方法,当调用的是send类的方法时,明显走handleMessage这个分支,此时,子线程已经成功将消息传递至主线程,在这里我们就可以更新UI了

当调用的是post方法时,msg.callback就是Runnable对象,此时会走handleCallback分支

 private static void handleCallback(Message message) {
    message.callback.run();
}

此时调用了run方法,走到这,子线程也已经将消息成功传至主线程,在这里我们就可以更新UI了

总结一下

任何线程在用到Handler处理消息时,都需要经过上面说的4个步骤,缺一不可,具体代码如下

class LooperThread extends Thread {
   public Handler mHandler;
    public void run() {
         Looper.prepare();
         mHandler = new Handler() {
         public void handleMessage(Message msg) {
                // process incoming messages here
             }
         };
     Looper.loop();
      }
   }

一个线程只有一个Looper,一个消息队列
Handler在什么线程创建实例,这个Handler就属于该线程

顺便提一下在子线程中更新UI的方法
1.handler.sendMessage
2.handler.post
3.view.post
4.activity.runOnUiThread

view.post

 public boolean post(Runnable action) {
    final AttachInfo attachInfo = mAttachInfo;
    if (attachInfo != null) {
        return attachInfo.mHandler.post(action);
    }

    // Postpone the runnable until we know on which thread it needs to run.
    // Assume that the runnable will be successfully placed after attach.
    getRunQueue().post(action);
    return true;
}

activity.runOnUiThread

 public final void runOnUiThread(Runnable action) {
    if (Thread.currentThread() != mUiThread) {
        mHandler.post(action);
    } else {
        action.run();
    }
}

查看源码发现,实际上2,3,4的原理和1是一样的,都是利用Handler来发送消息。

有人会疑问,我们平时在用Handler解决子线程不能更新UI的问题时,只是在主线程中创建了一个Handler对象,然后在子线程用这个Handler对象发送了一个消息,最后在Handler的回调方法中成功更新了UI,并没有经过1和4两个步骤。实际上在主线程中,1和4两个步骤,系统已经帮我们做了,下面是ActivityThread的main方法

public static void main(String[] args) {
    Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "ActivityThreadMain");
    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());

    // Make sure TrustedCertificateStore looks in the right place for CA certificates
    final File configDir = Environment.getUserConfigDirectory(UserHandle.myUserId());
    TrustedCertificateStore.setDefaultUserDirectory(configDir);

    Process.setArgV0("<pre-initialized>");

    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"));
    }

    // End of event ActivityThreadMain.
    Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
    Looper.loop();

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