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Handler与异步消息处理

Handler 在 Android 中的应用很广泛,基本上每个 Android 开发人员都会使用到它。本篇文章将会介绍 Handler 和异步消息机制相关的使用方法,下一篇会从源码的角度分析 Android 中异步消息处理的流程。

Android 中的异步消息处理框架由 Handler 、MessageQueue、Looper 和 ThreadLocal 等组成。Handler 是我们使用最多的一个类,主要负责发送和处理消息,MessageQueue 是一个队列,用来存储 Handler 发送来的消息,而 Looper 则是一个死循环。

Handler 的使用场景

由于 Android 系统不允许在主线程进行耗时任务,因此网络请求等一般都会开新的线程执行,然而,Android 中的控件不是线程安全的,因此只能在主线程中访问 UI 控件,否则就会报错。那么从子线程中得到的数据怎么返回到主线程给 UI 使用呢?答案很简单,大家都知道,可以使用 Handler 将数据返回到主线程。

但有时候你会发现,有些项目里面没有开启子线程,却在使用 Handler,这就是 Handler 的另一个使用场景:消息处理。如果你有一个个的任务需要排队处理,那么使用 Handler 是很合适的。

Handler 的使用

Handler 必须与一个 Looper 关联才能使用,而且是在 Handler 创建的时候就要传入一个 Looper 的。由于主线程中默认创建了一个 Looper,因此在主线程中不用传入 Looper。如果不传 Handler,那么系统就会去获取当前线程的 Looper,如果找不到,就会报错。因此,如果在子线程没有手动创建 Looper 的情况下直接使用 Handler handler = new Handler()
的话,是会报错的。

// 不传入 Looper,系统会自己去获取当前线程中的 Looper。
Handler handler = new Handler();

// 在子线程中,可以传入自定的 Looper。
Handler  handler = new Handler(Looper);

每一个线程有且只能有一个 Looper,在创建 Looper 的时候,系统会检查该线程是否已经有 Looper 对象了,已经有 Looper 对象了,则会报错。

// 创建一个 Looper 很简单。
Looper.prepare();

再次强调: Handler 必须和 Looper 相关联才能使用
。一个 Handler 只能关联一个 Looper,而且一旦关联上了,就不能更改。当然,一个 Looper 可以关联多个 Handler。

在子线程中创建 Handler

一般情况下,我们都是在主线程中创建 Handler,但是有时候也需要在子线程中处理消息队列。由于主线程是唯一一个自带了 Looper 的线程。因此在主线程中创建和使用 Handler 相对是比较简单的,也是最常见的。但是还有些情况是需要在子线程中创建一个消息队列的,在子线程中使用 Handler 需要提供一个 Looper,于是代码就应该像下面那样:

// 为异步消息处理框架准备一个线程
class LooperThread extends Thread {
	public Handler mHandler;
	public void run() {
		// 准备一个 Looper
		Looper.prepare();
		// Handler 对象会和该线程的 Looper 关联起来。
		mHandler = new Handler() {
			public void handlerMessage(Message msg) {
				// 在这里处理传入的消息
			}
		};
		// 使用该 Looper,启动一个循环的消息队列。
		Looper.loop();
	}
}

使用 HandlerThread

可以使用 HandlerThread 来简化在子线程中创建 Handler 的流程。HalderThread 是一个自带了 Looper 的线程类,

public class MyHandlerThread extends HandlerThread {
	// 你只需要添加一个 Handler
	private Handler handler;
	public MyHandlerThread(String name) {
		super(name)
	}
}

HandlerThread 也并不神秘,它只是帮你调用了 Looper.prepare()
方法和 Looper.loop()
方法而已。也就是说如果你一个类继承了 ThreadHandler,你可以像在主线程那样使用 Handler。

发送和处理消息

准备好 Handler 的环境后,就可以使用 Handler 来发送和处理消息了。处理消息是在 Handler 的 handleMessage()
方法中进行 的,而发送消息有两种方法:发送一个 Message 对象,和投递一个 Runnable 对象。下面分别介绍这两类方法。

发送 Message 对象

Message 对象可以包含一些简单的数据,并且可以通过 Handler 进行发送和处理。Message 对象可以通过 Message.what(int)
方法中的 int 参数来标志该对象。Message 对象使用两个 int 类型的字段来存储需要发送的信息,也可以使用一个 Object 类型的对象来存储一个简单对象的信息。

  • Message.what
    :标识一个 Message 对象。
  • Message.arg1
    :需要传递的 int 类型的数据。
  • Message.arg2
    :需要传递的 int 类型的数据。
  • Message.obj
    :存储任意数据类型(Object)的对象。

怎么创建一个 Message 对象呢?你当然可以使用 Message msg = new Message()
方法来创建一个 Message 对象,但是不建议这么做。因为我们有更高效的方法来获得 Message 对象:使用 Message msg = MMessage.obtain()
Handler.obtainMessage()
来获取一个 Message。这个 Message 对象被 Handler 发送到 MessageQueue 之后,并不会被销毁,可以重复利用,因此比使用 new 方法来创建一个 Message 对象效率更高。

