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我要做 Android 之消息机制

简介: Android的消息机制指的是Handler的运行机制,本篇将总结Handler机制的相关知识点: 消息机制概述 消息机制分析 1.消息机制概述 a.作用:跨线程通信。
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Android的消息机制指的是Handler的运行机制,本篇将总结Handler机制的相关知识点:

  • 消息机制概述
  • 消息机制分析
    1.消息机制概述

a.作用:跨线程通信。

b.常用场景:当子线程中进行耗时操作后需要更新UI时,通过Handler将有关UI的操作切换到主线程中执行。

系统不建议在子线程访问UI的原因:UI控件非线程安全,在多线程中并发访问可能会导致UI控件处于不可预期的状态。而不对UI控件的访问加上锁机制的原因有:

  • 上锁会让UI控件变得复杂和低效
  • 上锁后会阻塞某些进程的执行

c.四要素:

  • Message(消息):需要被传递的消息,其中包含了消息ID,消息处理对象以及处理的数据等,由MessageQueue统一列队,最终由Handler处理。
  • MessageQueue(消息队列):用来存放Handler发送过来的消息,内部通过单链表的数据结构来维护消息列表,等待Looper的抽取。
  • Handler(处理者)
    :负责Message的发送及处理。
    • Handler.sendMessage():向消息池发送各种消息事件。
    • Handler.handleMessage() :处理相应的消息事件。
  • Looper(消息泵):通过Looper.loop()不断地从MessageQueue中抽取Message,按分发机制将消息分发给目标处理者。

Thread(线程):负责调度整个消息循环,即消息循环的执行场所。

存在关系:

  • 一个Thread只能有一个Looper,可以有多个Handler;
  • Looper有一个MessageQueue,可以处理来自多个Handler的Message;
  • MessageQueue有一组待处理的Message,这些Message可来自不同的Handler;
  • Message中记录了负责发送和处理消息的Handler;
  • Handler中有Looper和MessageQueue;
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01.png
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02.png

d.实现方法:

  • 在主线程实例化一个全局的Handler对象;
  • 在需要执行UI操作的子线程里实例化一个Message并填充必要数据,调用Handler.sendMessage(Message msg)方法发送出去;
  • 复写handleMessage()方法,对不同Message执行相关操作;

2.消息机制分析

a.工作流程:

  • Handler.sendMessage()发送消息时,会通过MessageQueue.enqueueMessage()向MessageQueue中添加一条消息;
  • 通过Looper.loop()开启循环后,不断轮询调用MessageQueue.next();
  • 调用目标Handler.dispatchMessage()去传递消息,目标Handler收到消息后调用Handler.handlerMessage()处理消息。

简单来看,即Handler将Message发送到Looper的成员变量MessageQueue中,之后Looper不断循环遍历MessageQueue从中读取Message,最终回调给Handler处理。如图:

img_6f71a93ba352c04e23c1aeb2d7ffb83b.png
03.png

b.工作原理:

  • (1)Looper的创建:先从应用程序的入口函数ActivityThread.main()看起,在这里(主线程)系统自动创建了Looper,主要方法:
//主线程中不需要自己创建Looper
public static void main(String[] args) {
        ......
        Looper.prepareMainLooper();//为主线程创建Looper,该方法内部又调用 Looper.prepare()
        ......
        Looper.loop();//开启消息轮询
        ......
        
    }

注意:

  • 子线程的Looper需要手动去创建,标准写法是:
//子线程中需要自己创建一个Looper
new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                
                Looper.prepare();//为子线程创建Looper               
                Looper.loop(); //开启消息轮询
            }
        }).start();

  • 无论是主线程还是子线程,Looper只能被创建一次,即一个Thread只有一个Looper。

  • 所创建的Looper会保存在ThreadLocal(线程本地存储区)中,它不是线程,作用是帮助Handler获得当前线程的Looper。更多讲解见ThreadLocal详解

  • (2)MessageQueue的创建:在Looper的构造函数创建了一个MessageQueue:

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

(3)Message轮询及处理:有了Looper和MessageQueue之后通过Looper.loop()开启消息轮询:

public static void loop() {
        ......
        for (;;) {//死循环
            Message msg = queue.next(); //用于提取下一条信息,该方法里同样有个for(;;)死循环,当没有可处理该Message的Handler时,会一直阻塞
            if (msg == null) {
                
                return;
            }
         ......   
         try {
                msg.target.dispatchMessage(msg);//如果从MessageQueue中拿到Message,由和它绑定的Handler(msg.target)将它发送到MessageQueue
                end = (slowDispatchThresholdMs == 0) ? 0 : SystemClock.uptimeMillis();
            } finally {
                if (traceTag != 0) {
                    Trace.traceEnd(traceTag);
                }
            }
         ......   
    }

