Android消息处理机制Thread、Handler、Looper

解析Android消息处理机制

——Handler/Thread/Looper & MessageQueue



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：

HandlerThread wifiThread = new HandlerThread("WifiService");  
wifiThread.start();  
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。

参考资料

Google Android source Froyo(2.2) git://android.git.kernel.org/platform/manifest.git

田海立 解析JVM线程同步机制 /article/1697876.html



修正记录

2011/07/18 修改标题、摘要及关键词

消息发送分发处理的主要参与者是Looper, Handler，还有Thread的执行。很多应用场景有他们参与就可完成，HandlerThread倒是WifiService处理时消息处理的一个特例，所以，在这些关键点上去掉HandlerThread。

（本文可自由转载，但请给出原文链接：/article/1697856.html）。

***************************** 全文结束 *******************************

很多初入Android或Java开发的新手对Thread、Looper、Handler和Message仍然比较迷惑，衍生的有HandlerThread、java.util.concurrent、Task、AsyncTask由于目前市面上的书籍等资料都没有谈到这些问题，今天就这一问题做更系统性的总结。我们创建的Service、Activity以及Broadcast均是一个主线程处理，这里我们可以理解为UI线程。但是在操作一些耗时操作时，比如I/O读写的大文件读写，数据库操作以及网络下载需要很长时间，为了不阻塞用户界面，出现ANR的响应提示窗口，这个时候我们可以考虑使用Thread线程来解决。

对于从事过J2ME开发的程序员来说Thread比较简单，直接匿名创建重写run方法，调用start方法执行即可。或者从Runnable接口继承，但对于Android平台来说UI控件都没有设计成为线程安全类型，所以需要引入一些同步的机制来使其刷新，这点Google在设计Android时倒是参考了下Win32的消息处理机制。

1. 对于线程中的刷新一个View为基类的界面，可以使用postInvalidate()方法在线程中来处理，其中还提供了一些重写方法比如postInvalidate(int left,int top,int right,int bottom) 来刷新一个矩形区域，以及延时执行，比如postInvalidateDelayed(long delayMilliseconds)或postInvalidateDelayed(long
delayMilliseconds,int left,int top,int right,int bottom) 方法，其中第一个参数为毫秒

2. 当然推荐的方法是通过一个Handler来处理这些，可以在一个线程的run方法中调用handler对象的 postMessage或sendMessage方法来实现，Android程序内部维护着一个消息队列，会轮训处理这些，如果你是Win32程序员可以很好理解这些消息处理，不过相对于Android来说没有提供 PreTranslateMessage这些干涉内部的方法。

3. Looper又是什么呢? ，其实Android中每一个Thread都跟着一个Looper，Looper可以帮助Thread维护一个消息队列，但是Looper和Handler没有什么关系，我们从开源的代码可以看到Android还提供了一个Thread继承类HanderThread可以帮助我们处理，在HandlerThread对象中可以通过getLooper方法获取一个Looper对象控制句柄，我们可以将其这个Looper对象映射到一个Handler中去来实现一个线程同步机制，Looper对象的执行需要初始化Looper.prepare方法就是昨天我们看到的问题，同时推出时还要释放资源，使用Looper.release方法。

4.Message 在Android是什么呢? 对于Android中Handler可以传递一些内容，通过Bundle对象可以封装String、Integer以及Blob二进制对象，我们通过在线程中使用Handler对象的sendEmptyMessage或sendMessage方法来传递一个Bundle对象到Handler处理器。对于Handler类提供了重写方法handleMessage(Message msg) 来判断，通过msg.what来区分每条信息。将Bundle解包来实现Handler类更新UI线程中的内容实现控件的刷新操作。相关的Handler对象有关消息发送sendXXXX相关方法如下，同时还有postXXXX相关方法，这些和Win32中的道理基本一致，一个为发送后直接返回，一个为处理后才返回
.

