Android多线程----异步消息处理机制之Handler详解

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【正文】

虽然是国庆佳节，但也不能停止学习的脚步，我选择在教研室为祖国母亲默默地庆生。

关于Android的多线程知识，请参考本人之前的一篇博客：Android 多线程----AsyncTask异步任务详解

在Android当中，提供了异步消息处理机制的两种方式来解决线程之间的通信问题，一种是今天要讲的Handler的机制，还有一种就是之前讲过的 AsyncTask 机制。

一、handler的引入：

我们都知道，Android UI是线程不安全的，如果在子线程中尝试进行UI操作，程序就有可能会崩溃。相信大家在日常的工作当中都会经常遇到这个问题，解决的方案应该也是早已烂熟于心，即创建一个Message对象，然后借助Handler发送出去，之后在Handler的handleMessage()方法中获得刚才发送的Message对象，然后在这里进行UI操作就不会再出现崩溃了。具体实现代码如下：

package com.example.androidthreadtest;

import android.app.Activity;
import android.os.Bundle;
import android.os.Handler;
import android.os.Message;
import android.view.View;
import android.view.View.OnClickListener;
import android.widget.Button;
import android.widget.TextView;

public class MainActivity extends Activity implements OnClickListener {

    public static final int UPDATE_TEXT = 1;
    private TextView text;
    private Button changeText;
    private Handler handler = new Handler() {
        public void handleMessage(Message msg) {
            switch (msg.what) {
            case UPDATE_TEXT:
                text.setText("Nice to meet you");
                break;
            default:
                break;
            }
        }
    };

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        text = (TextView) findViewById(R.id.text);
        changeText = (Button) findViewById(R.id.change_text);
        changeText.setOnClickListener(this);
    }

    @Override
    public void onClick(View v) {
        switch (v.getId()) {
        case R.id.change_text:
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    Message message = new Message();
                    message.what = UPDATE_TEXT;
                    handler.sendMessage(message);
                }
            }).start();
            break;
        default:
            break;
        }
    }
}

上方第45行代码，官方建议我们写成：（这样的话，可以由系统自己负责message的创建和销毁）

Message msg = handler.obtainMessage();

或者写成：

Message msg = Message.obtain();

上面的代码中，我们并没有在子线程中直接进行UI操作，而是创建了一个Message对象，并将它的what字段的值指定为了一个整形常量UPDATE_TEXT，用于表示更新TextView这个动作。然后调用Handler的sendMessage()方法将这条Message发送出去。很快，Handler就会收到这条Message，并在handleMessage()方法，在这里对具体的Message进行处理（需要注意的是，此时handleMessage()方法中的代码是在主线程中运行的）。如果发现Message的what字段的值等于UPDATE_TEXT，就将TextView显示的内容更新。运行程序后，点击按钮，TextView就会显示出更新的内容。

 注：如果从源码的角度理解，粗略的描述是这样的：

先是调用了handler的obtainMessage()方法得到Message对象。在obtainMessage()方法里做的事情是：调用了Message.obtain(this)方法，把handler作为对象传进来。在Message.obtain(this)方法里做的事情是：生成message对象，把handler作为参数赋值给message的target属性。总的来说，一个Handler对应一个Looper对象，一个Looper对应一个MessageQueue对象，使用Handler生成Message，所生成的Message对象的Target属性，就是该对象。而一个Handler可以生成多个Message，所以说，Handler和Message是一对多的关系。

二、异步消息处理机制：

Handler是Android类库提供的用于接受、传递和处理消息或Runnable对象的处理类，它结合Message、MessageQueue和Looper类以及当前线程实现了一个消息循环机制，用于实现任务的异步加载和处理。整个异步消息处理流程的示意图如下图所示：

根据上面的图片，我们现在来解析一下异步消息处理机制：

• Message：消息体，用于装载需要发送的对象。
• handler：它直接继承自Object。作用是：在子线程中发送Message或者Runnable对象到MessageQueue中；在UI线程中接收、处理从MessageQueue分发出来的Message或者Runnable对象。发送消息一般使用Handler的sendMessage()方法，而发出去的消息经过处理后最终会传递到Handler的handlerMessage()方法中。
• MessageQueue：用于存放Message或Runnable对象的消息队列。它由对应的Looper对象创建，并由Looper对象管理。每个线程中都只会有一个MessageQueue对象。
• Looper：是每个线程中的MessageQueue的管家，循环不断地管理MessageQueue接收和分发Message或Runnable的工作。调用Looper的loop()方法后，就会进入到一个无限循环中然后每当发现MessageQueue中存在一条消息，就会将它取出，并调用Handler的handlerMessage()方法。每个线程中也只会有一个Looper对象。

