一、什么是异步消息处理机制?

Android异步消息系统框架

Handler主要用于共享内存地址的两个线程通信，即同一进程的不同线程进行通信。

Handler主要角色: Handler、Message、Looper、MessageQueue

  • Message：消息分为硬件产生的消息(如按钮、触摸)和软件生成的消息；
  • MessageQueue：消息队列的主要功能向消息池投递消息(MessageQueue.enqueueMessage)和取走消息池的消息(MessageQueue.next)；
  • Handler：消息辅助类，主要功能向消息池发送各种消息事件(Handler.sendMessage)和处理相应消息事件(Handler.handleMessage)；
  • Looper：不断循环执行(Looper.loop)，按分发机制将消息分发给目标处理者。

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为什么消息发出去又回来了呢? 同步与异步的区别会讲到

架构图

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同步与异步的区别

基本概念

同步的任务执行: 在执行程序时，如果没有收到执行结果，就一直等，继续往下执行，直到收到执行结果，才接着往下执行

异步的任务执行: 在执行程序时，如果遇到需要等待的任务，就另外开辟一个子线程去执行它，自己继续往下执行其他程序，子线程有结果时，会将结果发送给主线程。

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实际例子

以扫本次分享会结束后的二维码问卷为例子，同步分为阻塞和非阻塞，异步就是非阻塞一种类型。

以下例子以我为主线程。

同步阻塞: 我必须等到在座的各位都填完二维码才离开，才能做其他的事情。

同步非阻塞: 我不必须等到在座的各位填完二维码才离开，我可以去喝杯水再过来看看大家有没有填好，在我回来看之前我可以做其他的任何事情。只是轮询的去查看任务有没有完成。

异步非阻塞: 我讲完本次分享会的内容二维码摆在显示器上，合上电脑就走，做其他的事情，等大家填完了，手机的小米办公软件会收到各位填写完毕的通知。

总而言之就是; 同步阻塞就是任务没有完成，继续等待； 同步非阻塞任务没有完成，可以做其他事情，轮询看任务有没有完成；异步任务是否完成都能够做其他事情，子线程完成会通知任务是否完成。

二、为什么需要用异步消息处理机制?

UI线程安全

Android当中如果使用子线程更新UI会出现异常，导致出现崩溃。因为在 Android 中线程可以有好多个，如果每个线程都可以对 UI 进行访问（多线程并发访问），可能会导致 UI 控件处于不可预期的状态，这是线程不安全的。

什么时候子线程能够更新UI？

Android 每次刷新 UI 的时候，根布局 ViewRootImpl 会对 UI 操作做验证，这个验证是由 ViewRootImpl 中的 checkThread() 方法来完成：

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public final class ViewRootImpl implements ViewParent, View.AttachInfo.Callbacks, 
				ThreadedRenderer.DrawCallbacks {
  void checkThread() {
    if (mThread != Thread.currentThread()) {
      throw new CalledFromWrongThreadException(
        "Only the original thread that created a view hierarchy can touch its views.");
    }
  }       
}

ViewRootImpl 的创建在 onResume 之后，对线程的异常检测处理在 ViewRootImpl 创建之后，也就是说如果在 onReusme 执行前其他线程访问 UI 的话是不会报错的。

ANR

主线程处理长时间耗时任务，那么app会出现无响应提示（超过5s会提示），也就是会报ANR异常

三、如何创建Handler?

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public class MainActivity extends Activity {
	private Handler handler1;
	private Handler handler2;
	@Override
	protected void onCreate(Bundle saveInstanceState) {
		super.onCreate(saveInstanceState);
		setContentView(R.layout.activity_main);
		handler1 = new Handler();√
		new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				handler2 = new Handler(); x
			}
		}).start();
	}
}

在主线程中Looper和MessageQueue已经提前创建好了（Activity启动流程的ActivityThread#main()里面会创建），而子线程当中没有。

ActivityThread#main()

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// 伪代码
public static void main(String[] strs) {
	// 准备住Looper
	Looper.prepareMainLooper();
	// 创建ActivityThread实例
	ActivityThread thread = new ActivityThread();
	// 向AMS注册当前线程
	thread.attach(false);
	// 启动消息循环
	Looper.loop();
}

