Android-Handler机制详解 Handler

本文深入解析Android中的Handler机制,涵盖Handler的基本概念、使用方法、原理及其在多线程中的应用。详细介绍了Handler如何用于更新UI界面,以及消息传递的具体流程。

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1、handler是什么?
答:handler是更新UI界面的机制,也是消息处理的机制,我们可以发送消息,也可以处理消息
 
2、为什么要有Handler?
答:Android在设计的时候,封装了一套消息创建、传递、处理机制,如果不遵循这样的机制就没办法更新UI信息,就会抛出异常。
 
3、handler怎么用?
答:1、post(Runnable);
       2、postDelayed(Runnable ,long);
       3、sentMessage
       4、sentMessageDelayed
 
4、Android为什么要设置只能通过Handler机制更新UI?
答:最根本的问题解决多线程并发的问题;
      假设如果在一个Activity中,有多个线程去更新UI,并且都没有加锁机制,马么会产生生么样的问题?——更新界面混乱;
      如果对更新UI 的操作都加锁处理的话会产生什么样子的问题?——性能下降
      对于上述问题的考虑,Android提供了一套更新UI的机制,我们只需要遵循这样的机制就好了。
      不用关心多线程的问题,更新UI的操作,都是在主线程的消息队列当中轮询处理的。
 
5、handler的原理是什么?
答:1、handler封装消息的发送(主要包括消息发送给谁)
      2、Looper——消息封装的载体。(1)内部包含一个MessageQueue,所有的Handler发送的消息都走向这个消息队列;(2)Looper.Looper方法,就是一个死循环,不断地从MessageQueue取消息,如果有消息就处理消息,没有消息就阻塞。
      3、MessageQueue,一个消息队列,添加消息,处理消息
      4、handler内部与Looper关联,handler->Looper->MessageQueue,handler发送消息就是向MessageQueue队列发送消息。
     总结:handler负责发送消息,Looper负责轮训handler发送的消息,并把消息回传给handler自己。
              MessageQueue存储消息的容器。
 
6、HandlerThread的作用是什么?
答:HandlerThread thread=new HandlerThread("handler thread");自动含等待机制,等Looper创建好了,才创建Handler,避免出现空指针异常。
 
7、主线程
* ActivityThread 默认创建main线程,main中默认创建Looper,Looper默认创建MessageQueue
* threadLocal保存线程的变量信息,方法包括:set,get
 
8、Android更新UI的方式?
答:1、runOnUIThread
   2、handler post
   3、handler sendMessage
   4、view post
 
9、非UI线程真的不能更新UI吗?
答:不一定,之所以子线程不能更新界面,是因为Android在线程的方法里面采用checkThread进行判断是否是主线程,而这个方法是在ViewRootImpl中的,这个类是在onResume里面才生成的,因此,如果这个时候子线程在onCreate方法里面生成更新UI,而且没有做阻塞,就是耗时多的操作,还是可以更新UI的。
 
10、使用Handler遇到的问题?
答:比如说子线程更新UI,是因为触发了checkThread方法检查是否在主线程更新UI,还有就是子线程中没有Looper,这个原因是因为Handler的机制引起的,因为Handler发送Message的时候,需要将Message放到MessageQueue里面,而这个时候如果没有Looper的话,就无法循环输出MessageQueue了,这个时候就会报Looper为空的错误。
 
11、主线程怎么通知子线程?

答:可以利用HandlerThread进行生成一个子线程的Handler,并且实现handlerMessage方法,然后在主线程里面也生成一个Handler,然后通过调用sendMessage方法进行通知子线程。同样,子线程里面也可以调用sendMessage方法进行通知主线程。这样做的好处比如有些图片的加载啊,网络的访问啊可能会比较耗时,所以放到子线程里面做是比较合适的。

Handler的简单使用
既然子线程不能更改界面,那么我们现在就借助Handler让我们更改一下界面:
主要步骤是这样子的:
1、new出来一个Handler对象,复写handleMessage方法
2、在需要执行更新UI的地方 sendEmptyMessage 或者 sendMessage
3、在handleMessage里面的switch里面case不同的常量执行相关操作

附上代码:

public class MainActivity extends Activity {

    private TextView mTv;
    private Handler mHandler;
    private static final int MSG_UPDATE_TEXT = 0x2001; // 更新文本  方式一用的常量
    private static final int MSG_UPDATE_WAY_TWO = 0x2002;  // 更新文本 方式二用的常量

