Android之异步线程原理

基础介绍

异步消息处理线程是指，线程在启动后会进入一个无线循环体中，没循环一次，从内部的消息队列中取出一个一个消息，并回调相应的消息处理函数，执行完一个消息后则继续循环。如果消息队列为空，线程会暂停，知道消息队列中有新的消息。
异步消息处理线程本质上仍然是一个线程，只不过这种线程的执行代码设置成如上所述的逻辑而已。在android中实现异步线程主要涉及到如下几个类：ThreadLocal，Looper，MessageQueue，Handler，Message，介绍这几个类，解析Android的异步线程机制。

先上一张框架图：
                                 

ThreadLocal

ThreadLocal并不是Android的sdk中的类，而是java.lang中的一个类，该类的作用是为线程创建一个基于线程的变量存储，我们可以称之为线程局部存储。ThreadLocal可以使对象达到线程隔离的目的，它为每一个线程维护自己的变量拷贝，通过其中的set方法将变量绑定到线程上。ThreadLocal提供了一种解决多线程同步的问题解决方案，通过为每一份变量进行拷贝，这样的话，每个线程操作的都是属于自己的变量，而不是共同的一个变量，因此也就不需要同步锁了。举个栗子，我们创建出一个变量，而这个变量会被两个线程操作。一般情况下，我们会给这个变量加锁，通过这种方式来解决同步的问题。但是当我们使用ThreaLoca时，我们就可以通过ThreadLoca来为每一个线程做一个拷贝，而且这个拷贝是跟线程绑定在一起的，也就是说每个线程可以更改自己的变量而不影响另外一个线程。这样也就不需要锁了。ThreadLocal在set时会自动绑定到当前的线程，而不需要自己去绑定。代码这里就不写了，知道中心思想就行。有人可能会问，这跟Android有什么关系呢。这就要说到我们的Looper了，因为在Android的异步线程中，ThreadLocal绑定的这个线程变量就是Looper的一个对象。

Looper

Looper有什么用呢，要实现异步线程，必须要Looper，因为Looper是用来产生一个MessageQueue。我们可以通过查看源代码知道，在Looper类中有一个成员变量mQueue（MessageQueue类的实例）,该变量用于保存Looper中MessageQueue。
Looper通过静态方法Looper.prepare（）方法来创建出一个MessageQueue对象。注意，Looper.prepare()方法在一个线程中只能执行一次。

prepare（）方法

查看源代码：

private static void prepare(boolean quitAllowed) {
    if (sThreadLocal.get() != null) {
        throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
    }
    sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));
}

以上为android的源代码，执行了两次prepare时，就会抛出一个异常。这个其实很自然就可以想到，因为前面提到，Looper是用来创建MessageQueue的。一个线程只能有一个MessageQueue，因此自然只能有一个Looper对象。看完prepare（）源代码好像并没有发现它创建出了MessageQueue的一个实例啊，对的，这里是看不到，但是。我们来看看在创建一个新的Looper对象时所做的工作：
我们找到Looper的构造函数：

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

我们可以发现，Looper的这个构造函数是私有的，而且Looper只有这一个构造函数。所以我们可以看出我们不能在其他的类中new出一个Looper对象。但是，这不是重点，重点是Looper在这里创建出了一个MessageQueue对象。

loop（）方法

loop静态方法用于执行消息的循环。大家应该都知道，这是一个死循环。用于不断的读取在消息队里中的消息。我们还是看源代码来说吧：源代码如下：

public static void loop() {
     final Looper me = myLooper();
     if (me == null) {
     throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
     }
     final MessageQueue queue = me.mQueue;
     // Make sure the identity of this thread is that of the local process,
     // and keep track of what that identity token actually is.
     Binder.clearCallingIdentity();
     final long ident = Binder.clearCallingIdentity();
     for (;;) {
         Message msg = queue.next();// might block
         if (msg == null) {
         // No message indicates that the message queue is quitting.
         return;
         }
         // This must be in a local variable, in case a UI event sets the logger
         Printer logging = me.mLogging;
         if (logging != null) {
             logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " + msg.callback + ": " + msg.what);
        }
         msg.target.dispatchMessage(msg);
         if (logging != null) {
         logging.println("<<<<< Finished to " + msg.target + " " + msg.callback);
         }
         // Make sure that during the course of dispatching the
         // identity of the thread wasn't corrupted.
         final long newIdent = Binder.clearCallingIdentity();
         if (ident != newIdent) {
         Log.wtf(TAG, "Thread identity changed from 0x"
         + Long.toHexString(ident) + " to 0x"
         + Long.toHexString(newIdent) + " while dispatching to "
         + msg.target.getClass().getName() + " "
         + msg.callback + " what=" + msg.what);
         }
         msg.recycle();
     }
}