现在就剩创建Handler及Message发送了。(4)先看Handler的创建:有两种形式的Handler:

//第一种:send方式的Handler创建
Handler handler = new Handler() {
            @Override
            public void handleMessage(Message msg) {
                //如UI操作
                
            }
        };

//第二种:post方式的Handler创建
Handler handler = new Handler();
  • (5) Message的发送:

对于send方式的Handler:创建好一个Message后,调用Handler的以下几种常见的方法来发送消息:

sendEmptyMessage();           //发送空消息
sendEmptyMessageAtTime();     //发送按照指定时间处理的空消息
sendEmptyMessageDelayed();    //发送延迟指定时间处理的空消息
sendMessage();                //发送一条消息
sendMessageAtTime();          //发送按照指定时间处理的消息
sendMessageDelayed();         //发送延迟指定时间处理的消息
sendMessageAtFrontOfQueue();  //将消息发送到消息队头

对于post方式的Handler,可在子线程直接调用Handler的以下几种常见方法,使得切换到主线程:

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

//例如,postDelayed()方法
handler.postDelayed(new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {
                        //如UI操作
                    }
                },300);

通过以上各种Handler的发送方法,都会依次调用 Handler.sendMessageDelayed->Handler.sendMessageAtTime()->MessageQueue.enqueueMessage() 最终将Message发送到MessageQueue。

img_26f24c0a65fb71447548874d3d9294f1.png
04.png

Q:Message可以如何创建?哪种效果更好,为什么?

创建Message对象的时候,有三种方式,分别为:
1.Message msg = new Message();
2.Message msg2 = Message.obtain();
3.Message msg1 = handler1.obtainMessage();
这三种方式有什么区别呢?

Message msg = new Message();这种就是直接初始化一个Message对象,没有什么特别的。
2)Message msg2 = Message.obtain();

/**
     * Return a new Message instance from the global pool. Allows us to
     * avoid allocating new objects in many cases.
     */
    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();
    }

从注释可以得知,从整个Messge池中返回一个新的Message实例,通过obtainMessage能避免重复Message创建对象。

Message msg1 = handler1.obtainMessage();

public final Message obtainMessage()
    {
        return Message.obtain(this);
    }1234
public static Message obtain(Handler h) {
        Message m = obtain();
        m.target = h;

        return m;
    }
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();
    }

可以看到,第二种跟第三种其实是一样的,都可以避免重复创建Message对象,所以建议用第二种或者第三种任何一个创建Message对象。

Q:主线程中Looper的轮询死循环为何没有阻塞主线程?

正如我们所知,在android中如果主线程中进行耗时操作会引发ANR(Application Not Responding)异常。

造成ANR的原因一般有两种:

  1. 当前的事件没有机会得到处理(即主线程正在处理前一个事件,没有及时的完成或者looper被某种原因阻塞住了)
  2. 当前的事件正在处理,但没有及时完成

为了避免ANR异常,android使用了Handler消息处理机制。让耗时操作在子线程运行。

因此产生了一个问题,主线程中的Looper.loop()一直无限循环检测消息队列中是否有新消息为什么不会造成ANR?

  while (true) {



       //取出消息队列的消息,可能会阻塞



       Message msg = queue.next(); // might block



       ...



       //解析消息,分发消息



       msg.target.dispatchMessage(msg);



       ...



    }

显而易见的,如果main方法中没有looper进行循环,那么主线程一运行完毕就会退出。

总结:ActivityThread的main方法主要就是做消息循环,一旦退出消息循环,那么你的应用也就退出了。

因为Android 的是由事件驱动的,looper.loop() 不断地接收事件、处理事件,每一个点击触摸或者说Activity的生命周期都是运行在 Looper.loop() 的控制之下,如果它停止了,应用也就停止了。只能是某一个消息或者说对消息的处理阻塞了 Looper.loop(),而不是 Looper.loop() 阻塞它。

也就说我们的代码其实就是在这个循环里面去执行的,当然不会阻塞了。

如果某个消息处理时间过长,比如你在onCreate(),onResume()里面处理耗时操作,那么下一次的消息比如用户的点击事件不能处理了,整个循环就会产生卡顿,时间一长就成了ANR。

而且主线程Looper从消息队列读取消息,当读完所有消息时,主线程阻塞。子线程往消息队列发送消息,并且往管道文件写数据,主线程即被唤醒,从管道文件读取数据,主线程被唤醒只是为了读取消息,当消息读取完毕,再次睡眠。因此loop的循环并不会对CPU性能有过多的消耗。

总结:Looer.loop()方法可能会引起主线程的阻塞,但只要它的消息循环没有被阻塞,能一直处理事件就不会产生ANR异常。

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