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        mHandler=new Handler(){
            @Override
            public void handleMessage(Message msg) {
                switch (msg.what){
                    case MSG_UPDATE_TEXT:
                        mTv.setText("让Handler更改界面");
                        break;


                    case MSG_UPDATE_WAY_TWO:
                        mTv.setText("让Handler更改界面方式二");
                        break;
                }
            }
        };
        mTv= (TextView) findViewById(R.id.mTv);
        mTv.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
            @Override
            public void onClick(View v) {
                Log.d("Test", "点击文字");
                // 方式一和方式二可以达到相同的效果,就是更改界面
                // 方式一
                //mHandler.sendEmptyMessage(MSG_UPDATE_TEXT);
                // 方式二
                Message msg =Message.obtain();
                msg.what= MSG_UPDATE_WAY_TWO;
                mHandler.sendMessage(msg);
            }
        });
    }

/*    private void sonThreadUpdateUi(){
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                mTv.setText("子线程想要更改界面");
            }
        }).start();
    }*/
}

二、消息机制的分析理解

安卓的异步消息处理机制就是handler机制。

主线程,ActivityThread被创建的时候就会创建Looper

Looper被创建的时候创建MessageQueue。

也就是说主线程会直接或简介创建出来Looper和MessageQueue。

Handler的工作机制简单来说是这样的

1、Handler发送消息仅仅是调用MessageQueue的enqueueMessage向插入一条信息到MessageQueue

2、Looper不断轮询调用MeaasgaQueue的next方法

3、如果发现message就调用handler的dispatchMessage,ldispatchMessage被成功调用,接着调用handlerMessage()

简图

1、Handler的铁三角—— Handler、MessageQueue和Lopper

android的消息机制就是指Handler机制,Handler机制的运行需要MeeageQueue和Looper的辅助。

注意: 我们常常用Handler来更新UI,但是不是说Handler就是把用来更新UI的,我们的耗时的I/O操作,读取文件,访问网络等等都是可以在Handler里面操作的

2、MessageQueue(消息队列)的工作原理

MessageQueue中文翻译就是消息队列,它内部存储了一组信息,存放的是Message,以队列的形式对外提供了插入和删除的工作(虽然名字叫做队列,但是其内部的 存储结构是单链表)
主要 插入 和 读取 两个操作,这两个操作对应着两个方法:
插入(入队) enqueueMessage(Message msg, long when)
读取(出队) next()

enqueueMessage方法

    boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
        if (msg.target == null) {
            throw new IllegalArgumentException("Message must have a target.");
        }
        if (msg.isInUse()) {
            throw new IllegalStateException(msg + " This message is already in use.");
        }

        synchronized (this) {
            if (mQuitting) {
                IllegalStateException e = new IllegalStateException(
                        msg.target + " sending message to a Handler on a dead thread");
                Log.w(TAG, e.getMessage(), e);
                msg.recycle();
                return false;
            }

            msg.markInUse();
            msg.when = when;
            Message p = mMessages;
            boolean needWake;
            if (p == null || when == 0 || when < p.when) {
                // New head, wake up the event queue if blocked.
                msg.next = p;
                mMessages = msg;
                needWake = mBlocked;
            } else {
                // Inserted within the middle of the queue.  Usually we don't have to wake
                // up the event queue unless there is a barrier at the head of the queue
                // and the message is the earliest asynchronous message in the queue.
                needWake = mBlocked && p.target == null && msg.isAsynchronous();
                Message prev;
                for (;;) {
                    prev = p;
                    p = p.next;
                    if (p == null || when < p.when) {
                        break;
                    }
                    if (needWake && p.isAsynchronous()) {
                        needWake = false;
                    }
                }
                msg.next = p; // invariant: p == prev.next
                prev.next = msg;
            }

            // We can assume mPtr != 0 because mQuitting is false.
            if (needWake) {
                nativeWake(mPtr);
            }
        }
        return true;
    }



next方法
next方法在这里是一个无限循环的方法,如果消息队列里面没有消息,那么他就会处于阻塞状态,当有新的消息到来的时,next就会返回这条消息并且将其从单链表中移除。

