解析Android消息处理机制

haifengkhk 贡献于2013-06-04

作者 Gao Yanhai  创建于2013-05-22 17:43:00   修改者Gao Yanhai  修改于2013-05-22 17:43:00字数3787

文档摘要: 本文解析Android如何利用Handler/Thread/Looper以及MessageQueue来实现消息机制的内部实现。知道了它的内部实现机理之后,以后再遇到使用它们时候的任何问题就驾轻就熟、迎刃而解了。  Android利用执行在HandlerThread线程中的Looper的相应消息分发/处理,与其他线程中的消息发送结合,实现完整的消息处理机制。
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解析Android消息处理机制 ——Handler/Thread/Looper & MessageQueue   田海立@CSDN 2011/07/12   Keywords: Android Message HandlerThread Looper UML            本文解析Android如何利用Handler/Thread/Looper以及MessageQueue来实现消息机制的内部实现。知道了它的内部实现机理之后,以后再遇到使用它们时候的任何问题就驾轻就熟、迎刃而解了。            Android利用执行在HandlerThread线程中的Looper的相应消息分发/处理,与其他线程中的消息发送结合,实现完整的消息处理机制。本文首先介绍这些消息处理过程中的参与者之间的关系,然后结合WifiService消息处理的实际实例,讲解消息处理的全过程,最后还从线程视图的角度,重新审视一下线程同步模型。 一、HandlerThread/Looper/MessageQueue的前世今生 下图是从Froyo从抽取出的HandlerThread、Looper和MessageQueue的关系图。他们被定义在package android.os。 图一:HandlerThread/Looper/MessageQueue实例关系         HandlerThread是一个Thread,继承自Thread。它保留着对Looper实例的引用,不过这里还看不到HandlerThread、Looper和MessageQueue如何实例化,这要到二、HandlerThread/Looper/MessageQueue实例化之后才能看清如何实现的。         一看便知,Looper的构造函数是私有的,外界无法直接实例化之;要实例化,只有通过Looper::prepare()。这样HandlerThread就与Looper建立了对应关系。对如何建立的是不是已经迫不及待了,那就接着看下一小节。   二、HandlerThread/Looper/MessageQueue实例化         上一节只是看了HandlerThread、Looper和MessageQueue之间的静态视图关系,他们具体如何实例化的,还要看动态的实例初始化过程。 图二:HandlerThread/Looper实例化 · HandlerThread是一个Thread,在它被实例化并执行start()[序列1&2]之后,它的run()方法会在它自己的线程空间执行[序列3]。 · 上节已经提到了Looper的实例化是通过Looper::prepare实现的,图中可以看到Looper::prepare()正是在HandlerThread::run()中被调用而实例化[序列4&5]的。 · 而MessageQueue是在Looper的私有构造函数Looper()中实例化的。 总结一下,HandlerThread是被显式地通过new创建的实例,而与它绑定在一起的Looper是在HandlerThread的执行过程中被实例化的,相应的MessageQueue也是在这个过程中实例化的。   三、Looper::loop分发处理消息       上节重点讲了HandlerThread/Looper的实例化过程,它发生在Thread::run()这也是线程运行的关键,从图二也看到了Looper::loop()这个消息处理的核心正是在这里执行的,下面就看看它到底做了什么。 图三:Looper::loop()处理 图中的所有序列是发生在一个无限循环体while (true) {} 中的。 · mQueue:MessageQueue是Looper保留的一份引用,通过它的next()[序列1]获取MessageQueue中的下一个要处理的消息,这个过程中如果没有相应的消息,执行它的线程会用this.wait()释放它所拥有的MessageQueue的对象锁而等待。 · 一旦有消息到来[序列2],Looper会用获得的Message的Handler(msg.target)来分发处理消息[序列3&4]。消息处理完之后,还要回收[序列5]。   四、Handler实现具体消息处理         在Looper::loop()消息处理的顺序图里看到了Handler,这个消息分发处理的参与者。下面结合WifiHandler这个具体的Handler看它如何参与到消息的发送、分发和处理的。 