Android單線程模型
??我們知道進(jìn)程是cpu資源分配的最小單位，線程是cpu調(diào)度的最小單位辖源。早期的操作系統(tǒng)里進(jìn)程既是資源分配也是調(diào)度的最小單位，后來隨著cpu速度越來越快驮配，為了更合理的使用cpu熏纯，減少進(jìn)程切換的開銷同诫，才將資源分配和調(diào)度分開，就有了線程樟澜。線程是建立在進(jìn)程的基礎(chǔ)上的一次程序運行單位误窖。
??當(dāng)我們第一次打開一個App時，系統(tǒng)就會給這個App分配一個進(jìn)程秩贰，并且啟動一個main thread線程霹俺，主線程主要負(fù)責(zé)處理與UI相關(guān)的事件，如：用戶的按鍵事件毒费，用戶接觸屏幕的事件以及屏幕繪圖事件丙唧，并把相關(guān)的事件分發(fā)到對應(yīng)的組件進(jìn)行處理。所以主線程通常又被叫做UI線程觅玻。
??在開發(fā)Android 應(yīng)用時必須遵守單線程模型的原則： Android UI操作并不是線程安全的并且這些操作必須在UI線程中執(zhí)行想际。
疑問
??既然UI操作只能在UI線程里更新，那么可不可以把所有操作都放在UI線程里面呢溪厘？答案是不可能的沼琉，可能會導(dǎo)致ANR。所以一些常用的耗時操作只能在非UI線程里執(zhí)行桩匪，比如網(wǎng)絡(luò)打瘪，數(shù)據(jù)庫，IO操作等傻昙。那在非UI線程執(zhí)行完后我們想把處理結(jié)果通知給UI線程怎么辦闺骚，這就涉及到線程間通信的問題。
??傳統(tǒng)的Java線程間通信包括volatile妆档，synchronized僻爽，CountDownLatch等不適合于Android，因為AndroidUI線程是消息驅(qū)動模式贾惦，主線程在啟動時會初始化一個Looper胸梆，并調(diào)用loop()方法開啟死循環(huán)，在循環(huán)里執(zhí)行處理消息的操作须板。
大致流程圖如下：
UML類圖
流程講解
??接下來我們以handler的創(chuàng)建為起始點碰镜，結(jié)合源碼開始講解。
hander創(chuàng)建（UI線程中）
handler = new Handler();
查看構(gòu)造函數(shù)：
public Handler() {
this(null, false);
}
這里可以傳入兩個參數(shù)习瑰，一個為callback绪颖，他是Handler的內(nèi)部接口，里面只有一個方法：
public interface Callback {
/**
* @param msg A {@link android.os.Message Message} object
* @return True if no further handling is desired
*/
public boolean handleMessage(Message msg);
}
也就是我們初始化Handler的時候可以傳入一個Callback甜奄，之后Looper會回調(diào)這個Callback柠横。
另一個參數(shù)表示是否是異步消息
Handler.java
public Handler(Callback callback, boolean async) {
if (FIND_POTENTIAL_LEAKS) {
final Class<? extends Handler> 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;
}
??可以看見這里面會獲取Looper窃款，如果Looper為空，則會報錯牍氛；由于Handler實在主線程里面創(chuàng)建的晨继，默認(rèn)用的是主線程的Looper，而主線程的Looper實在ActivityThread的main方法中創(chuàng)建的搬俊。所以如果在其他線程創(chuàng)建Handler必須顯示的創(chuàng)建Looper紊扬。
??我們進(jìn)入Looper.myLooper()方法里面看看
Handler.java
static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();
/**
* Return the Looper object associated with the current thread. Returns
* null if the calling thread is not associated with a Looper.
*/
public static @Nullable Looper myLooper() {
return sThreadLocal.get();
}
??ThreadLocal是一個類似于HashMap的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它主要是用于保存線程的局部變量悠抹，ThreadLocal為變量在每個線程中都創(chuàng)建了一個副本，那么每個線程可以訪問自己內(nèi)部的副本變量扩淀。
??也就是myLooper()會獲取當(dāng)前線程的Looper楔敌，那么主線程的Looper實在哪創(chuàng)建的呢？答案是在ActivityThread中
ActivityThread.java
public static void main(String[] args) {
...
Looper.prepareMainLooper();
...