Message More ...next() {
128        // Return here if the message loop has already quit and been disposed.
129        // This can happen if the application tries to restart a looper after quit
130        // which is not supported.
131        final long ptr = mPtr;
132        if (ptr == 0) {
133            return null;
134        }
135
136        int pendingIdleHandlerCount = -1; // -1 only during first iteration
137        int nextPollTimeoutMillis = 0;
138        for (;;) {
139            if (nextPollTimeoutMillis != 0) {
140                Binder.flushPendingCommands();
141            }
142
143            nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);
144
145            synchronized (this) {
146                // Try to retrieve the next message.  Return if found.
147                final long now = SystemClock.uptimeMillis();
148                Message prevMsg = null;
149                Message msg = mMessages;
150                if (msg != null && msg.target == null) {
151                    // Stalled by a barrier.  Find the next asynchronous message in the queue.
152                    do {
153                        prevMsg = msg;
154                        msg = msg.next;
155                    } while (msg != null && !msg.isAsynchronous());
156                }
157                if (msg != null) {
158                    if (now < msg.when) {
159                        // Next message is not ready.  Set a timeout to wake up when it is ready.
160                        nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE);
161                    } else {
162                        // Got a message.
163                        mBlocked = false;
164                        if (prevMsg != null) {
165                            prevMsg.next = msg.next;
166                        } else {
167                            mMessages = msg.next;
168                        }
169                        msg.next = null;
170                        if (false) Log.v("MessageQueue", "Returning message: " + msg);
171                        return msg;
172                    }
173                } else {
174                    // No more messages.
175                    nextPollTimeoutMillis = -1;
176                }
177
178                // Process the quit message now that all pending messages have been handled.
179                if (mQuitting) {
180                    dispose();
181                    return null;
182                }
183
184                // If first time idle, then get the number of idlers to run.
185                // Idle handles only run if the queue is empty or if the first message
186                // in the queue (possibly a barrier) is due to be handled in the future.
187                if (pendingIdleHandlerCount < 0
188                        && (mMessages == null || now < mMessages.when)) {
189                    pendingIdleHandlerCount = mIdleHandlers.size();
190                }
191                if (pendingIdleHandlerCount <= 0) {
192                    // No idle handlers to run.  Loop and wait some more.
193                    mBlocked = true;
194                    continue;
195                }
196
197                if (mPendingIdleHandlers == null) {
198                    mPendingIdleHandlers = new IdleHandler[Math.max(pendingIdleHandlerCount, 4)];
199                }
200                mPendingIdleHandlers = mIdleHandlers.toArray(mPendingIdleHandlers);
201            }
202
203            // Run the idle handlers.
204            // We only ever reach this code block during the first iteration.
205            for (int i = 0; i < pendingIdleHandlerCount; i++) {
206                final IdleHandler idler = mPendingIdleHandlers[i];
207                mPendingIdleHandlers[i] = null; // release the reference to the handler
208
209                boolean keep = false;
210                try {
211                    keep = idler.queueIdle();
212                } catch (Throwable t) {
213                    Log.wtf("MessageQueue", "IdleHandler threw exception", t);
214                }
215
216                if (!keep) {
217                    synchronized (this) {
218                        mIdleHandlers.remove(idler);
219                    }
220                }
221            }
222
223            // Reset the idle handler count to 0 so we do not run them again.
224            pendingIdleHandlerCount = 0;
225
226            // While calling an idle handler, a new message could have been delivered
227            // so go back and look again for a pending message without waiting.
228            nextPollTimeoutMillis = 0;
229        }
230    }


3、Looper的工作原理

Looper中文翻译是轮询器或者消息泵或者循环。个人还是叫做轮询器比较形象一些。

3.1、Looper的作用

Looper是一个轮询器,它的作用不断轮询MessageQueue,当如果有新的消息就交给Handler处理,如果轮询不到新的消息,那就自身就处于阻塞状态。

3.2、Looper的构造函数创建了MessageQueue

我们通过查看Loop而这个类,可以发现的他的构造方法里面创建了一个MessageQueue,然后将当前线程的对象保存起来

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

3.3、new Handler的hanlder不能没有Looper

new出来一个Handler但是没有创建Looper的话就会报错。
"Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()"); ,
解决办法就是new Handler的时候加上Looper.prepare();
如下代码中,如果handler2加上Looper.prepare();没有就会报错
public class MainActivity extends Activity {   
    private Handler handler1;  
    private Handler handler2;  
  
