Android线程管理(一)——线程通信

      线程通信、ActivityThread及Thread类是理解Android线程管理的关键。

      线程,作为CPU调度资源的基本单位,在Android等针对嵌入式设备的操作系统中,有着非常重要和基础的作用。本小节主要从以下三个方面进行分析:

  1. 《Android线程管理(一)——线程通信》
  2. 《Android线程管理(二)——ActivityThread》
  3. 《Android线程管理(三)——Thread》


一、Handler、MessageQueue、Message及Looper四者的关系

      在开发Android多线程应用时,Handler、MessageQueue、Message及Looper是老生常谈的话题。但想彻底理清它们之间的关系,却需要深入的研究下它们各自的实现才行。首先,给出一张它们之间的关系图:

绘图1

  • Looper依赖于MessageQueue和Thread,因为每个Thread只对应一个Looper,每个Looper只对应一个MessageQueue。
  • MessageQueue依赖于Message,每个MessageQueue对应多个Message。即Message被压入MessageQueue中,形成一个Message集合。
  • Message依赖于Handler进行处理,且每个Message最多指定一个Handler来处理。Handler依赖于MessageQueue、Looper及Callback。

      从运行机制来看,Handler将Message压入MessageQueue,Looper不断从MessageQueue中取出Message(当MessageQueue为空时,进入休眠状态),其target handler则进行消息处理。因此,要彻底弄清Android的线程通信机制,需要了解以下三个问题:

  • Handler的消息分发、处理流程
  • MessageQueue的属性及操作
  • Looper的工作原理

1.1 Handler的消息分发、处理流程

      Handler主要完成Message的入队(MessageQueue)和处理,下面将通过Handler的源码分析其消息分发、处理流程。首先,来看下Handler类的方法列表:

2697.tm

     从上图中可以看出,Handler类核心的方法包括:1)构造器;2)分发消息;3)处理消息;4)post发送消息;5)send发送消息;6)remove消息和回调。

     首先,从构造方法来看,构造器的多态最终通过调用如下方法实现,即将实参赋值给Handler类的内部域。

final MessageQueue mQueue;
final Looper mLooper;
final Callback mCallback;
final boolean mAsynchronous;

public Handler(Looper looper, Callback callback, boolean async) {
    mLooper = looper;
    mQueue = looper.mQueue;
    mCallback = callback;
    mAsynchronous = async;
}

     其次,消息的入队是通过post方法和send方法来实现的。

public final boolean postAtTime(Runnable r, long uptimeMillis) {
    return sendMessageAtTime(getPostMessage(r), uptimeMillis);
}
public final boolean sendEmptyMessageAtTime(int what, long uptimeMillis) {
    Message msg = Message.obtain();
    msg.what = what;
    return sendMessageAtTime(msg, uptimeMillis);
}
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);
}

      两者的区别在于参数类型不同,post方法传入的实例对象实现了Runnable接口,然后在内部通过getPostMessage方法将其转换为Message,最终通过send方法发出;send方法传入的实例对象为Message类型,在实现中,将Message压入MessageQueue。

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

      通过Handler将Message压入MessageQueue之后,Looper将其轮询后交由Message的target handler处理。Handler首先会对消息进行分发。首先判断Message的回调处理接口Callback是否为null,不为null则调用该Callback进行处理;否判断Handler的回调接口mCallback是否为null,不为null则调用该Callback进行处理;如果上述Callback均为null,则调用handleMessage方法处理。

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

      handleMessage方法在Handler的子类中必须实现。即消息具体的处理交由应用软件实现。

/**
 * Subclasses must implement this to receive messages.
 */
public void handleMessage(Message msg) {
}

      回到Activity(Fragment),在Handler的子类中实现handleMessage方法。这里需要注意一个内存泄露的问题,比较下述两种实现方式,第一种直接定义Handler的实现,第二种通过静态内部类继承Handler,定义继承类的实例。

Handler mHandler = new Handler() {
            
    @Override
    public void handleMessage(Message msg) {
        super.handleMessage(msg);
            
        // 根据msg调用Activity的方法
    }
};
static class MyHandler extends Handler {

    WeakReference<DemoActivity> mActivity;

    public MyHandler(DemoActivity demoActivity) {
        mActivity = new WeakReference<DemoActivity>(demoActivity);
    }

    @Override
    public void handleMessage(Message msg) {
        super.handleMessage(msg);
        DemoActivity theActivity = mActivity.get();

        // 根据msg调用theActivity的方法
}

      不绕弯子,直接说明为什么第一种方式会引起内存泄露,而第二种不会。

      在第一种方式中,mHandler通过匿名内部类方式实例化,在Java中,内部类会强持有外部类的引用(handleMessage方法中可以直接调用Activity的方法),在外部Activity调用onDestroy()方法之后,如果Handler的MessageQueue依然有未处理的消息,那么由于Handler持有Activity的引用导致Activity无法被系统GC回收,从而引起内存泄露。