无参构造

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public Handler() {
    this(null, false);
}

public Handler(Callback callback, boolean async) {
    //匿名类、内部类或本地类都必须申明为static，否则会警告可能出现内存泄露
    if (FIND_POTENTIAL_LEAKS) {
        final Class<? extends Handler> klass = getClass();
        if ((klass.isAnonymousClass() || klass.isMemberClass() || klass.isLocalClass()) &&
                (klass.getModifiers() & Modifier.STATIC) == 0) {
            Log.w(TAG, "The following Handler class should be static or leaks might occur: " +
                klass.getCanonicalName());
        }
    }
    //必须先执行Looper.prepare()，才能获取Looper对象，否则为null.
    mLooper = Looper.myLooper();  //从当前线程的TLS中获取Looper对象
    if (mLooper == null) {
        throw new RuntimeException("Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");
    }
    mQueue = mLooper.mQueue; //消息队列，来自Looper对象
    mCallback = callback;  //回调方法
    mAsynchronous = async; //设置消息是否为异步处理方式
}
Looper#myLooper()
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public static @Nullable Looper myLooper() {
        return sThreadLocal.get();
    }
Looper#prepare()
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private static void prepare(boolean quitAllowed) {
    //每个线程只允许执行一次该方法，第二次执行时线程的TLS已有数据，则会抛出异常。
    if (sThreadLocal.get() != null) {
        throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
    }
    //创建Looper对象，并保存到当前线程的TLS区域
    sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));
}

Looper 是如何与 Thread 关联的？

Looper 与 Thread 之间是通过 ThreadLocal 关联的，在 Looper.prepare() 方法中，有一个 ThreadLocal 类型的 sThreadLocal 静态字段，Looper 通过它的 get 和 set 方法来赋值和取值。 由于 ThreadLocal 是与线程绑定的，所以只要把 Looper 与 ThreadLocal 绑定了，那 Looper 和 Thread 也就关联上了。

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ThreadLocal#get()
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public T get() {
    // 获取当前线程
    Thread t = Thread.currentThread();
    // 获取当前线程的ThreadLocalMap
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null) {
        // 从map中获取当前ThreadLocal的Entry
        ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
        if (e != null) {
            @SuppressWarnings("unchecked")
            T result = (T) e.value; // 获取值
            return result;
        }
    }
    // 如果没有找到值，则调用initialValue()进行初始化
    return setInitialValue(t);
}
ThreadLocal#set()
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public void set(T value) {
    Thread t = Thread.currentThread();
    // 获取当前线程的ThreadLocalMap
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null) {
        map.put(this, value); // 存储值
    } else {
        createMap(t, value); // 创建新的ThreadLocalMap并存储值
    }
}

有参构造

在子线程当中使用到

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public Handler(Looper looper) {
    this(looper, null, false);
}

public Handler(Looper looper, Callback callback, boolean async) {
    mLooper = looper;
    mQueue = looper.mQueue;
    mCallback = callback;
    mAsynchronous = async;
}

四、如何发送消息?

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new Thread(new Runnable() {
	@Override
	public void run() {
		Message message = new Message();
		message.arg1 = 1;
		Bundle bundle = new Bundle();
		bundle.putString("data", "value");
		message.setData(bundle);
		handler.sendMessage(message);
	}
})

消息发送到哪去?

消息调用链

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sendEmptyMessage
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public final boolean sendEmptyMessage(int what) {
    return sendEmptyMessageDelayed(what, 0);
}
sendEmptyMessageDelayed
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public final boolean sendEmptyMessageDelayed(int what, long delayMillis) {
    Message msg = Message.obtain();
    msg.what = what;
    return sendMessageDelayed(msg, delayMillis);
}
sendMessageDelayed
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public final boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis) {
    if (delayMillis < 0) {
        delayMillis = 0;
    }
    return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis);
}
sendMessageAtTime
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public boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis) {
    MessageQueue queue = mQueue;
    if (queue == null) {
        return false;
    }
    return enqueueMessage(queue, msg, uptimeMillis);
}
sendMessageAtFrontOfQueue
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public final boolean sendMessageAtFrontOfQueue(Message msg) {
    MessageQueue queue = mQueue;
    if (queue == null) {
        return false;
    }
    return enqueueMessage(queue, msg, 0);
}