Looper.loop();
}
Looper.java
/**
* Initialize the current thread as a looper, marking it as an
* application's main looper. The main looper for your application
* is created by the Android environment, so you should never need
* to call this function yourself. See also: {@link #prepare()}
*/
public static void prepareMainLooper() {
prepare(false);
synchronized (Looper.class) {
if (sMainLooper != null) {
throw new IllegalStateException("The main Looper has already been prepared.");
}
sMainLooper = myLooper();
}
}
調(diào)用prepare方法
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));
}
private Looper(boolean quitAllowed) {
mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
mThread = Thread.currentThread();
}
所以就是在這創(chuàng)建完Looper的驻谆，并且創(chuàng)建想贏的MessageQueue卵凑，然后把Looper保存到ThreadLocal中
結(jié)論：一個線程對應(yīng)一個Looper對應(yīng)一個MessageQueue
發(fā)送消息
?? Handler創(chuàng)建完畢后，我們就可以發(fā)送消息了胜臊，發(fā)送消息有幾種方式勺卢，如post(),sendMessage();最終都會調(diào)用handler的sendMessageAtTime()方法(post 的Runnnale也會包裝成Message)
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);
}
mQueue就是在創(chuàng)建Handler時賦值的，它會調(diào)用MessageQueue的enqueueMessage方法
private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
msg.target = this;
if (mAsynchronous) {
msg.setAsynchronous(true);
}
return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}
這里要注意的是把msg.target指向了自己象对，這是為了Looper處理完消息后回調(diào)自己的相關(guān)方法黑忱。
接下來進(jìn)入MessageQueue里面
boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
...
//防止多個子線程同時發(fā)送消息，導(dǎo)致不可預(yù)知的錯誤
synchronized (this) {
...
msg.markInUse();
msg.when = when;
Message p = mMessages;
boolean needWake;
if (p == null || when == 0 || when < p.when) {
// New head, wake up the event queue if blocked.
msg.next = p;
mMessages = msg;
needWake = mBlocked;
} else {
// Inserted within the middle of the queue. Usually we don't have to wake
// up the event queue unless there is a barrier at the head of the queue
// and the message is the earliest asynchronous message in the queue.
needWake = mBlocked && p.target == null && msg.isAsynchronous();
Message prev;
for (;;) {
prev = p;
p = p.next;
if (p == null || when < p.when) {
break;
}
if (needWake && p.isAsynchronous()) {
needWake = false;
}
}
msg.next = p; // invariant: p == prev.next
prev.next = msg;
}
// We can assume mPtr != 0 because mQuitting is false.
if (needWake) {
nativeWake(mPtr);
}
....
}
....
}
??mMessages是當(dāng)前Looper正在處理的消息勒魔，即消息隊列的隊頭甫煞，賦值的地方是在next()方法里面；即如果當(dāng)前隊頭的消息為空或者待入隊的消息延時為0或者待入隊的消息的延時小于隊頭的延時冠绢，則把待入隊的消息插入到隊的頭部抚吠；
??這可以看出MessageQueue是一個按when順序排列的優(yōu)先級隊列，隊頭的when是最小弟胀；
??同時加入之前是延遲消息楷力，會阻塞當(dāng)前隊列，所以還需要喚醒
??else里面會開啟for循環(huán)孵户，這個循環(huán)的目的是插入消息到鏈表的中間：如果插入消息到鏈表頭部的條件不具備萧朝，則依次循環(huán)消息鏈表比較觸發(fā)時間的長短，然后將消息插入到消息鏈表的合適位置夏哭。接著如果需要喚醒線程處理則調(diào)用C++中的nativeWake()函數(shù)剪勿。
這樣handler插入消息的流程就完畢了
Looper消息循環(huán)
??當(dāng)消息隊列中有消息的時候，Looper就會去取出消息并執(zhí)行方庭，具體在Looper的loop()方法中厕吉。
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;
...
for (;;) {
Message msg = queue.next(); // might block
if (msg == null) {
// No message indicates that the message queue is quitting.
return;
}
...
try {
msg.target.dispatchMessage(msg);
end = (slowDispatchThresholdMs == 0) ? 0 : SystemClock.uptimeMillis();
} finally {
if (traceTag != 0) {
Trace.traceEnd(traceTag);
}
}
...
msg.recycleUnchecked();
}
}
??這里面主要就是從MessageQueue中取出Message執(zhí)行酱固，即調(diào)用queue.next()，然后handler的dispatchMessage()方法头朱，前面提到過msg.target執(zhí)行的就是我們的handler运悲。然后回收message，可以復(fù)用项钮；這也是為什么建議用Message.obtain()來生成message的原因班眯。
??接下來看MessageQueue的next方法
Message next() {
...
for (;;) {
...
nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);
synchronized (this) {
// Try to retrieve the next message. Return if found.
final long now = SystemClock.uptimeMillis();
Message prevMsg = null;
Message msg = mMessages;
if (msg != null && msg.target == null) {
// Stalled by a barrier. Find the next asynchronous message in the queue.
