深入剖析Android消息机制

在Android程序运行中,线程之间或者线程内部进行信息交互时经常会使用到消息,如果我们熟悉这些基础的东西及其内部的原理,将会使我们的Android开发变的容易、可以更好地架构系统。在学习Android消息机制之前,我们先了解与消息有关的几个类:

1.Message

消息对象,顾名思义就是记录消息信息的类。这个类有几个比较重要的字段:

a.arg1和arg2:我们可以使用两个字段用来存放我们需要传递的整型值,在Service中,我们可以用来存放Service的ID。

b.obj:该字段是Object类型,我们可以让该字段传递某个多项到消息的接受者中。

c.what:这个字段可以说是消息的标志,在消息处理中,我们可以根据这个字段的不同的值进行不同的处理,类似于我们在处理Button事件时,通过switch(v.getId())判断是点击了哪个按钮。

在使用Message时,我们可以通过new Message()创建一个Message实例,但是Android更推荐我们通过Message.obtain()或者Handler.obtainMessage()获取Message对象。这并不一定是直接创建一个新的实例,而是先从消息池中看有没有可用的Message实例,存在则直接取出并返回这个实例。反之如果消息池中没有可用的Message实例,则根据给定的参数new一个新Message对象。通过分析源码可得知,Android系统默认情况下在消息池中实例化10个Message对象。

2.MessageQueue

消息队列,用来存放Message对象的数据结构,按照“先进先出”的原则存放消息。存放并非实际意义的保存,而是将Message对象以链表的方式串联起来的。MessageQueue对象不需要我们自己创建,而是有Looper对象对其进行管理,一个线程最多只可以拥有一个MessageQueue。我们可以通过Looper.myQueue()获取当前线程中的MessageQueue。

3.Looper

MessageQueue的管理者,在一个线程中,如果存在Looper对象,则必定存在MessageQueue对象,并且只存在一个Looper对象和一个MessageQueue对象。在Android系统中,除了主线程有默认的Looper对象,其它线程默认是没有Looper对象。如果想让我们新创建的线程拥有Looper对象时,我们首先应调用Looper.prepare()方法,然后再调用Looper.loop()方法。典型的用法如下:

class LooperThread extends Thread
{
    public Handler mHandler;
    public void run()
    {
        Looper.prepare();
        //其它需要处理的操作
        Looper.loop();
    }
}

4.Handler

消息的处理者。通过Handler对象我们可以封装Message对象,然后通过sendMessage(msg)把Message对象添加到MessageQueue中;当MessageQueue循环到该Message时,就会调用该Message对象对应的handler对象的handleMessage()方法对其进行处理。由于是在handleMessage()方法中处理消息,因此我们应该编写一个类继承自Handler,然后在handleMessage()处理我们需要的操作。

下面我们通过跟踪代码分析在Android中是如何处理消息。首先贴上测试代码:

/**
* 
* @author coolszy
* @blog http://blog.csdn.net/coolszy
*
*/
public class MessageService extends Service
{
    private static final String TAG = "MessageService";
    private static final int KUKA = 0;

    private Looper looper;
    private ServiceHandler handler;

    /**
     * 由于处理消息是在Handler的handleMessage()方法中,因此我们需要自己编写类
     * 继承自Handler类,然后在handleMessage()中编写我们所需要的功能代码
     * @author coolszy
     *
     */
    private final class ServiceHandler extends Handler
    {
        public ServiceHandler(Looper looper)
        {
            super(looper);
        }

        @Override
        public void handleMessage(Message msg)
        {
            // 根据what字段判断是哪个消息
            switch (msg.what)
            {
            case KUKA:
                //获取msg的obj字段。我们可在此编写我们所需要的功能代码
                Log.i(TAG, "The obj field of msg:" + msg.obj);
                break;
            // other cases
            default:
                break;
            }
            // 如果我们Service已完成任务,则停止Service
            stopSelf(msg.arg1);
        }
    }

    @Override
    public void onCreate()
    {
        Log.i(TAG, "MessageService-->onCreate()");

        // 默认情况下Service是运行在主线程中,而服务一般又十分耗费时间,如果
        // 放在主线程中,将会影响程序与用户的交互,因此把Service
        // 放在一个单独的线程中执行
        HandlerThread thread = new HandlerThread("MessageDemoThread", Process.THREAD_PRIORITY_BACKGROUND);
        thread.start();

        // 获取当前线程中的looper对象
        looper = thread.getLooper();
        //创建Handler对象,把looper传递过来使得handler、
        //looper和messageQueue三者建立联系
        handler = new ServiceHandler(looper);
    }

    @Override
    public int onStartCommand(Intent intent, int flags, int startId)
    {
        Log.i(TAG, "MessageService-->onStartCommand()");

        //从消息池中获取一个Message实例
        Message msg = handler.obtainMessage();
        // arg1保存线程的ID,在handleMessage()方法中
        // 我们可以通过stopSelf(startId)方法,停止服务
        msg.arg1 = startId;
        // msg的标志
        msg.what = KUKA;
        // 在这里我创建一个date对象,赋值给obj字段
        // 在实际中我们可以通过obj传递我们需要处理的对象
        Date date = new Date();
        msg.obj = date;
        // 把msg添加到MessageQueue中
        handler.sendMessage(msg);

        return START_STICKY;
    }

    @Override
    public void onDestroy()
    {
        Log.i(TAG, "MessageService-->onDestroy()");
    }

