C&C++ 实现Android Handler

本文根据众多互联网博客内容整理后形成，引用内容的版权归原始作者所有，仅限于学习研究使用，不得用于任何商业用途。

使用Android的Handler之后，回去写c++代码时，时刻怀念Android里面的Handler,希望有一个c++版本的Handler。为了能自己实现c++版本的Handler，今天准备去梳理一下这Android中的Handler。

理解Android中的Handler

Handler的适用场景

只要写多线程程序，必不可少要碰到线程通信的问题。其中一个办法就是在工作线程中开辟一个消息队列，别的线程往消息队列发消息，即可完成与本线程的通信。工作线程顺序的从消息队列中读取消息并逐一处理。这种模型的好处是：

  1. 消息可以缓存
  2. 工作线程中消息是顺序处理的，所以不需要加锁。

Handler适用的就是这种场景:多个线程往一个工作线程发消息，工作线程顺序挨个处理。

google设计Handler最初的原因

在安卓应用中，多个线程去处理UI的刷新，而UI操作不是线程安全的，如果要实现多线程对UI的操作，就需要在每一个要进行UI操作的地方进行加锁。加锁操作引入的问题

锁的管理复杂，开发者容易忘记加锁，解锁，或者乱加锁造成死锁
加锁是有性能消耗的
Android选用java作为开发语言就是看中其开发效率，引入锁加大开发难度了！

因此UI操作就该由一个单一线程进行处理，在Android中，UI线程就是应用进程的第一个线程–主线程。所以每一个android应用的开发者都会被告诫：不要在主线程里搞事情阻塞UI处理。
为了简化操作，google设计了Handler机制，开发者只需要创建一个Handler，然后在别的线程利用主线程的handler发送消息即可完成与主线程的通信。

Handler, Looper, Thread ,Message之间的关系

名称 含义
Looper 用来管理消息队列的，它提供一个loop()接口，不停的从消息队列中取消息来处理。
Thread 是Looper运行的载体，一个Thread有且只有一个Looper。
Handler 是用来往运行与Thread里的Looper的消息队列发消息用的，同时Handler里有一个消息处理函数，Thread会用Looper取出消息，然后在Thread里执行这个函数来处理消息。
Message 消息内容的封装，里边包含消息的处理函数，用户可以在发消息的时候动态指定其执行的处理函数
image.png

Android中Handler的使用

下面以实际代码简单看下如何用Handler与主线程的通信的：

class MainActivity extends Activity {
    Handler mHandler = new Handler(){
        //主线程Looper收到消息后，会当没有指定具体回调函数，会回调这个函数处理消息。
        //也就说下面的函数将会在主线程内执行
        @Override
        public void handleMessage(Message msg) {
            switch(msg.what){
                case 1:
                    break;
                default:
                    break;
            }
        }
    };

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        //onCreate这里是主线程中调用的，
        //使用Handler重要的一点就是要明白代码在哪个线程里执行
        //下面，我们在子线程里边给主线程发消息

        // 方式1：
        new Thread(){
            @Override
            public void run(){
                //往主线程消息队列发消息
                //这种方式最终会在主线程中执行 mHandler.handleMessage(msg)
                mHandler.sendEmptyMessage(1);
            }
        }.start();

        // 方式2：
        new Thread(){
            @Override
            public void run(){
                //我觉得这种方式才是Handler的精髓，用户在代码里随处都可以写处理UI操作的代码
                mHandler.post(new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {
                        //这里的代码将会被在主线程中执行！真是太方便了
                    }
                });
            }
        }.start();
    }
}

主线程里边的Looper是自动创建的吗？

初次使用Handler，都会有一个疑问：以上的代码，没有创建Looper，Looper是自动创建的吗？
实际上，不会自动创建，只是在执行到Activity的onCreate之前，系统已经帮忙创建Looper了。
framework/base/core/java/android/app/ActivityThread.java

public static void main(String[] args) {
    //这里创建main线程的Looper
    Looper.prepareMainLooper();
    //...

    //死循环处理消息，知道为什么不能阻塞主线程了吧！
    //主线程就是取消息然后以阻塞的方式一个个顺序执行
    //你在主线程中搞耗时的东西，你的UI就要卡在！！！
    Looper.loop();
}

Handler怎么关联上Looper的？

前面说的每一个线程里面有且仅有一个Looper，在创建Handler时，会去获取当前线程的Looper，并赋值给Handler对象。
请看Handler类的构造函数
frameworks/base/core/java/android/os/Handler.java

public Handler() {
    //就是这个Looper.myLooper();
    mLooper = Looper.myLooper();

    //这里就是如果工作线程没有创建looper前，创建Handler会失败的原因
    if (mLooper == null) {
        throw new RuntimeException(
            "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");
    }
}

public Handler(Looper looper) {
    ...
    //最终执行mLooper = looper;
}

//myLooper利用的就是linux提供的线程局部存储实现的，每个线程都有独立的一个。
public static final Looper myLooper() {
    return (Looper)sThreadLocal.get();
}

可见：Handler从创建开始就要指定其Looper, 默认构造函数就是使用当前线程的Looper。

自定义的工作线程怎么创建Looper和使用Handler?

