Android 高级进阶之深入剖析消息机制

Android 高级进阶之深入剖析消息机制

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写在前边

今天分享的内容是深入剖析 Android 的消息机制,有些人问了,一些功能会用不就行了吗?为什么还要分析底层源码呢?今天小鹿告诉你的是很多开源的项目都已经不需要我们造*了,重复造*是多么愚蠢的一件事。但是,Android 的底层源码和一些功能的实现让我们学习到底层的模式和逻辑实现。

学编程什么最重要,当然是逻辑思维了,即使你什么功能都能实现,逻辑思维能力差照样啥都干不了。你的思维逻辑能力差,在技术路线上已经决定了你的高度。

Android 的消息机制

Android 的消息机制主要是指 Handlerr 的运行需要底层的 MessageQueue 和 Looper 的支撑。

(1)MessageQueue 的中文翻译是消息队列。以队列的形式对外提供插入和删除工作。虽然叫做消息队列,但是内部存储结构并不是真正的队列,而是以单链表的数据结构来存储消息列表。

(2)Looper 的中文翻译为循环,我们叫它消息循环。由于 MessageQueue 只是一个存储单元,不会去处理消息。而 Looper 确弥补了这个功能,Looper 会以无限无限循环的形式去查找是否有新的消息,有的话就去处理消息,否则就一直等待。

学习思维导图:

以后文章中的思维导图是小鹿给大家精心整理的,这样对每篇分享的文章都有一个清晰地结构,有利于复习和整理。

Android 高级进阶之深入剖析消息机制

一、Android 消息机制概述

Android 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。Handler 的主要作用就是将一个任务切换到某个指定的线程中去执行。

概述

(1)思考:为什么 Android 要提供这个功能呢?

答:因为 Android 规定访问 UI 线程只能在主线程中进行的,如果在子线程中访问 UI ,那么程序就会抛出异常。

(2)源码:经过查看看源码的 checkThread()方法对更新 UI 是否在主线程中更新,进行抛出异常信息提示开发者(相信在开发中都遇到过这个种情况)。

(3)过程:由于以上限制,这就要求开发者必须在主线程中更新 UI,但是 Android 又建议不要在主线程中进行过于耗时的工作,否则会产生应用程序无响应 ANR。考虑到这种情况,当我们在服务器拉去一些信息并显示到 UI 上时,拉去工作我们将在子线程中进行,拉取完毕之后不能再子线程中直接更新 UI ,没有 Handler ,那我们的确没有办法将访问 UI 的工作切换到主线程去执行。因此,系统之所以给我们提供 Handler,主要原因是为了解决在子线程中无法访问 UI 的矛盾。

(4)问题:

① 为什么不能再子线程中更新 UI? 
答 : 因为 Android 的 UI 控件不是线性安全的。如果在多线程中并发的访问可能会导致 UI 控件处于不可预期的状态。

② 为什么不对 UI 控件的访问加上锁机制呢? 

答 :首先,加上锁机制会让访问 UI 变的复杂,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。

最简单最高效的就是采用单线程模型来处理 UI 操作,只需通过 Handlerr 切换一下 UI 访问的执行线程即可。

Handler 的工作原理

Handler 创建时就会采用当前的 Looper 来构建内部的消息循环系统,如果当前没有 Looper ,那么就会报错。

怎么解决上述问题?两个方法:

① 为当前线程创建 Looper 即可。
② 在 Looper 的线程中创建 Handler 也可以。

工作原理

(1)Handler 创建过程: Handler 被创建之后,内部的 MessageQueue 和 Looper 就与 Handler 一起工作协同工作了, 然后通过 Handler 的 post 方法将一个 Runnable 投递给 Handler 内部的 Looper 去处理;也可以通过 Handler 的 send 方法发送一个消息,也是通过 Looper 去处理的,其实 Post 方法最终也是通过 send 方法来完成的..

(2)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 方法将这个消息放到消息队列中,然后 Looper 发现新消息,就会处理这个消息,最终消息的 Runnable 或者 Handler 的 handlerMessage 方法就会被调用。

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二、 Android 的消息机制分析

消息队列的工作原理

消息队列在 Android 主要是指 MessageQueue ,MessageQueue 主要包括两个操作:插入和删除。消息队列的内部实现并不是队列,实际上通过一条单链表的数据结构来维护消息队列,单链表在插入删除上很有优势。

① 插入(enqueueMessage):往消息队列中插入一条消息。(源码实现就是单链表的插入)

② 删除(next):从消息队列中取出一条消息并将其从消息队列中移除。(next 是一个无限循环的方法,消息队列没有信息就处于阻塞状态,有新消息到来就执行单链表的删除)

Lopper 的工作原理

Looper 在 Android 消息机制中扮演着消息循环的角色,作用:不停地从 MessageQueue 中查看是否有新的消息,如果有消息就会立刻处理,如果没有消息就会处于阻塞状态。

(1) Looper 的构造方法

① 创建一个 MessageQueue 消息队列。

② 将当前线程的对象保存起来。

(2)如何为一个线程创建 Looper

(Handle 的工作需要 Looper,没有 Looper 就会报错)