      在第二种方式中,首先继承Handler定义静态内部类,由于MyHandler为静态类,即使定义在Activity的内部,也与Activity没有逻辑上的联系,即不会持有外部Activity的引用;其次,在静态类内部,定义外部Activity的弱引用,弱引用在系统资源紧张时会被系统优先回收。最后,在handleMessage()方法中,通过WeakReference的get方法获取外部Activity的引用,如果该弱引用已被回收,则get方法返回null。

struct GcSpec {
  /* If true, only the application heap is threatened. */
  bool isPartial;
  /* If true, the trace is run concurrently with the mutator. */
  bool isConcurrent;
  /* Toggles for the soft reference clearing policy. */
  bool doPreserve;
  /* A name for this garbage collection mode. */
  const char *reason;
};

      这段代码定义在dalvik/vm/alloc/Heap.h中,其中doPreserve为true时,表示在执行GC的过程中,不回收软引用引用的对象;为false时,表示在执行GC的过程中,回收软引用引用的对象。

      最后,使用Handler的过程中,还需要注意一点,在前面的方法列表图中已经提到。为避免Activity调用onDestroy后,Handler的MessageQueue中仍存在Message,一般会在onDestroy中调用removeCallbacksAndMessages()方法。

@Override
protected void onDestroy() {
    super.onDestroy();
    // 清空Message队列
    myHandler.removeCallbacksAndMessages(null);
}
public final void removeCallbacksAndMessages(Object token) {
    mQueue.removeCallbacksAndMessages(this, token);
}

      removeCallbacksAndMessages()方法会移除obj为token的由post发送的callback和send发送的message,当token为null时,会移除所有callback和message。

1.2 MessageQueue的属性及操作

      MessageQueue,消息队列,其属性与常规队列相似,包括入队、出队等,这里简要介绍一下MessageQueue的实现。

      首先,MessageQueue新建队列的工作是通过在其构造器中调用本地方法nativeInit实现的。nativeInit会创建NativeMessageQueue对象,然后赋值给MessageQueue成员变量mPtr。mPtr是int类型数据,代表NativeMessageQueue的内存指针。

MessageQueue(boolean quitAllowed) {
    mQuitAllowed = quitAllowed;
    mPtr = nativeInit();
}

      其次,Message入队的通过enqueueMessage方法实现。首先检查message是否符合入队要求(是否正在使用,target handler是否为null),符合要求后通过设置prev.next = msg队列的指针完成入队操作。

boolean enqueueMessage(Message msg, long when);

      再次,出队是通过next()方法完成的。涉及到同步、锁等问题,这里不详细展开了。

      再次,删除元素有两个实现。即分别通过p.callback == r和p.what == what来进行消息识别。

void removeMessages(Handler h, int what, Object object);
void removeMessages(Handler h, Runnable r, Object object);

      最后,销毁队列和创建队列一样,是通过本地函数完成的。传入的参数为MessageQueue的内存指针。

private native static void nativeDestroy(int ptr);

1.3 Looper的工作原理

      Looper是线程通信的关键,正是因为Looper,整个线程通信机制才真正实现“通”。

      在应用开发过程中,一般当主线程需要传递消息给用户自定义线程时,会在自定义线程中定义Handler进行消息处理,并在Handler实现的前后分别调用Looper的prepare()方法和loop()方法。大致实现如下:

new Thread(new Runnable() {
            
    private Handler mHandler;
            
    @Override
    public void run() {
        Looper.prepare();
        mHandler = new Handler() {
            @Override
            public void handleMessage(Message msg) {
                super.handleMessage(msg);
                        
            }
        };
        Looper.loop();
    }
});

这里重点说明prepare()方法和loop()方法,实际项目中不建议定义匿名线程。

 

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));
}

      可以看出,prepare方法的重点是sThreadLocal变量,sThreadLocal变量是什么呢?

// sThreadLocal.get() will return null unless you've called prepare().
static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();

      ThreadLocal实现了线程本地存储。简单看一下它的类注解文档,ThreadLocal是一种特殊的全局变量,全局性在于它存储于自己所在线程相关的数据,而其他线程无法访问。

/**
 * Implements a thread-local storage, that is, a variable for which each thread
 * has its own value. All threads share the same {@code ThreadLocal} object,
 * but each sees a different value when accessing it, and changes made by one
 * thread do not affect the other threads. The implementation supports
 * {@code null} values.
 *
 * @see java.lang.Thread
 * @author Bob Lee
 */
public class ThreadLocal<T> {
}

      回到prepare方法中,sThreadLocal添加了一个针对当前线程的Looper对象。并且prepare方法只能调用一次,否则会抛出运行时异常。

      初始化完毕之后,Handler通过post和send方法如何保证消息投递到Looper所持有的MessageQueue中呢?其实,MessageQueue是Handler和Looper的桥梁。在前面Handler章节中提到Handler的初始化方法,Handler的mLooper对象是通过Looper的静态方法myLooper()获取的,而myLooper()是通过调用sThreadLocal.get()来得到的,即Handler的mLooper就是当前线程的Looper对象,Handler的mQueue就是mLooper.mQueue。

……
mLooper = Looper.myLooper();
if (mLooper == null) {
   throw new RuntimeException(
        "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");
}
mQueue = mLooper.mQueue;
……
public static Looper myLooper() {
    return sThreadLocal.get();
}
posted @ 2016-01-13 10:10 yhthu 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