    @Override  
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {  
        super.onCreate(savedInstanceState);  
        setContentView(R.layout.activity_main);  
        handler1 = new Handler();  
        new Thread(new Runnable() {  
            @Override  
            public void run() {  
                Looper.prepare();  
                handler2 = new Handler();  
            }  
        }).start();  
    }  
}  

3.4、主线程(ActivityThread),被创建的时候就会创建一个Looper

线程默认是没有Looper的,但是为什么在主线程没有创建的Looper就可以使用Handler?主线程是特别的。主线程,也就是ActivityThread,主线程被创建的时候就会创建一个Looper,这点是比较特殊的,也正因为这点,所以我们在主线程创建了Handler就直接能用了。

3.5、Looper的ThreadLocal

Looper有一个特殊的概念,那就是ThreadLocal,(他并不是线程),他的作用是帮助Handler获得当前线程的Looper(多个线程可能有多个Looper)
Looper 的几个方法
创建:
Looper.prepare() : 为当前线程创建一个Looper
prepareMainLooper() : UI线程(ActivityThread)创建Looper的
开启:
Looper.loop() : 开启消息轮询
退出
quit() : 直接退出Looper
quitSafely() : 设定一个标记,只有当目前已有消息处理完毕之后才会执行退出操作。
注意:当Looper退出后,Handler就无法发送消息,send出去的消息会返回false;当我们在子线程中创建了Looper并且所有的消息都处理完毕的时候,要记得调用 quit 方法,不让这个Looper就一直处于阻塞状态一直那么等待下去
Looper这个类里面最重要的方法就是loop()开启消息循环这个方法了,看一下代码:
    Run the message queue in this thread. Be sure to call quit() to end the loop.

    public static void More ...loop() {
       final Looper me = myLooper();
       if (me == null) {
           throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
       }
114        final MessageQueue queue = me.mQueue;
115
116        // Make sure the identity of this thread is that of the local process,
117        // and keep track of what that identity token actually is.
118        Binder.clearCallingIdentity();
119        final long ident = Binder.clearCallingIdentity();
120
121        for (;;) {
122            Message msg = queue.next(); // might block
123            if (msg == null) {
124                // No message indicates that the message queue is quitting.
125                return;
126            }
127
128            // This must be in a local variable, in case a UI event sets the logger
129            Printer logging = me.mLogging;
130            if (logging != null) {
131                logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " +
132                        msg.callback + ": " + msg.what);
133            }
134
135            msg.target.dispatchMessage(msg);
136
137            if (logging != null) {
138                logging.println("<<<<< Finished to " + msg.target + " " + msg.callback);
139            }
140
141            // Make sure that during the course of dispatching the
142            // identity of the thread wasn't corrupted.
143            final long newIdent = Binder.clearCallingIdentity();
144            if (ident != newIdent) {
145                Log.wtf(TAG, "Thread identity changed from 0x"
146                        + Long.toHexString(ident) + " to 0x"
147                        + Long.toHexString(newIdent) + " while dispatching to "
148                        + msg.target.getClass().getName() + " "
149                        + msg.callback + " what=" + msg.what);
150            }
151
152            msg.recycleUnchecked();
153        }
154    }
通过代码我们知道:looper方法是一个死循环,唯一跳出的循环的方式是MessageQueue的next方法返回null,但是基本上是不可能的。如果我们不手动调用quit或者quitSafely方法的话,MessageQueue的next方法是不可能返回null的。
因为当MessageQueue没有消息时,next方法会一直阻塞在那里,因为MessageQueue的next方法阻塞了,就导致Looper的loop方法也一直在阻塞了。
这里我们那一分为二的谈,
loop轮询不到消息:那么处于阻塞状态,然后就没有然后了,除了又轮询到了新的消息
loop轮到了新的消息:Looper就会处理消息
1、msg.target.dispatchMessage(msg),这里的 msg.targe就是指Handler对象
2、一圈下来,Handler发送的消息有交给了自己的dispatchMessage方法来处理了。(这个dispatchMessage方法不是Handler自己调用时,是与Handler相相关的Looper简介调用的),这样下来,就成功地将逻辑切换到指定的线程当中去了