4.1 Handler实例化         WifiService中定义了如下的WifiHandler。 图四、消息的发送、分发、处理者Handler       看Handler的构造函数是需要Looper的,从上面的分析知道,Looper是在HandlerThread执行中实例化的,Looper实例如何获得的呢?看图一&图二,知道HandlerThread保留着Looper的应用mLooper,并可通过getLooper()被外面获取。而Handler的mQueue: MessageQueue可以通过mLooper.mQueue获得。 所以,Wifi的HandlerThread,WifiHandler可以这样实例化:  [java] view plaincopy 1. HandlerThread wifiThread = new HandlerThread("WifiService");   2. wifiThread.start();   3. mWifiHandler = new WifiHandler(wifiThread.getLooper());     4.2 消息发送 图五、消息发送 通过Message::obtain()可以建立起Message和Target/Handler,what之间的关系,并得到一个Message msg[序列1&2];然后通过msg.sendToTarget()就可以用Handler来具体发送消息了[序列3&4];通过一系列的调用,最后会通过MessageQueue::enqueueMessage()把消息放到mMessages上[序列7],还会通过this.notify()通知正在等待新消息的线程,重新拥有MessageQueue的对象锁,而处理该消息。 图六、MessageQueue与Message的关系 至此,消息的发送,分发,处理基本上介绍完毕。 4.3 消息处理         而要具体处理消息,从图三的序列4就可知道,整个框架的最后消息的处理是通过Handler::handleMessager(msg: Message)来完成。所以如果有自己具体要处理的消息,只要override Handler的handleMessage(msg: Message)方法,并加入自己特定的对消息的处理即可。         要处理消息,就看看Message的属性里都有什么。 图七、Message属性 重点关注public属性what是区分具体什么消息;可以带参数arg1, arg2。   五、重新审视 5.1 应用指南         上面介绍了消息处理的全过程,这些对于只是用来发送和处理消息的应用者来说,可能有些繁杂,这里梳理一下从应用者角度看,怎么使用之。         其实四、Handler实现具体消息处理中的WifiService就是一个典型的应用场景。         实现一个Handler的子类,并Override handleMessage()方法,亦即,实现消息处理函数handleMessage()。然后分别创建HandlerThread和Hanlder继承类的实例。这样就可以如4.2里那样发消息了,而消息处理在handleMessage()中进行。         从应用者角度看,Looper和MessageQueue是消息处理的内部机制,可以不关注它的实现细节(唯一要知道的,Handler实例化的时候,需要通过HandlerThread获得Looper的实例,从而可以传递给Handler)。 5.2 线程角度         下面再从线程的角度看一下,消息处理过程中参与的线程,以及这些线程之间的同步。         显然的,这里有线程HandlerThread的参与,而且Looper::loop()就是执行在HandlerThread的run()方法里,也就是在HandlerThread里执行,这也就是说消息的分发处理和执行是在HandlerThread的线程上下文中。另外,还有至少一个线程存在,也就是创建了HandlerThread的线程B,以及执行消息发送的线程C,B和C有可能是同一线程。         消息的发送是在另外一个线程里,就是因为有了多个线程的存在,才有了线程的同步操作。可再次关注一下图三和图五中实现线程同步的Java原语wait()/notify()。   结束语         写本文的初衷并不是为了写它而写它,是在研究Android中的Wifi实现时,遇到了实现Wifi的各种具体操作都是通过消息来实现的,就想探讨一下ANDROID消息处理机制,这样就边看边用ROSE画了图,等到消息的发送/接收/处理的过程都看完了,再回头看一下整个UML图,这不就整个一完整的消息处理机制嘛!         工作这么多年过来了,回过头来看看,自己积累了什么呢,再看一下5、6年前鄙人的BLOG发现那时还是留下了些东西的,而且写本文时,重温Java的线程同步机制时,看到当时写的东西,发现如果是当时是自己理解的东西,并且用自己擅长的领域表达出来,自己回头再看时,一目了然,几个UML图就能解决问题了。

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