函数myLooper用来返回当前线程的Looper对象，通过一个for(;;)来执行循环。在for循环内部，通过MessageQueue的next方法来去取出其中的Message，这里有一点需要注意，就是取出来的message，最后会调用msg.target.dispatchMessage(msg);来处理消息，该方法在Handler中，因为msg.target是一个Handler对象。这个放到Handler中说

MessageQueue

MessageQueue是用来处理消息队列的。该类中有几个方法，一个是next()方法，用于取出队列中下一个元素的。另外一个是enqueueMessage方法，用于向消息队里中添加一个元素。该方法会在Handler中的sendMessage中使用到，这里稍微提一下，在Handler的sendMessage中，会调用这个方法，将Message添加到接收线程的MessageQueue中。

Handler

Handler是用于发送信息的，我们熟知的方法就是其中的sendMessage方法了，用于向消息接收线程发送消息。上面的框架图中有说到，Handler一定要在接收消息的线程中创建，只有这样的话才可以给该线程发送消息。因为创建出的Handler对象handler必须要有该线程的MessageQueue消息队列才可以给该线程发送消息。当Handler在创建时，会用到如下的构造函数：

handler的构造函数

public Handler(Callback callback, boolean async) {
         if (FIND_POTENTIAL_LEAKS) {
             final Class 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());
                 }
             }
         mLooper = Looper.myLooper();
         if (mLooper == null) {
             throw new RuntimeException( "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");
         }
         mQueue = mLooper.mQueue;
         mCallback = callback;
         mAsynchronous = async;
}

在创建Handler时， 会通过mLooper = Looper.myLooper();来获取当前线程的Looper对象，而Looper对象又是获取MessageQueue对象前提。Handler在调用handler.sendMessage(Message)发送message时，最终会调用到这个方法：

handler的sendMessage方法（最终会调用的方法）

public boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis) {
     MessageQueue queue = mQueue;
     if (queue == null) {
         RuntimeException e = new RuntimeException(
             this + " sendMessageAtTime() called with no mQueue"); Log.w("Looper", e.getMessage(), e);         
            return false;
         }
     return enqueueMessage(queue, msg, uptimeMillis);
}

在这里可以看出，handler会获得当前线程的MessageQueue对象。之后调用enqueueMessage(queue, msg, uptimeMillis);这个方法是Handler中的方法，而不是MessgaeQueue中的enqueueMessage方法，我们查看Handler中的enqueueMessage方法：

handler中的enqueueMessage

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

可以看到个方法体中的第一行代码：msg.target = this;将当前发送的message.target对象设置成当前的handler。这个在Looper.loop()方法中，调用了 msg.target.dispatchMessage(msg);方法。这个很快就会介绍。先不说这个。可以看到，handler中的enqueueMessage方法会设置message的target为当前对象，之后会调用MessageQueue对象的enqueueMessage（该方法在MessageQueue中介绍过，是用于向消息队列添加消息的方法）方法，将message添加到MessageQueue对象中。
好了，我 们现在来说一下handler的dispatchMessage（msg）方法。我们看一下这个方法的源代码，该方法会在looper的loop方法中使用的，当获取每个消息时，会调用方法 msg.target.dispatchMessage(msg);来处理每个消息。

dispatchMessage

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

该方法中先判断消息本身是否有回调函数，有的话则调用消息的回调函数，如果没有，再判断创建这个Handler时有没有传递Callback接口，注意，这个 接口的名字就是Callback，Handler可以通过构造函数来给这个mCallback赋值，如果这个mCallback传递了值的话 就会调用这个方法，否则调用Handler本身的handleMessage方法。这个方法在Handler中是空的，需要在继承Handler的类中，重写该方法。也就是说重写的该方法实际上是优先级最低的。
后面两种比较常见，但是前面一种，也就是消息本身携带了接口的一般通过Message.obtain(Handler h, Runnable callback)方法来设置。
好了 Android的异步线程说到这里就拆不多了。