解析Android訊息處理機制：Handler/Thread/Looper & MessageQueue

解析Android訊息處理機制

——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來實現訊息機制的內部實現。知道了它的內部實現機理之後，以後再遇到使用它們時候的任何問題就駕輕就熟、迎刃而解了。

           Android利用執行在HandlerThread線程中的Looper的相應訊息分發/處理，與其他線程中的訊息發送結合，實現完整的訊息處理機制。本文首先介紹這些訊息處理過程中的參與者之間的關係，然後結合WifiService訊息處理的實際執行個體，講解訊息處理的全過程，最後還從線程視圖的角度，重新審視一下線程同步模型。

一、HandlerThread/Looper/MessageQueue的前世今生

是從Froyo從抽取出的HandlerThread、Looper和MessageQueue的關係圖。他們被定義在package android.os。

圖一：HandlerThread/Looper/MessageQueue執行個體關係

        HandlerThread是一個Thread，繼承自Thread。它保留著對Looper執行個體的引用，不過這裡還看不到HandlerThread、Looper和MessageQueue如何執行個體化，這要到二、HandlerThread/Looper/MessageQueue執行個體化之後才能看清如何?的。

        一看便知，Looper的建構函式是私人的，外界無法直接執行個體化之；要執行個體化，只有通過Looper::prepare()。這樣HandlerThread就與Looper建立了對應關係。對如何建立的是不是已經迫不及待了，那就接著看下一小節。

 

二、HandlerThread/Looper/MessageQueue執行個體化

        上一節只是看了HandlerThread、Looper和MessageQueue之間的靜態視圖關係，他們具體如何執行個體化的，還要看動態執行個體初始化過程。

圖二：HandlerThread/Looper執行個體化

• HandlerThread是一個Thread，在它被執行個體化並執行start()[序列1&2]之後，它的run()方法會在它自己的線程空間執行[序列3]。
• 上節已經提到了Looper的執行個體化是通過Looper::prepare實現的，圖中可以看到Looper::prepare()正是在HandlerThread::run()中被調用而執行個體化[序列4&5]的。
• 而MessageQueue是在Looper的私人建構函式Looper()中執行個體化的。

總結一下，HandlerThread是被顯式地通過new建立的執行個體，而與它綁定在一起的Looper是在HandlerThread的執行過程中被執行個體化的，相應的MessageQueue也是在這個過程中執行個體化的。

 

三、Looper::loop分發處理訊息

      上節重點講了HandlerThread/Looper的執行個體化過程，它發生在Thread::run()這也是線程啟動並執行關鍵，從圖二也看到了Looper::loop()這個訊息處理的核心正是在這裡執行的，下面就看看它到底做了什麼。

圖三：Looper::loop()處理

圖中的所有序列是發生在一個無限迴圈體while (true) {} 中的。

• mQueue:MessageQueue是Looper保留的一份引用，通過它的next()[序列1]擷取MessageQueue中的下一個要處理的訊息，這個過程中如果沒有相應的訊息，執行它的線程會用this.wait()釋放它所擁有的MessageQueue的對象鎖而等待。
• 一旦有訊息到來[序列2]，Looper會用獲得的Message的Handler（msg.target）來分發處理訊息[序列3&4]。訊息處理完之後，還要回收[序列5]。

 

四、Handler實現具體訊息處理

        在Looper::loop()訊息處理的順序圖裡看到了Handler，這個訊息分發處理的參與者。下面結合WifiHandler這個具體的Handler看它如何參與到訊息的發送、分發和處理的。

4.1 Handler執行個體化

        WifiService中定義了如下的WifiHandler。

圖四、訊息的發送、分發、處理者Handler

      看Handler的建構函式是需要Looper的，從上面的分析知道，Looper是在HandlerThread執行中執行個體化的，Looper執行個體如何獲得的呢？看圖一&圖二，知道HandlerThread保留著Looper的應用mLooper，並可通過getLooper()被外面擷取。而Handler的mQueue: MessageQueue可以通過mLooper.mQueue獲得。

所以，Wifi的HandlerThread，WifiHandler可以這樣執行個體化： 

HandlerThread wifiThread = new HandlerThread("WifiService");wifiThread.start();mWifiHandler = new WifiHandler(wifiThread.getLooper());