该方法通过设置消息的触发时间为0，从而使Message加入到消息队列的队头。

enqueueMessage
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private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
    msg.target = this;
    if (mAsynchronous) {
        msg.setAsynchronous(true);
    }
    return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis); 
}

MessageQueue#enqueueMessage()

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boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
    // 每一个普通Message必须有一个target
    if (msg.target == null) {
        throw new IllegalArgumentException("Message must have a target.");
    }

    // 检查消息是否正在使用
    if (msg.isInUse()) {
        throw new IllegalStateException(msg + " This message is already in use.");
    }

    synchronized (this) {
        // 如果正在退出，回收消息并返回
        if (mQuitting) {
            msg.recycle();
            return false;
        }

        // 标记消息为正在使用
        msg.markInUse();
        msg.when = when; // 设置消息的触发时间

        Message p = mMessages; // 获取当前消息队列的头部
        boolean needWake;

        // 如果队列为空或新消息的触发时间早于当前队列中的第一个消息
        if (p == null || when == 0 || when < p.when) {
            // 新消息成为队头，唤醒事件队列（如果被阻塞）
            msg.next = p;
            mMessages = msg;
            needWake = mBlocked;
        } else {
            // 将新消息按时间顺序插入到队列中
            needWake = mBlocked && p.target == null && msg.isAsynchronous();

            Message prev;
            for (;;) {
                prev = p;
                p = p.next;

                // 找到插入位置
                if (p == null || when < p.when) {
                    prev.next = msg; // 插入新消息
                    msg.next = p; // 新消息指向后续消息
                    break;
                }
            }
        }

        // 如果需要唤醒事件队列，则通知它
        if (needWake) {
            nativeWake(mPtr);
        }
    }
    return true; // 返回成功标志
}
  • 可以讲逻辑图插入进去

五、如何获取消息?

Looper#loop

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public static void loop() {
    // 获取当前线程的 Looper 对象
    final Looper me = myLooper();
    if (me == null) {
        throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
    }
    // 获取消息队列
    final MessageQueue queue = me.mQueue;

    // 确保当前线程身份是本地进程的身份
    Binder.clearCallingIdentity();

    for (;;) { //进入loop的主循环方法
        Message msg = queue.next(); //可能会阻塞 
        if (msg == null) { //没有消息，则退出循环
            return;
        }

        //默认为null，可通过setMessageLogging()方法来指定输出，用于debug功能
        Printer logging = me.mLogging;  
        if (logging != null) {
            logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " +
                    msg.callback + ": " + msg.what);
        }
        msg.target.dispatchMessage(msg); //用于分发Message 
        if (logging != null) {
            logging.println("<<<<< Finished to " + msg.target + " " + msg.callback);
        }

        //恢复调用者信息
        final long newIdent = Binder.clearCallingIdentity();
        msg.recycleUnchecked();  //将Message放入消息池 
    }
}

MessageQueue#next

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Message next() {
    // 当消息循环已经退出并被丢弃，则直接返回
    final long ptr = mPtr;
    if (ptr == 0) {
        return null; // 循环迭代的首次为-1
    }

    int pendingIdleHandlerCount = -1;
    int nextPollTimeoutMillis = 0;

    for (;;) {
        // 如果有设置超时，调用 nativePollOnce()，阻塞直到有新消息到达
        if (nextPollTimeoutMillis != 0) {
            Binder.flushPendingCommands();
            nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);
        }

        synchronized (this) {
            // 尝试检索下一条消息，如果找到则返回
            final long now = SystemClock.uptimeMillis();
            Message prevMsg = null;
            Message msg = mMessages;

            if (msg != null && msg.target == null) {
                // 被阻塞的 barrier，寻找下一个异步消息
                do {
                    prevMsg = msg;
                    msg = msg.next;
                } while (msg != null && !msg.isAsynchronous());
            }

            if (msg != null) {
                if (now < msg.when) {
                    // 下一个消息还未准备好，设置超时
                    nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE);
                } else {
                    // 得到一条消息
                    mBlocked = false; // 取消阻塞状态
                    if (prevMsg != null) {
                        prevMsg.next = msg.next; // 从链表中移除消息
                    } else {
                        mMessages = msg.next; // 更新队列头
                    }
                    msg.next = null; // 清空当前消息的下一个指针
                    return msg; // 返回获取到的消息
                }
            } else {
                // 队列中没有消息，设置超时为-1，表示一直等待
                nextPollTimeoutMillis = -1;
            }
            