 ① 通过 Looper.prepare() 方法为线程创建一个 Looper 。

 ② 通过 Looper.loop() 方法来开启消息循环。

(3)创建线程的另一种方法

① 主线程 Looper 的获取。 Looper 这个方法主要给线程也就是 ActivityThread 创建 Looper 使用的,本质也是通过 prepare 来实现的,由于主线程的 Looper 比较特殊,所以 Looper 提供了一个 getMainLopper 的方法获取主线程的 Looper。

② Looper 的退出。****Looper 提供了两个方法:quit 方法和 quitSafely 方法。

两者区别:quite 直接退出 Looper。

而 quitSafely 只是设定一个退出标记,先把消息队列中的消息处理完之后再退出

(4)Looper.loop() 方法实现原理

loop 是一个死循环,唯一能跳出循环的方法就是 MessageQueue 的 next 方法返回了 null。当 Looper 的 quit 方法被调用时,MessageQueue 的 quit 方法或者 quitSafely 方法就会通知消息队列退出,当消息队列被标记为退出状态时,next 就会返回一个 null。Looper 是必须退出的,否则 loop 会永远循环下去。 

loop 方法会调用 MessageQueue 的 next 方法获取消息,如果 MessageQueue 没有消息,next 就会处于阻塞状态,loop 方法也会处于阻塞状态。

详解 Handler 的工作原理

Handler 的主要工作就是发送和接收消息。消息的发送可以通过 post 一系列方法以及 send 的一系列方法来实现,post 的一系列方法最终都是通过 send 一系列方法来实现的。

代码实现:


 1public class HandlerActivity extends Activity {
 2
 3    @Override
 4    protected void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState) {
 5        super.onCreate(savedInstanceState);
 6        setContentView(R.layout.activity_main);
 7
 8        //开启线程
 9        handler();
10    }
11    //主线程
12    Handler handler = new Handler(){
13
14        @Override
15        public void handleMessage(Message msg) {
16            super.handleMessage(msg);
17            switch (msg.what) {
18                case 1:
19                    // 获取Message里面的复杂数据
20                    Bundle date = new Bundle();
21                    date = msg.getData();
22                    String name = date.getString("name");
23                    int age = date.getInt("age");
24                    String sex = date.getString("sex");
25                    //这里是主线程,可进行对UI的更新
26                    textView.setText(name)
27            }
28        }
29    };
30
31    //子线程
32    public void handler(){
33        new Thread(new Runnable() {
34            @Override
35            public void run() {
36                Message message = new Message();
37                message.what = 1;
38
39                // Message对象保存的数据是Bundle类型的
40                Bundle data = new Bundle();
41                data.putString("name", "李文志");
42                data.putInt("age", 18);
43                data.putString("sex", "男");
44                // 把数据保存到Message对象中
45                message.setData(data);
46                // 使用Handler对象发送消息
47                handler.sendMessage(message);
48            }
49        }).start();
50    }
51}

发送消息

通过对源码分析,Handler 发送消息的过程仅仅是向消息队列中插入一条信息,MessageQueue 的 next 方法就会返回这条信息给 Looper ,Looper 接收到消息之后就立即处理,由 Looper 交给 Handler 去处理消息,Handler 的 dispatchMessage 方法就会被调用,这时候 Handler 就进入了消息处理阶段。

消息处理

Android 高级进阶之深入剖析消息机制

深入 dispatchMessage 的源代码进行分析,Handler 处理消息如下:

① 首先检查 Message 的 callback 是否为 null, 不为 null 就通过 handlerCallback 来处理消息。(Message的 callback 是一个 Runnable d 对象,实际上就是 post 方法所递的 Runnable 参数)

② 其次检查 mCallback 是否为 null,不为 null 就调用 mCallback 的 handlerMessage 方法来处理消息。Callback 是个接口。

③ 我们通过 Callback 可以采用如下的方式来创建 Handle 对象。


1Handler handler = new Handler(callback);

这样创建的意义就是创建一个实例但是并不需要派生 Handler 的子类。

④ 但是,在我们的日常开发中,经常派生一个 Handler 的子类并重写其 handleMessage 方法来处理具体的消息,如果不想创建派生子类,就可以通过 Callback 来实现。

主线程的消息循环

Android 的主线程就是 ActivityThread,主线程的入口方法为 main ,在 main 方法中系统会通过 Looper.prepareMainLooper();来创建主线程的 Looper 以及 MessageQueue ,并通过 Looper.loop() 来开启主线程的消息循环。

主线程的消息循环开始了以后,ActivityThread 还需要一个 Handler 来和消息队列进行交互,这个 Handler 就是 ActivityThread.H 。ActivityThread 通过 ApplicationThread 和 AMS 进行进程间通信,AMS 以进程间通信的方式完成 ActvityThread 的请求后会回调 ApplicationThread 中的 Binder 方法,然后 ApplicationThread 向 H 发送消息,H 收到消息会将 ApplicationThread 中的逻辑切换到 ActivityThread 中去执行,即切换到主线程中去执行,这个过程就是主线程的消息循环模型。

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