如果我们要在自己的线程中使用Handler机制，则需要执行创建Looper对象。
创建Looper的方法很简单，就是执行Looper.prepair()即可。

class MyThread extends Thread {
    private Handler myHandler = null;
    private boolean mPrepaired = false;
    public Handler getMyHandler(){
        //没有创建Looper，并loop前，handler发消息没人去处理
        if (mPrepaired)
        return null;
        return myHandler;
    }

    @Override
    public void run() {
        //第一步:创建当前线程对应的Looper
        Looper.prepare();
        //第二步：创建handler，会自己匹配到当前线程的Looper
        //如果没有执行第一步，这里就会报异常
        myHandler = new Handler();
        mPrepaired = true;
        //第三步：让Looper跑起来，开始消息的读取和消息处理
        //没有执行loop操作，handler发的消息是没人处理的
        Looper.loop();
    }
}

HandlerThread介绍

google封装了一个HandlerThread类，进一步简化自定义线程消息处理，就不用那么麻烦的处理Looper的创建和启动了。HandlerThread的使用类似下面这样：

class MyHandler extends Handler {
    //这种方式，使用的创建Handler所在线程的Looper
    public MyHandler(){
    
    }
    //为了与自定义的线程关联，需要指定对应线程的looper。
    public MyHandler(Looper looper){
        super(looper);
    }
    
    @Override
    public void handleMessage(Message msg){
    
    }
}

HandlerThread t = new HandlerThread("mythread");
t.start();

// 注意那个t.getLooper(), 其实内部是阻塞等到线程执行完Looper.prepair()才返回的
Handler h = new MyHandler(t.getLooper());

frameworks/base/core/java/android/os/HandlerThread.java

public Looper getLooper() {
    if (!isAlive()) {
        return null;
    }

    // If the thread has been started, wait until the looper has been created.
    synchronized (this) {
        while (isAlive() && mLooper == null) {
            try {
                //这里等looper创建完毕
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
            }
        }
    }
    return mLooper;
}

如何实现c++版本的Handler呢？

用了Handler后，回去写c++代码，没有这种东西，但是我们基本了解Handler的实现原理了，实现一个就行。

如何确保线程里有且仅有一个消息队列？

linux的pthread库提供在线程内创建私有变量的接口：

#include <pthread.h>
int pthread_key_create(pthread_key_t *key, void (*destructor)(void*));
int pthread_setspecific(pthread_key_t key,const void *pointer));
void *pthread_getspecific(pthread_key_t key);

如何实现android中java的handler.post(Runnable)类型的接口？

java里有匿名函数，使用很方便，其实在c++11里也支持这种写法了。

//这里搞一个匿名函数,输入参数为空
handler->post([](){
    
});

伪代码实现

typedef void (*MessageCallback)();

class Message {
public:
    int what;
    int arg1;
    //void* obj;
    Message* obtain();
    
    MessageCallback callback;
private:
    vector<Message> mMsgPool;
};

class Handler {
public:
    virtual ~Handler();
    void sendMessage(Message* msg) {
        mLooper->enQueue(msg);
    }
    
    void setLooper(Looper* Looper);
    //可以像java,post(new Runagle())那样用
    void post(MessageCallback callback);
    virtual void handleMessage(Message* msg){}
    
private:
     Looper* mLooper;
};

class Looper{
public:
    static void prepair();
    static void loop();
    
    //提供一个接口用来获取当前线程的Looper
    static Looper* getThreadLocalLooper();
    void enQueue(Message* msg){
        mMsgQ.enQueue(msg);
    }
    Message* deQueue(){
        return mMsgQ.deQueue();
    }
private:
    MessageQueue mMsgQ;
};

class MessageQueue {
public:
    void enQueue(Message* msg);
    Message* deQueue();
};

void threadfunc(Handler* handler) {
    Message* msg = Message::obtain();
    handler->sendMessage(msg );
}

int main(int argc, char** argv) {
    Looper::prepair();
    Handler *handler = new Handler();

    //开个线程来往主线程发消息
    std::thread t(threadfun,handler);
    t.detach();
    Looper::loop();
    
    return 0;
}

class MyThread {
public:
    MyThread() {
        mThread = NULL;
        mPrepaired = false;
    }
    Looper* getLooper(){
        while(!mPrepaired ){
            sleep(1);
        }
        return Looper::getThreadLocalLooper();
    }
    
    void start() {
        if (NULL == mThread) {
            mThread = new thread(threadfunc, this);
        }
    }
private:
    static void threadfunc(MyThread* t) {
        Looper::prepair();
        
        Looper::loop();
    }
    bool mPrepaired;
    thread* mThread;
};

//非主线程测试
int main2(int argc, char** argv) {

    //创建自定义线程
    MyThread t;
    
    //在线程内构造自己的Looper
    t.start();
    
    //Handler *handler = new XXXHandler();
    Handler *handler = new Handler();
    handler->setLooper(t.getLooper());
    
    //主线程向自定义线程的消息队列发消息
    while ( true ) {
        Message* msg = Message::obtain();
        t.getHandler()->sendMessage(msg);
        
        /*也可以像java那样，直接指定消息的回调处理
        t.getHandler()->post([](){
            cout << "haha" << endl;
        });*/
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

参考文档
自己写个C++版本Handler来理解Android的Handler机制

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