             //消息正在退出，返回null
            if (mQuitting) {
                dispose();
                return null;
            }
            //当消息队列为空，或者是消息队列的第一个消息时
            if (pendingIdleHandlerCount < 0 && (mMessages == null || now < mMessages.when)) {
                pendingIdleHandlerCount = mIdleHandlers.size();
            }
            if (pendingIdleHandlerCount <= 0) {
                //没有idle handlers 需要运行，则循环并等待。
                mBlocked = true;
                continue;
            }
            if (mPendingIdleHandlers == null) {
                mPendingIdleHandlers = new IdleHandler[Math.max(pendingIdleHandlerCount, 4)];
            }
            mPendingIdleHandlers = mIdleHandlers.toArray(mPendingIdleHandlers);
        }
         //只有第一次循环时，会运行idle handlers，执行完成后，重置pendingIdleHandlerCount为0.
        for (int i = 0; i < pendingIdleHandlerCount; i++) {
            final IdleHandler idler = mPendingIdleHandlers[i];
            mPendingIdleHandlers[i] = null; //去掉handler的引用
            boolean keep = false;
            try {
                keep = idler.queueIdle();  //idle时执行的方法
            } catch (Throwable t) {
                Log.wtf(TAG, "IdleHandler threw exception", t);
            }
            if (!keep) {
                synchronized (this) {
                    mIdleHandlers.remove(idler);
                }
            }
        }
        //重置idle handler个数为0，以保证不会再次重复运行
        pendingIdleHandlerCount = 0;
        //当调用一个空闲handler时，一个新message能够被分发，因此无需等待可以直接查询pending message.
        nextPollTimeoutMillis = 0;
    }
}

Handler#dispatchMessage

message.callback.run() > Handler.mCallback.handleMessage(msg) > Handler.handleMessage(msg)

这里解释了为什么，handleMessage()方法会收到消息

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public void dispatchMessage(Message msg) {
    if (msg.callback != null) {
        //当Message存在回调方法，回调msg.callback.run()方法；
        handleCallback(msg);
    } else {
        if (mCallback != null) {
            //当Handler存在Callback成员变量时，回调方法handleMessage()；
            if (mCallback.handleMessage(msg)) {
                return;
            }
        }
        //Handler自身的回调方法handleMessage()
        handleMessage(msg);
    }
}

Message#recycleUnchecked

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//对于不再使用的消息，加入到消息池
void recycleUnchecked() {
    //将消息标示位置为IN_USE，并清空消息所有的参数。
    flags = FLAG_IN_USE;
    what = 0;
    arg1 = 0;
    arg2 = 0;
    obj = null;
    replyTo = null;
    sendingUid = -1;
    when = 0;
    target = null;
    callback = null;
    data = null;
    synchronized (sPoolSync) {
        if (sPoolSize < MAX_POOL_SIZE) { //当消息池没有满时，将Message对象加入消息池
            next = sPool;
            sPool = this;
            sPoolSize++; //消息池的可用大小进行加1操作
        }
    }
}

标准的异步消息处理线程的写法

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class LooperThread extends Thread {
	public Handler mHandler;
	public void run() {
		Looper.prepare();
		mHander = new Hander() {
			public void handleMessage(Message msg) {
				// process incoming messages here
			}
		}
	};
	Looper.loop();
}

六、子线程间接操作UI的方式

Handler#post

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public final boolean post(Runnable r) {
	return sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);
}
private final Message getPostMessage(Runnable r) {
	Message m = Message.obtain();
	m.callback = r;
	return m;
}

View#post

Activity#runOnUiThread