当你需要将消息传递到一个后台线程时,建议使用 Handler.obtainMessage
来创建一个 Message 对象:

int what = 0;
String hello = "Hello!";
// 获取一个和后台线程关联的 Message 对象
Message msg = mHandler.obtainMessage(what, hello);
// 发送一个消息到后台线程。
mHandler.sendMessage(msg);

sendMessage() 的相关方法

发送 Message 对象的方法同投递一个 Runnable 对象的方法很类似:

  • Handler.sendMessage( Message msg )
    :在 MessageQueue 中添加一个 Message 对象。
  • Handler.sendMessageAtFrontOfQueue( Message msg )
    :添加一个 Message 对象到 MessageQueue 的前面。
  • Handler.sendMessageAtTime ( Message msg, long timeInMills )
    :在指定的时间发送一个 Message 对象。
  • Handler.sendMessageDelayed( Message msg, long timeInMillis )
    :在指定的时间之后,发送 Message 对象。

投递一个 Runnable 对象

使用 Handler 发送任务的另一个方法就是投递一个 Runnable 对象(“投递”一词,主要是翻译 post() 方法)。创建一个 Runnable 对象必须要实现 run() 方法,因此,我们需要投递执行的任务就要写在 run() 方法中。

// 声明一个 Runnable
Runnable r = new Runnable() {
	@Override
	public void run() {
		// 任务的具体内容
	}
}

在 Handler 中,有多种方式投递一个 Runnable 对象:

  • Handler.post(Runnable r)
    :在 MessageQueue 中添加一个 Runnable 对象。
  • Handler.postAtFrontOfQueue
    :在 MessageQueue 的头部添加一个 Runnable 对象。
  • Handler.postAtTime(Runnable r, long timeMillis)
    :在指定的时间将 Runnable 对象添加到 MessageQueue 中。
  • Handler.postDelay(Runnable r, long delay)
    :经过了指定的时间后,将 Runnable 对象添加到 MessageQueue 中。
// 投递一个 Runnable 对象
Handler handler = new Handler();
handler.post(
	new Runnable() {
		@Override
		public void run() {
			// 任务的具体内容
		}
	});

当然,你也可以使用 Activity.runOnUiThread()
来投递一个 Runnable 对象。

Activity.runOnUiThread (
	new Runnable() {
		@Override
		public void run() {
			// 任务的具体内容
		}
	});

该方法如果是在主线程上调用的,那么会立即执行。如果是在其他线程上使用的,那么就会将该 Runnable 对象投递到主线程的消息队列中去。

有一点需要记住, Runnable
对象和 Message
对象不同, Runnable
对象不能重复使用。

实例:倒计时

下面,我们用 Handler 来实现倒计时功能。先来分析一下 倒计时
的相关功能需求:

  • 需要知道总时间和每一步的间隔时间。
  • 每次到了间隔时间就回调通知,总时间结束后也要回调通知。

根据这个需求,我们可以大致猜想一下如何实现:

  • 需要提供两个构造参数的构造方法,一个是总时间,一个是间隔时间。
  • 需要提供两个抽象方法供子类实现,一个是每次到了间隔时间的回调通知,另一个是总时间结束后的回调通知。

有了这个思路,实现就很简单了,下面直接给出代码:

public abstract class Timer {

    private long mMillisInFuture;
    private long mCountdownInterval;
    private long mStopTimeInFuture;
    private Handler mHandler = new Handler() {
        @Override
        public void handleMessage(Message msg) {
            // 计算剩余时间
            long millisLeft = mStopTimeInFuture - SystemClock.elapsedRealtime();
            if (millisLeft <= 0) {
                // 如果剩余时间小于或等于 0, 则回调 onFinish() 方法。
                onFinish();
            } else if (millisLeft < mCountdownInterval) {
                // 当剩余时间小于一次间隔时间时,不回调 onTick() 方法,直接等到最后再发送
                sendMessageDelayed(obtainMessage(), millisLeft);
            } else {
                // 回调 onTick() 方法,并在一次间隔时间后再次发送消息。
                onTick(millisLeft);
                sendMessageDelayed(obtainMessage(), mCountdownInterval);
            }
        }
    };

    public Timer(long millisInFuture, long countdownInterval) {
        mMillisInFuture = millisInFuture;
        mCountdownInterval = countdownInterval;
    }

    /**
     * 调用 start() 方法以启动倒计时
     * @return
     */
    public Timer start() {
        if (mMillisInFuture < 0) {
            onFinish();
            return this;
        }
        // 获取倒计时完成的系统时间
        mStopTimeInFuture = SystemClock.elapsedRealtime() + mMillisInFuture;
        // 发送第一个消息
        mHandler.sendMessage(mHandler.obtainMessage());
        return this;
    }

    /**
     * 每经过一次间隔时间就回调一次 onTick 方法
     * @param millionLeft   剩余时间
     */
    abstract void onTick(long millionLeft);

    /**
     * 倒计时完成后,回调 onFinish() 方法
     */
    abstract void onFinish();
}

其实上面的代码是 Android 系统中 CountDownTimer
类的简化版, CountDownTimer
增加了线程安全机制并处理了一些特殊情况,有兴趣的朋友可以自行查阅。

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