5. java.util.concurrent对象分析，对于过去从事Java开发的程序员不会对Concurrent对象感到陌生吧，他是JDK 1.5以后新增的重要特性作为掌上设备，我们不提倡使用该类，考虑到Android为我们已经设计好的Task机制，这里不做过多的赘述，相关原因参考下面的介绍:

6. 在Android中还提供了一种有别于线程的处理方式，就是Task以及AsyncTask，从开源代码中可以看到是针对Concurrent的封装，开发人员可以方便的处理这些异步任务。

摘录自：http://www.android123.com.cn/androidkaifa/422.html

方法一：(java习惯，在android不推荐使用）

刚刚开始接触android线程编程的时候，习惯好像java一样，试图用下面的代码解决问题

new Thread( new Runnable() {     
    public void run() {     
         myView.invalidate();    
     }            
}).start();

可以实现功能，刷新UI界面。但是这样是不行的，因为它违背了单线程模型：Android UI操作并不是线程安全的并且这些操作必须在UI线程中执行。

方法二：（Thread+Handler)

查阅了文档和apidemo后，发觉常用的方法是利用Handler来实现UI线程的更新的。

Handler来根据接收的消息，处理UI更新。Thread线程发出Handler消息，通知更新UI。

Handler myHandler = new Handler() {  
          public void handleMessage(Message msg) {   
               switch (msg.what) {   
                    case TestHandler.GUIUPDATEIDENTIFIER:   
                         myBounceView.invalidate();  
                         break;   
               }   
               super.handleMessage(msg);   
          }   
     };

class myThread implements Runnable {   
          public void run() {  
               while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {    
                       
                    Message message = new Message();   
                    message.what = TestHandler.GUIUPDATEIDENTIFIER;   
                      
                    TestHandler.this.myHandler.sendMessage(message);   
                    try {   
                         Thread.sleep(100);    
                    } catch (InterruptedException e) {   
                         Thread.currentThread().interrupt();   
                    }   
               }   
          }   
     }

以上方法demo看:http://rayleung.javaeye.com/blog/411860

方法三：（java习惯，不推荐）

在Android平台中需要反复按周期执行方法可以使用Java上自带的TimerTask类，TimerTask相对于Thread来说对于资源消耗的更低，除了使用Android自带的AlarmManager使用Timer定时器是一种更好的解决方法。 我们需要引入import java.util.Timer; 和 import java.util.TimerTask;

public class JavaTimer extends Activity {  
  
    Timer timer = new Timer();  
    TimerTask task = new TimerTask(){   
        public void run() {  
            setTitle("hear me?");  
        }            
    };  

    public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {  
        super.onCreate(savedInstanceState);  
        setContentView(R.layout.main);  
       
         timer.schedule(task, 10000);  

    }  
}

方法四：(TimerTask + Handler)

实际上这样做是不行的，这跟Android的线程安全有关！应该通过配合Handler来实现timer功能的！

public class TestTimer extends Activity {  
  
    Timer timer = new Timer();  
    Handler handler = new Handler(){   
        public void handleMessage(Message msg) {  
            switch (msg.what) {      
            case 1:      
                setTitle("hear me?");  
                break;      
            }      
            super.handleMessage(msg);  
        }  
          
    };  
    TimerTask task = new TimerTask(){    
        public void run() {  
            Message message = new Message();      
            message.what = 1;      
            handler.sendMessage(message);    
        }            
    };  
    public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {  
        super.onCreate(savedInstanceState);  
        setContentView(R.layout.main);  
              timer.schedule(task, 10000);  
    }  
}

方法五：( Runnable + Handler.postDelayed(runnable,time) )

在Android里定时更新 UI，通常使用的是 java.util.Timer, java.util.TimerTask, android.os.Handler组合。实际上Handler 自身已经提供了定时的功能。

private Handler handler = new Handler();  
  
    private Runnable myRunnable= new Runnable() {    
        public void run() {  
             
            if (run) {  
                handler.postDelayed(this, 1000);  
                count++;  
            }  
            tvCounter.setText("Count: " + count);  

        }  
    };

然后在其他地方调用

handler.post(myRunnable);

handler.post(myRunnable,time);

案例看：http://shaobin0604.javaeye.com/blog/515820