4、Handler的工作原理

4.1、Handler主要工作
主要工作:消息的 发送 和 接受 。

4.2、Handler消息发送的形式

先附上两份最简单的日常正常使用post和send方式的代码
send方式sendEmptyMessage方法的小demo
public class MainActivity extends Activity {
    private static final int MSG_CHANGE_TEXT = 0x2001;
    private TextView mTv;
    private Handler handler = new Handler(){
        @Override
        public void handleMessage(Message msg) {
            super.handleMessage(msg);
            switch (msg.what){
                case MSG_CHANGE_TEXT:
                    mTv.setText("send方式修改的文字");
                    break;
            }
        }
    };;
    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        mTv= (TextView) findViewById(R.id.mTv);
        mTv.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
            @Override
            public void onClick(View v) {
                handler.sendEmptyMessage(MSG_CHANGE_TEXT);
            }
        });
    }
}
post方式的postDelayed方法的小demo
public class MainActivity extends Activity {
    private Handler handler;
    private TextView mTv;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        handler = new Handler();
        mTv = (TextView) findViewById(R.id.mTv);
        mTv.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
            @Override
            public void onClick(View v) {
                change();
            }
        });
    }

    private void change(){
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                handler.postDelayed(new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {
                        mTv.setText("啊哈哈哈");
                    }
                },300);
            }
        }).start();
    }
}
两种形式,post和send
其实post最终还是会调用send
Handler的部分post和send的源码
post部分
我们发现,5个关于post的方法里面,调来调去就是3个方法
sendMessageDelayed
sendMessageAtTime
sendMessageAtFrontOfQueue (postAtFrontOfQueue方法一家独有)

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

public final boolean postAtTime(Runnable r, long uptimeMillis)
{
        return sendMessageAtTime(getPostMessage(r), uptimeMillis);
}

public final boolean postAtTime(Runnable r, Object token, long uptimeMillis)
{
        return sendMessageAtTime(getPostMessage(r, token), uptimeMillis);
}

public final boolean postDelayed(Runnable r, long delayMillis)
{
        return sendMessageDelayed(getPostMessage(r), delayMillis);
}

public final boolean postAtFrontOfQueue(Runnable r)
{
        return sendMessageAtFrontOfQueue(getPostMessage(r));
}

send部分
我们发现,send相关的方法也有5个,这5个方法调用的就是这么几个方法
sendMessageDelayed
sendMessageAtTime
sendEmptyMessageDelayed (sendEmptyMessage方法一家独占)
public final boolean sendMessage(Message msg)
{
        return sendMessageDelayed(msg, 0);
}

public final boolean sendEmptyMessage(int what)
{
        return sendEmptyMessageDelayed(what, 0);
}

public final boolean sendEmptyMessageDelayed(int what, long delayMillis) {
        Message msg = Message.obtain();
        msg.what = what;
        return sendMessageDelayed(msg, delayMillis);
}

public final boolean sendEmptyMessageAtTime(int what, long uptimeMillis) {
        Message msg = Message.obtain();
        msg.what = what;
        return sendMessageAtTime(msg, uptimeMillis);
}

public final boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis)
{
        if (delayMillis < 0) {
            delayMillis = 0;
        }
        return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis);
}
殊途同归,最后10 个方法都进入了enqueueMessage方法
private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
        msg.target = this;
        if (mAsynchronous) {
            msg.setAsynchronous(true);
        }
        return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}
我们看到,5个post方法,5个send方法,这10个方法加起来调来调去也就是另外的4个方法,分别是
sendMessageDelayed (post和send都有调用)
sendMessageAtTime (post和send都有调用)
sendMessageAtFrontOfQueue (postAtFrontOfQueue方法一家独有)
sendEmptyMessageDelayed (sendEmptyMessage方法一家独占)
我们发现,sendMessageAtTime和sendMessageAtFrontOfQueue这两个方法最终都是调用Handler里面的enqueueMessage方法
sendMessageDelayed调用了sendMessageAtTime,sendMessageAtTime最后也是调用enqueueMessage
最曲折的路线,sendEmptyMessageDelayed调用了sendMessageDelayed,然后sendMessageDelayed sendMessageAtTime,最后sendMessageAtTime调用enqueueMessage。
也就是说,除了post方式的postAtFrontOfQueue方法所调用的sendMessageAtFrontOfQueue方法不用postAtTime,
其他的post和send加起来的9个方法都直接或者间接地调用了
postAtTime 方法。
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