了解这些之后，我们在来看一下他们之间的联系：

首先要明白的是，Handler和Looper对象是属于线程内部的数据，不过也提供与外部线程的访问接口，Handler就是公开给外部线程的接口，用于线程间的通信。Looper是由系统支持的用于创建和管理MessageQueue的依附于一个线程的循环处理对象，而Handler是用于操作线程内部的消息队列的，所以Handler也必须依附一个线程，而且只能是一个线程。

我们再来对异步消息处理的整个流程梳理一遍：

当应用程序开启时，系统会自动为UI线程创建一个MessageQueue(消息队列)和Looper循环处理对象。首先需要在主线程中创建一个Handler对象，并重写handlerMessage()方法。然后当子线程中需要进行UI操作时，就创建一个Message对象，并通过Handler将这条消息发送出去。之后这条消息就会被添加到MessageQueue的队列中等待被处理，而Looper则会一直尝试从MessageQueue中取出待处理消息，并找到与消息对象对应的Handler对象，然后调用Handler的handleMessage()方法。由于Handler是在主线程中创建的，所以此时handleMessage()方法中的代码也会在主线程中运行，于是我们在这里就可以安心地进行UI操作了。

通俗地来讲，一般我们在实际的开发过程中用的比较多一种情况的就是主线程的Handler将子线程中处理过的耗时操作的结果封装成Message(消息),并将该Message(利用主线程里的MessageQueue和Looper)传递到主线程中，最后主线程再根据传递过来的结果进行相关的UI元素的更新，从而实现任务的异步加载和处理，并达到线程间的通信。

通过上一小节对Handler的一个初步认识后，我们可以很容易总结出Handler的主要用途，下面是Android官网总结的关于Handler类的两个主要用途：

(1)执行定时任务：

指定任务时间，在某个具体时间或某个时间段后执行特定的任务操作，例如使用Handler提供的postDelayed(Runnable r,long delayMillis)方法指定在多久后执行某项操作，比如当当、淘宝、京东和微信等手机客户端的开启界面功能，都是通过Handler定时任务来完成的。

我们接下来讲一下post。 

(2)线程间的通信：

在执行较为耗时的操作时，Handler负责将子线程中执行的操作的结果传递到UI线程，然后UI线程再根据传递过来的结果进行相关UI元素的更新。(上面已有说明)

三、post：

对于Handler的Post方式来说，它会传递一个Runnable对象到消息队列中（这句话稍后会进行详细解释），在这个Runnable对象中，重写run()方法。一般在这个run()方法中写入需要在UI线程上的操作。

Post允许把一个Runnable对象入队到消息队列中。它的方法有：post(Runnable)、postAtTime(Runnable,long)、postDelayed(Runnable,long)。详细解释如下：

• boolean post(Runnable r)：把一个Runnable入队到消息队列中，UI线程从消息队列中取出这个对象后，立即执行。
• boolean postAtTime(Runnable r,long uptimeMillis)：把一个Runnable入队到消息队列中，UI线程从消息队列中取出这个对象后，在特定的时间执行。
• boolean postDelayed(Runnable r,long delayMillis)：把一个Runnable入队到消息队列中，UI线程从消息队列中取出这个对象后，延迟delayMills秒执行
• void removeCallbacks(Runnable r)：从消息队列中移除一个Runnable对象。

下面通过一个Demo，讲解如何通过Handler的post方式在新启动的线程中修改UI组件的属性：

package com.example.m03_threadtest01;

import android.app.Activity;
import android.os.Bundle;
import android.os.Handler;
import android.view.View;
import android.widget.Button;
import android.widget.TextView;

public class MainActivity extends Activity {
    private Button btnMes1,btnMes2;
    private TextView tvMessage;
    // 声明一个Handler对象
    private static Handler handler=new Handler();
    
    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);        
        
        btnMes1=(Button)findViewById(R.id.button1);
        btnMes2=(Button)findViewById(R.id.button2);
        tvMessage=(TextView)findViewById(R.id.TextView1);
        btnMes1.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
            
            @Override
            public void onClick(View v) {
                // 新启动一个子线程
                new Thread(new Runnable() {                    
                    @Override
                    public void run() {
                        // tvMessage.setText("...");
                        // 以上操作会报错，无法再子线程中访问UI组件，UI组件的属性必须在UI线程中访问
                        // 使用post方式修改UI组件tvMessage的Text属性
                        handler.post(new Runnable() {                    
                            @Override
                            public void run() {
                                tvMessage.setText("使用Handler.post在工作线程中发送一段执行到消息队列中，在主线程中执行。");                        
                            }
                        });                                
                    }
                }).start();
            }
        });
        
        btnMes2.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
            
            @Override
            public void onClick(View v) {
                new Thread(new Runnable() {                    
                    @Override
                    public void run() {
                        // 使用postDelayed方式修改UI组件tvMessage的Text属性值
                        // 并且延迟3S执行
                        handler.postDelayed(new Runnable() {
                            