    @Override
    public IBinder onBind(Intent intent)
    {
        return null;
    }
}

运行结果:

Android 消息机制

注:在测试代码中我们使用了HandlerThread类,该类是Thread的子类,该类运行时将会创建looper对象,使用该类省去了我们自己编写Thread子类并且创建Looper的麻烦。

下面我们分析下程序的运行过程:

1.onCreate()

首先启动服务时将会调用onCreate()方法,在该方法中我们new了一个HandlerThread对象,提供了线程的名字和优先级。

紧接着我们调用了start()方法,执行该方法将会调用HandlerThread对象的run()方法:

public void run() {
    mTid = Process.myTid();
    Looper.prepare();
    synchronized (this) {
        mLooper = Looper.myLooper();
        notifyAll();
    }
    Process.setThreadPriority(mPriority);
    onLooperPrepared();
    Looper.loop();
    mTid = -1;
}

在run()方法中,系统给线程添加的Looper,同时调用了Looper的loop()方法:

public static final void loop() {
    Looper me = myLooper();
    MessageQueue queue = me.mQueue;
    while (true) {
        Message msg = queue.next(); // might block
        //if (!me.mRun) {
        //    break;
        //}
        if (msg != null) {
            if (msg.target == null) {
                // No target is a magic identifier for the quit message.
                return;
            }
            if (me.mLogging!= null) me.mLogging.println("Dispatching to " + msg.target + " " + msg.callback + ": " + msg.what);
            msg.target.dispatchMessage(msg);
            if (me.mLogging!= null) me.mLogging.println("Finished to " + msg.target + " " + msg.callback);
            msg.recycle();
        }
    }
}

通过源码我们可以看到loop()方法是个死循环,将会不停的从MessageQueue对象中获取Message对象,如果MessageQueue 对象中不存在Message对象,则结束本次循环,然后继续循环;如果存在Message对象,则执行 msg.target.dispatchMessage(msg),但是这个msg的.target字段的值是什么呢?我们先暂时停止跟踪源码,返回到onCreate()方法中。线程执行完start()方法后,我们可以获取线程的Looper对象,然后new一个ServiceHandler对象,我们把Looper对象传到ServiceHandler构造函数中将使handler、looper和messageQueue三者建立联系。

2.onStartCommand()

执行完onStart()方法后,将执行onStartCommand()方法。首先我们从消息池中获取一个Message实例,然后给Message对象的arg1、what、obj三个字段赋值。紧接着调用sendMessage(msg)方法,我们跟踪源代码,该方法将会调用sendMessageDelayed(msg, 0)方法,而sendMessageDelayed()方法又会调用sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis)方法,在该方法中我们要注意该句代码msg.target = this,msg的target指向了this,而this就是ServiceHandler对象,因此msg的target字段指向了ServiceHandler对象,同时该方法又调用MessageQueue 的enqueueMessage(msg, uptimeMillis)方法:

final boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
    if (msg.when != 0) {
        throw new AndroidRuntimeException(msg
                + " This message is already in use.");
    }
    if (msg.target == null && !mQuitAllowed) {
        throw new RuntimeException("Main thread not allowed to quit");
    }
    synchronized (this) {
        if (mQuiting) {
            RuntimeException e = new RuntimeException(
                msg.target + " sending message to a Handler on a dead thread");
            Log.w("MessageQueue", e.getMessage(), e);
            return false;
        } else if (msg.target == null) {
            mQuiting = true;
        }

        msg.when = when;
        //Log.d("MessageQueue", "Enqueing: " + msg);
        Message p = mMessages;
        if (p == null || when == 0 || when < p.when) {
            msg.next = p;
            mMessages = msg;
            this.notify();
        } else {
            Message prev = null;
            while (p != null && p.when <= when) {
                prev = p;
                p = p.next;
            }
            msg.next = prev.next;
            prev.next = msg;
            this.notify();
        }
    }
    return true;
}

该方法主要的任务就是把Message对象的添加到MessageQueue中(数据结构最基础的东西,自己画图理解下)。

handler.sendMessage()-->handler.sendMessageDelayed()-->handler.sendMessageAtTime()-->msg.target = this;queue.enqueueMessage==>把msg添加到消息队列中

3.handleMessage(msg)

onStartCommand()执行完毕后我们的Service中的方法就执行完毕了,那么handleMessage()是怎么调用的呢?在前面分析的loop()方法中,我们当时不知道msg的target字段代码什么,通过上面分析现在我们知道它代表ServiceHandler对象,msg.target.dispatchMessage(msg);则表示执行ServiceHandler对象中的dispatchMessage()方法:

public void dispatchMessage(Message msg) {
    if (msg.callback != null) {
        handleCallback(msg);
    }
    else {
        if (mCallback != null) {
            if (mCallback.handleMessage(msg)) {
                return;
            }
        }
        handleMessage(msg);
    }
}

该方法首先判断callback是否为空,我们跟踪的过程中未见给其赋值,因此callback字段为空,所以最终将会执行handleMessage()方法,也就是我们ServiceHandler类中复写的方法。在该方法将根据what字段的值判断执行哪段代码。

至此,我们看到,一个Message经由Handler的发送,MessageQueue的入队,Looper的抽取,又再一次地回到Handler的怀抱中。而绕的这一圈,也正好帮助我们将同步操作变成了异步操作。

下载代码:
Android-消息机制.rar

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