do {
prevMsg = msg;
msg = msg.next;
} while (msg != null && !msg.isAsynchronous());
}
if (msg != null) {
if (now < msg.when) {
// Next message is not ready. Set a timeout to wake up when it is ready.
nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE);
} else {
// Got a message.
mBlocked = false;
if (prevMsg != null) {
prevMsg.next = msg.next;
} else {
mMessages = msg.next;
}
msg.next = null;
if (DEBUG) Log.v(TAG, "Returning message: " + msg);
msg.markInUse();
return msg;
}
} else {
// No more messages.
nextPollTimeoutMillis = -1;
}
// Process the quit message now that all pending messages have been handled.
if (mQuitting) {
dispose();
return null;
}
// If first time idle, then get the number of idlers to run.
// Idle handles only run if the queue is empty or if the first message
// in the queue (possibly a barrier) is due to be handled in the future.
if (pendingIdleHandlerCount < 0
&& (mMessages == null || now < mMessages.when)) {
pendingIdleHandlerCount = mIdleHandlers.size();
}
if (pendingIdleHandlerCount <= 0) {
// No idle handlers to run. Loop and wait some more.
mBlocked = true;
continue;
}
if (mPendingIdleHandlers == null) {
mPendingIdleHandlers = new IdleHandler[Math.max(pendingIdleHandlerCount, 4)];
}
mPendingIdleHandlers = mIdleHandlers.toArray(mPendingIdleHandlers);
}
}
...
}
??nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);是一個native方法，它的作用是在native層阻塞烁巫，對用nativeWake()喚醒署隘，接下通過do while循環(huán)在MessageQueue中找message，如果Handler傳入了async參數(shù)為true亚隙，這里的msg.isAsynchronous()為true磁餐，循環(huán)退出，即找出第一個不為空的同步message或者異步message阿弃；
??找到后會計算該message的執(zhí)行時間是不是現(xiàn)在這個時間點诊霹，如果還沒到它該執(zhí)行的時間點，則計算剩余的時間 nextPollTimeoutMillis渣淳，否則的話該message就是我們要找的message脾还，然后取出該message，并改變鏈表的指針入愧。
??值得一提的是MessageQueue有個有趣的接口IdleHandler鄙漏，看名字就知道它是個空的handler，當(dāng)MessageQueue中沒有消息的時候棺蛛，如果有IdleHandler泥张，則會調(diào)用queueIdle()方法，關(guān)于它的用法之后我們會講到鞠值。
Message走了一圈又回到了Handler
Message從子線程走到了主線程媚创，走了一圈又回到了Handler
/**
* Handle system messages here.
*/
public void dispatchMessage(Message msg) {
if (msg.callback != null) {
handleCallback(msg);
} else {
if (mCallback != null) {
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
}
}
handleMessage(msg);
}
}
??如果Message設(shè)置了回調(diào)方法的話，則回調(diào)該方法彤恶，這個是當(dāng)我們調(diào)用handler.post(Runnable able)時設(shè)置的钞钙，即這個callback就是runnable，他會調(diào)用用runnable的run方法声离；
??如果Message沒設(shè)置回調(diào)芒炼，并且handler設(shè)置了callback，這個callback是在構(gòu)造方法里面設(shè)置的术徊，之前講到過本刽，然后回調(diào)callback的handleMessage()；
??如果前兩步都沒設(shè)置回調(diào)，則會調(diào)用自身的handleMessage(msg)方法子寓，這個就是我們熟悉的暗挑，經(jīng)常復(fù)寫的方法。
總結(jié)
??終上所述斜友，一個message從子線程走到了主線程炸裆，這其中都是Handler的功勞，handler負(fù)責(zé)發(fā)送消息入隊鲜屏，然后處理消息烹看，這樣完成了一個操作從子線程到主線程的切換，其本質(zhì)就是把一個操作從子線程傳遞給主線程洛史。關(guān)于子線程更新UI的相關(guān)有趣操作我們會在另外的文章里講惯殊。
??Tips1: handler在哪個線程創(chuàng)建，持有的就是哪個線程的Looper也殖，MessageQueue土思。當(dāng)然你也可以在構(gòu)造函數(shù)中顯示的指定哪個線程的Looper。比如主線程創(chuàng)建的默認(rèn)是主線程的mainLooper毕源。
??Tips2: 子線程創(chuàng)建Handler浪漠，由于子線程沒有自己的Looper陕习，所以必須顯示調(diào)用Looper.prepare()創(chuàng)建Looper霎褐，并且顯示的調(diào)用Looper.loop()方法開啟消息循環(huán)。
??Tips3: handler的底層用的是Linux的管道通信该镣，至于原因冻璃，我們之后再講；
Message流向圖
時序圖