                            @Override
                            public void run() {
                                tvMessage.setText("使用Handler.postDelayed在工作线程中发送一段执行到消息队列中，在主线程中延迟3S执行。");    
                                
                            }
                        }, 3000);                        
                    }
                }).start();
                
            }
        });
    }
    
}

点击按钮，运行结果如下：

有一点值得注意的是：对于Post方式而言，它其中Runnable对象的run()方法的代码（37行至39行或者58至61行），均运行在主线程上（虽然看上去是写在子线程当中的），如果我们在这段代码里打印日志输出线程的名字，会发现输出的是Main Thread的名字。所以对于这段代码而言，不能执行在UI线程上的操作，一样无法使用post方式执行，比如说访问网络。 

我们现在来解释一下上面蓝色字体的那句话：

这个Runnable对象被放到了消息队列当中去了，然后主线程中的Looper（因为Handler是在主线程中生成的，所以Looper也在主线程中）将这个Runnable对象从消息队列中取出来，取出来之后，做了些什么呢？为什么在执行Pos的Runnable对象的run()方法时，不是重新开启一个线程呢？要了解这个过程，只能求助Android的源代码：

打开源码的目录sdksourcesandroid-19androidos，并找到Handler.java这个文件。找到post方法：

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

上方的代码中， 可以看到，post方法其实就一行代码（326行），里面调用了sendMessageDelayed()这个方法，里面有两个参数。先看一下第一个参数getPostMessage(r)：（719行）

    private static Message getPostMessage(Runnable r) {
        Message m = Message.obtain();
        m.callback = r;
        return m;
    }

上方的代码中，将Runnable对象赋值给Message的callback属性。注：通过查看Message.java文件的源代码发现，callback属性是一个Runnable对象：（91行）

    /*package*/ Runnable callback;   

我们再来分析一下上方getPostMessage()这个方法，该方法完成了两个操作：

一是生成了一个Message对象，二是将r对象复制给Message对象的callback属性。返回的是一个Message对象。

再回到326行：

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

这行代码相当于：

public final boolean post(Runnable r)
{
    Message msg = getPostMessage(r);
    return sendMessage(msg);// //如果需要延时的话，这一行可以改为return sendMessageDelayed(msg,0);其中第二个参数改为具体的延时时间
}

现在应该好理解了：

第一个问题，如何把一个Runnable对象放到消息队列中：实际上是生成了一个Message对象，并将r赋值给Message对象的callback属性，然后再将Message对象放置到消息队列当中。

我们再看看一下Looper做了什么。打开Looper.java的dispatchMessage的方法：（136行）

            //一个Handler对应一个Looper对象，一个Looper对应一个MessageQueue对象，
            //使用Handler生成Message，所生成的Message对象的Target属性，就是该对象    
            //Message msg = handler.obtainMessage();
            //发送一个message对象
            //handler.sendMessage(msg);
            msg.target.dispatchMessage(msg); 

这里面调用了dispatchMessage()方法，打开Handler.java的dispatchMessage()方法：（93至104行）

    /**
     * Handle system messages here.
     */
    public void dispatchMessage(Message msg) {
        if (msg.callback != null) {
            handleCallback(msg);
        } else {
            if (mCallback != null) {
                if (mCallback.handleMessage(msg)) {
                    return;
                }
            }
            handleMessage(msg);
        }
    } 

上方第5行代码：因为这次已经给Message的callback属性赋值了，所以就不为空，直接执行这行代码。即执行handleCallBack()这个方法。打开handleCallBack()方法的源码：（732至734行） 

    private static void handleCallback(Message message) {
        message.callback.run();
    } 

看到这个方法，就真相大白了：message的callback属性直接调用了run()方法，而不是开启一个新的子线程。

现在可以明白了： 

第二个问题： Looper取出了携带有r对象的Message对象以后，做的事情是：取出Message对象之后，调用了dispatchMessage()方法，然后判断Message的callback属性是否为空，此时的callback属性是有值的，所以执行了handleCallback(Message message)，在该方法中执行了 message.callback.run()。根据Java的线程知识，我们可以知道，如果直接调用Thread对象或者Runnable对象的run()方法，是不会开辟新线程的，而是在原有的线程中执行。 

