27
2017
09

《Android开发艺术探索》之消息机制(一)

前言

提到消息机制读者应该都不陌生,在日常开发中不可避免要涉及这方面的内容。从开发的角度来说,Handler是Android消息机制的上层接口,这使得在开发中只需要和Handler交互即可。Handler的使用过程很简单,通过它可以轻松地将一个任务切换到Handler所在的线程中去执行。很多人认为Handler的作用是更新UI,这的确没错,但是更新UI仅仅是Handler的一个特殊的使用场景。具体来说是这样的:有时候需要在子线程中进行耗时的I/O操作,可能是读取文件或者访问网络等,当耗时操作完成以后可能需要在UI上做一些改变,由于Android开发规范的限制,我们并不能在子线程中访问UI控件,否则就会触发程序异常,这个时候通过Handler就可以将更新UI的操作切换到主线程中执行。因此,本质上来说,Handler并不是专门用于更新UI的,它只是常被开发者用来更新UI。

Android的消息机制主要是指Handler的运行机制,Handler的运行需要底层MsssageQueue和Looper的支撑。MessageQueue的中文翻译是消息队列,顾名思义,它的内部存储了一组消息,以队列的形式对外提供插入和删除的工作。虽然叫消息队列,但是它的内部存储结构并不是真正的队列,而是采用单链表的数据结构来存储消息列表。Looper的中文翻译是循环,在这里可以理解为消息循环。由于MessageQueue只是一个消息的存储单元,它不能去处理消息,而Looper就填补了这个功能,Looper会以无限循环的形式去查找是否有新消息,如果有的话就处理消息,否则就一直等待着。Looper中还有一个特殊的概念,那就是ThreadLocal,ThreadLocal并不是线程,它的作用是可以在每一个线程中存储数据。我们知道,Handler创建的时候会采用当前线程的Looper来构造消息循环系统,那么Handler内部如何获取到当前线程的Looper呢?这就要使用ThreadLocal了,ThreadLocal可以在不同的线程中互不干扰地存储数据,通过ThreadLocal可以轻松获取每一个线程的Looper。当然需要注意的是,线程是默认没有Looper的,如果需要使用Handler就必须为线程创建Looper。我们经常提到的主线程,也叫UI线程,它就是ActivityThread,ActivityThread被创建时就会初始化Looper,这也是在主线程中默认可以使用Handler的原因。

Android的消息机制概述

前面提到Android的消息机制主要是指Handler的运行机制以及Handler所附带的MessageQueue和Looper的工作过程,这三者实际上是一个整体,只不过我们在开发过程中比较多地接触到Handler而已。Handler的主要作用是将一个任务切换到某个指定的线程中去执行,那么Android为什么要提供这个功能呢?或者说Android为什么需要提供在某个具体的线程中执行任务这种功能呢?这是因为Android规定访问UI只能在主线程中进行,如果在子线程中访问UI,那么程序就会抛出异常。ViewRootImpl对UI操作做了验证,这个验证工作是由ViewRootImpl的checkThread方法来完成的,如下所示:

void checkThread() {
if(mThread!=Thread.currentThread()){
throw new CalledFromWrongThreadException(
"only the original thread that created a view hierarchy can touch its view");
  }
}  

针对checkThread方法中抛出的异常信息,相信读者在开发中都曾经遇到过。由于这一点限制,导致必须在主线程中访问UI,但是Android又建议不要在主线程中进行耗时操作,否则会导致程序无法响应即ANR。必须考虑一种情况,假如我们需要从服务端拉取一些信息并将其显示在UI上,这个时候必须在子线程中进行拉取工作,拉取完毕后又不能在子线程中直接访问UI,如果没有Handler,那么我们的确没有办法将访问UI的工作切换到主线程中去执行。因此,系统之所以提供Handler,主要原因就是为了解决在子线程中无法访问UI的矛盾。

这里再延伸一点,系统为什么不允许在子线程中访问UI呢?这是因为Android的UI控件不是线程安全的,如果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,那为什么系统不对UI控件的访问加上锁机制呢?缺点有两个:首先加上锁机制会让UI访问的逻辑变得复杂;其次锁机制会降低UI的访问效率,因为锁机制会阻塞某些线程的执行。鉴于这两个缺点,最简单且高效的方法就是采用单线程模型来处理UI操作,对于开发者来说也不是很麻烦,只是通过Handler切换一下UI访问的执行线程即可。

注意

Handler创建时会采用当前线程的Looper来构建内部的消息循环系统,如果当前线程没有Looper,那么就会报错。

如何解决上述问题呢?

其实很简单,只需要为当前线程创建Looper即可,或者在一个有Looper的线程中创建Handler也行。

Handler创建完毕后,这个时候其内部的Looper以及MessageQueue就可以和Handler一起协同工作了,然后通过Handler的pose方法将一个Runnable投递到Handler内部的Looper中去处理。也可以通过Handler的send方法发送一个消息,这个消息同样在Looper中去处理。其实pose方法最终也是通过send方法来完成的,接下来主要看一下send方法的工作过程。当Handler的send方法被调用时,它会调用MessageQueue的enqueueMessage方法将这个消息放入到消息队列中,然后Looper发现有新消息到来时,就会处理这个消息,最终消息中的Runnable或者Handler的handlerMessage方法就会被调用。注意Looper是运行在创建Handler所在的线程中的,这样一来Handler中的业务逻辑就会被切换到创建Handler所在的线程中去执行了,这个过程可以用图表示如下:
这里写图片描述

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