 

4.2 訊息發送

圖五、訊息發送

通過Message::obtain()可以建立起Message和Target/Handler，what之間的關係，並得到一個Message msg[序列1&2]；然後通過msg.sendToTarget()就可以用Handler來具體發送訊息了[序列3&4]；通過一系列的調用，最後會通過MessageQueue::enqueueMessage()把訊息放到mMessages上[序列7]，還會通過this.notify()通知正在等待新訊息的線程，重新擁有MessageQueue的對象鎖，而處理該訊息。

圖六、MessageQueue與Message的關係

至此，訊息的發送，分發，處理基本上介紹完畢。

4.3 訊息處理

        而要具體處理訊息，從圖三的序列4就可知道，整個架構的最後訊息的處理是通過Handler::handleMessager(msg: Message)來完成。所以如果有自己具體要處理的訊息，只要override Handler的handleMessage(msg: Message)方法，並加入自己特定的對訊息的處理即可。

        要處理訊息，就看看Message的屬性裡都有什麼。

圖七、Message屬性

重點關注public屬性what是區分具體什麼訊息；可以帶參數arg1, arg2。

 

五、重新審視5.1 應用指南

        上面介紹了訊息處理的全過程，這些對於只是用來發送和處理訊息的應用者來說，可能有些繁雜，這裡梳理一下從應用者角度看，怎麼使用之。

        其實四、Handler實現具體訊息處理中的WifiService就是一個典型的應用情境。

        實現一個Handler的子類，並Override handleMessage()方法，亦即，實現訊息處理函數handleMessage()。然後分別建立HandlerThread和Hanlder繼承類的執行個體。這樣就可以如4.2裡那樣發訊息了，而訊息處理在handleMessage()中進行。

        從應用者角度看，Looper和MessageQueue是訊息處理的內部機制，可以不關注它的實現細節（唯一要知道的，Handler執行個體化的時候，需要通過HandlerThread獲得Looper的執行個體，從而可以傳遞給Handler）。

5.2 線程角度

        下面再從線程的角度看一下，訊息處理過程中參與的線程，以及這些線程之間的同步。

        顯然的，這裡有線程HandlerThread的參與，而且Looper::loop()就是執行在HandlerThread的run()方法裡，也就是在HandlerThread裡執行，這也就是說訊息的分發處理和執行是在HandlerThread的線程上下文中。另外，還有至少一個線程存在，也就是建立了HandlerThread的線程B，以及執行訊息發送的線程C，B和C有可能是同一線程。

        訊息的發送是在另外一個線程裡，就是因為有了多個線程的存在，才有了線程的同步操作。可再次關注一三和圖五中實現線程同步的Java原語wait()/notify()。

 

結束語

        寫本文的初衷並不是為了寫它而寫它，是在研究Android中的Wifi實現時，遇到了實現Wifi的各種具體操作都是通過訊息來實現的，就想探討一下ANDROID訊息處理機制，這樣就邊看邊用ROSE畫了圖，等到訊息的發送/接收/處理的過程都看完了，再回頭看一下整個UML圖，這不就整個一完整的訊息處理機制嘛！

        工作這麼多年過來了，回過頭來看看，自己積累了什麼呢，再看一下5、6年前鄙人的BLOG發現那時還是留下了些東西的，而且寫本文時，重溫Java的線程同步機制時，看到當時寫的東西，發現如果是當時是自己理解的東西，並且用自己擅長的領域表達出來，自己回頭再看時，一目瞭然，幾個UML圖就能解決問題了。

 

參考資料

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

田海立 解析JVM線程同步機制 http://blog.csdn.net/thl789/article/details/566494

 

修正記錄

2011/07/18 修改標題、摘要及關鍵詞

    訊息發送分發處理的主要參與者是Looper, Handler，還有Thread的執行。很多應用情境有他們參與就可完成，HandlerThread倒是WifiService處理時訊息處理的一個特例，所以，在這些關鍵點上去掉HandlerThread。

（本文可自由轉載，但請給出原文連結：http://blog.csdn.net/thl789/article/details/6601558）。

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