因为Looper是在主线程当中的，所以dispatchMessage()方法和handleMessage()方法也都是在主线程当中运行。所以post()里面的run方法也自然是在主线程当中运行的。 使用Post()方法的好处在于：避免了在主线程和子线程中将数据传来传去的麻烦。

四、Message：

Handler如果使用sendMessage的方式把消息入队到消息队列中，需要传递一个Message对象，而在Handler中，需要重写handleMessage()方法，用于获取工作线程传递过来的消息，此方法运行在UI线程上。

对于Message对象，一般并不推荐直接使用它的构造方法得到，而是建议通过使用Message.obtain()这个静态的方法或者Handler.obtainMessage()获取。Message.obtain()会从消息池中获取一个Message对象，如果消息池中是空的，才会使用构造方法实例化一个新Message，这样有利于消息资源的利用。并不需要担心消息池中的消息过多，它是有上限的，上限为10个。Handler.obtainMessage()具有多个重载方法，如果查看源码，会发现其实Handler.obtainMessage()在内部也是调用的Message.obtain()。

Handler中，与Message发送消息相关的方法有：

• Message obtainMessage()：获取一个Message对象。
• boolean sendMessage()：发送一个Message对象到消息队列中，并在UI线程取到消息后，立即执行。
• boolean sendMessageDelayed()：发送一个Message对象到消息队列中，在UI线程取到消息后，延迟执行。
• boolean sendEmptyMessage(int what)：发送一个空的Message对象到队列中，并在UI线程取到消息后，立即执行。
• boolean sendEmptyMessageDelayed(int what,long delayMillis)：发送一个空Message对象到消息队列中，在UI线程取到消息后，延迟执行。
• void removeMessage()：从消息队列中移除一个未响应的消息。

五、通过Handler实现线程间通信：

1、在Worker Thread发送消息，在MainThread中接收消息：

【实例】点击反扭，将下方的TextView的内容修改为“从网络中获取的数据”

【实际意义】点击按钮时，程序访问服务器，服务器接到请求之后，会返回字符串结果，然后更新到程序。

完整版代码如下：

XML布局文件代码如下：

<RelativeLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent"
    android:paddingBottom="@dimen/activity_vertical_margin"
    android:paddingLeft="@dimen/activity_horizontal_margin"
    android:paddingRight="@dimen/activity_horizontal_margin"
    android:paddingTop="@dimen/activity_vertical_margin"
    tools:context=".MainActivity" >

    <TextView
      android:id="@+id/TextViewId"
      android:layout_width="match_parent"
      android:layout_height="wrap_content"
      android:text="数据" />   

    <Button
        android:id="@+id/ButtonId"
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:text="发送消息" 
        android:layout_below="@id/TextViewId"/>

</RelativeLayout> 

MainActivity.java代码如下：

package com.example.test0207_handler;

import android.app.Activity;
import android.os.Bundle;
import android.os.Handler;
import android.os.Message;
import android.view.Menu;
import android.view.View;
import android.view.View.OnClickListener;
import android.widget.Button;
import android.widget.TextView;

public class MainActivity extends Activity {

    private TextView textView ; 
    private Button button ;
    private Handler handler ;
    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        
        textView = (TextView)findViewById(R.id.TextViewId) ;
        button = (Button)findViewById(R.id.ButtonId) ;    
        
        handler = new MyHandler() ;
        
        button.setOnClickListener(new ButtonListener()) ;
        
    }
    //在MainAthread线程中接收数据，从而修改TextView的值
    class MyHandler extends Handler {
        @Override
        public void handleMessage(Message msg) {
            System.out.println("handleMessage--->"+Thread.currentThread().getName()) ;//得到当前线程的名字
            String s = (String)msg.obj ;
            textView.setText(s) ;
        }
        
    }
    //生成线程对象，让NetworkThread线程启动
    class ButtonListener implements OnClickListener {
        @Override        
        public void onClick(View arg0) {
            Thread t = new NetworkThread() ;
            t.start();
        }
        
    }
    
    //在Worker Thread线程中发送数据
    class NetworkThread extends Thread {
        @Override 
        public void run(){
            
            System.out.println("network--->"+Thread.currentThread().getName()) ;//得到当前线程的名字
            
            //模拟访问网络：当线程运行时，首先休眠2秒钟
            try {
                Thread.sleep(2*1000) ;
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            //变量s的值，模拟从网络当中获取的数据
            String s = "从网络中获取的数据" ;
            //textView.setText(s) ; //这种做法是错误的，只有在Mainthread中才能操作UI            
            
            //开始发送消息
            Message msg = handler.obtainMessage() ;    
            msg.obj = s ;
            handler.sendMessage(msg) ;//sendMessage()方法，在主线程或者Worker Thread线程中发送，都是可以的，都可以被取到
        }
    }    
    
    @Override
    public boolean onCreateOptionsMenu(Menu menu) {
        // Inflate the menu; this adds items to the action bar if it is present.
        getMenuInflater().inflate(R.menu.main, menu);
        return true;
    }
    
}

 这段代码的结构，和最上面的第一章节是一样的。

上方代码中，我们在子线程中休眠2秒来模拟访问网络的操作。

65行：用字符串s表示从网络中获取的数据；70行：然后我们把这个字符串放在Message的obj属性当中发送出去，并在主线程中接收（36行）。

运行后结果如下：

点击按钮后结果如下：

点击按钮后，后台输出结果如下：

 

可以看到，子线程的名字是：Thread-1118，主线程的名字是：main。

2、在MainThread中发送消息，在Worker Thread中接收消息：

【实例】点击按钮，在在MainThread中发送消息，在Worker Thread中接收消息，并在后台打印输出。

【代码】完整版代码如下：

XML布局文件代码如下：

<RelativeLayout 

xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent"
    android:paddingBottom="@dimen/activity_vertical_margin"
    android:paddingLeft="@dimen/activity_horizontal_margin"
    android:paddingRight="@dimen/activity_horizontal_margin"
    android:paddingTop="@dimen/activity_vertical_margin"
    tools:context=".MainActivity" >

    <Button
        android:id="@+id/ButtonId"
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:text="在主线程中发送消息" />

</RelativeLayout> 

MainActivity.java代码如下：

package com.example.m03_handle01;

import android.app.Activity;
import android.os.Bundle;
import android.os.Handler;
import android.os.Looper;
import android.os.Message;
import android.util.Log;
import android.view.Menu;
import android.view.View;
import android.view.View.OnClickListener;
import android.widget.Button;
public class MainActivity extends Activity {
    private Button button ;
    private Handler handler ;
    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        
        button = (Button)findViewById(R.id.ButtonId) ;
        
        //当用户点击按钮时，发送Message的对象msg
        button.setOnClickListener(new OnClickListener() {  //使用匿名内部类为button绑定监听器
            
            @Override
            public void onClick(View v) {
                Log.i("onClick:", Thread.currentThread().getName());
                Message msg = handler.obtainMessage() ;
                handler.sendMessage(msg) ;
            }            

        }) ;
        
        WorkerThread wt = new WorkerThread() ;
        wt.start() ;
    }

    //在WorkerThread生成handler
    class WorkerThread extends  Thread {
        @Override
        public void run() {
            //准备Looper对象
            Looper.prepare() ;
            //在WorkerThread当中生成一个Handler对象
            handler = new Handler() {
                @Override
                public void handleMessage(Message msg) {
                    Log.i("handleMessage:", Thread.currentThread().getName());
                    Log.i("后台输出", "收到了消息对象");
                }
            };
            //调用Looper的loop()方法之后，Looper对象将不断地从消息队列当中取出对象，然后调用handler的handleMessage()方法，处理该消息对象
            //如果消息队列中没有对象，则该线程阻塞
            Looper.loop() ;   //通过Looper对象将消息取出来
        }
        
    }
    
    
    @Override
    public boolean onCreateOptionsMenu(Menu menu) {
        // Inflate the menu; this adds items to the action bar if it is present.
        getMenuInflater().inflate(R.menu.main, menu);
        return true;
    }
    
} 

上方的第42行至54行代码：这是MainThread中发送消息，在Worker Thread中接收消息的固定写法。上面的三个步骤再重复一下：

• 准备Looper对象
• 在WorkerThread当中生成一个Handler对象
• 调用Looper的loop()方法之后，Looper对象将不断地从消息队列当中取出对象，然后调用handler的handleMessage()方法，处理该消息对象；如果消息队列中没有对象，则该线程阻塞

注意，此时handleMessage()方法是在Worker Thread中运行的。

运行程序后，当我们点击按钮，就会在后台输出“收到了消息对象”这句话：

小小地总结一下：

首先执行Looper的prepare()方法，这个方法有两个作用：一是生成Looper对象，而是把Looper对象和当前线程对象形成键值对（线程为键），存放在ThreadLocal当中，然后生成handler对象，调用Looper的myLooper()方法，得到与Handler所对应的Looper对象，这样的话，handler、looper 、消息队列就形成了一一对应的关系，然后执行上面的第三个步骤，即Looper在消息队列当中循环的取数据。