Android多線程通信機制

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掌握Android的多線程通信機制，我們首先應該掌握Android中進程與線程是什么。 ###1. 進程 在Android中，一個應用程序就是一個獨立的進程（應用運行在一個獨立的環境中，可以避免其他應用程序/進程的干擾）。一般來說，當我們啟動一個應用程序時，系統會創建一個進程（從Zygote中fork出來的，這個進程會有獨立的ID），並為這個進程創建一個主線程（UI線程），然后就可以運行MainActivity了，應用程序的組件默認都是運行在它的進程中，但我們可以通過指定應用的組件（四大組件）的運行進程:`android:process`來讓組件運行在不同的進程中；讓組件運行在不同的進程中，會帶來好處，也會帶來壞處：

• 好處是：因為每一個應用程序（也就是每一個進程）都會有一個內存預算，所有運行在這個這個進程中的程序使用的總內存不能超過這個值，讓組件運行不同的進程中，可以讓主進程可以擁有更多的空間資源。

• 壞處是：每個進程都會有自己的虛擬機實例,因此讓在進程間共享一些數據變得困難；（當然，我們可以采用多進程間的通信來實現數據的共享）

  當我們的應用程序比較大，需要的內存資源比較多時（也就是用戶會抱怨應用經常出現OutOfMemory時），可以考慮使用多進程

2. 線程

在Java中，線程會有那么幾種狀態：創建，就緒，運行，阻塞，死亡。當應用程序有組件在運行時，UI線程是處於運行狀態的。默認情況下，應用的所有組件的操作都是在UI線程里完成的，包括響應用戶的操作（觸摸，點擊等），組件生命周期方法的調用，UI的更新等。因此如果UI線程處理阻塞狀態時(在線程里做一些耗時的操作，如網絡連接等)，就會不能響應各種操作，如果阻塞時間達到5秒，就會讓程序處於ANR（application not response）狀態，這時用戶就可能退出你的應用甚至卸載你的應用，這是我們不能接受的。 這時，有人就會說，我們在其他線程中更新UI不就可以了嗎，就不會導致UI線程處於阻塞狀態了。但答案是否定的。

因為Android的UI線程是非線程安全的，應用更新UI，是調用invalidate()方法來實現界面的重繪，而invalidate()方法是非線程安全的，也就是說當我們在非UI線程來更新UI時，可能會有其他的線程或UI線程也在更新UI，這就會導致界面更新的不同步。因此我們不能在非UI主線程中做更新UI的操作。也就是說我們在使用Android中的線程時，要保證：

• 不能阻塞UI主線程，也就是不能在UI主線程中做耗時的操作，如網絡連接，文件的IO；

• 只能在UI主線程中做更新UI的操作；

  在Android中，我們把除UI線程外的，其他所有的線程都叫做工作線程，也就是說Android只會存在兩種線程：UI主線程(UI thread)和工作線程(work thread).我們不能在UI主線程中做耗時的操作，因此我們可以把耗時的操作放在另一個工作線程中去做。操作完成后，再通知UI主線程做出相應的響應。這就需要掌握線程間通信的方式了。在Android中提供了兩種線程間的通信方式：一種是AsyncTask機制，另一種是Handler機制；

2.1 Android線程間通信方式之AsyncTask機制

AsyncTask，異步任務，也就是說在UI線程運行的時候，可以在后台的執行一些異步的操作；AsyncTask可以很容易且正確地使用UI線程，AsyncTask允許進行后台操作，並在不顯示使用工作線程或Handler機制的情況下，將結果反饋給UI線程。但是AsyncTask只能用於短時間的操作（最多幾秒就應該結束的操作），如果需要長時間運行在后台，就不適合使用AsyncTask了，只能去使用Java提供的其他API來實現。

2.1.1 AsyncTask的使用

AsyncTask只能通過繼承來使用，如：

 private class DownloadFilesTask extends AsyncTask<URL, Integer, Long> {   //處理異步任務的方法，是在工作線程中執行的,必須實現這個方法
     protected Long doInBackground(URL... urls) {
         int count = urls.length;
         long totalSize = 0;
         for (int i = 0; i < count; i++) {
             totalSize += Downloader.downloadFile(urls[i]);
             publishProgress((int) ((i / (float) count) * 100));
             // Escape early if cancel() is called
             if (isCancelled()) break;
         }
         return totalSize;
     }
    //更新后台任務的完成進度，可隨時向UI線程反饋執行進度，方法是在UI線程中執行的
     protected void onProgressUpdate(Integer... progress) {
         setProgressPercent(progress[0]);
     }
    //任務的最終結果，這個方法是在UI線程中執行的，
     protected void onPostExecute(Long result) {
         showDialog("Downloaded " + result + " bytes");
     }
 }

AsyncTask的幾個參數，AsyncTask　<Params, Progress, Result>：

• Params..要執行的任務的參數類型；
• Progress，在后台執行的任務的進度；
• Results，后台執行的任務的最后結果；

當一個AsyncTask任務執行時，它會經歷四個步驟：

1. onPreExecute()，在任務執行前調用，用來做一些UI的初始化工作，在UI線程中執行，如執行一個AsyncTask的下載任務時，初始化類似“正在下載中”的窗口；
2. doInBackground(Params...),在后台執行任務，是在工作線程中進行的；
3. onProgressUpdate(Progress...)，更新正在后台執行任務的進度，在UI線程中工作，可用來向通知用戶任務現在的完成進度（可更新UI），在調用這個方法前，需要在第2個步驟里調用 publishProgress(Progress...)將進度傳遞給這個方法；
4. onPostExecute(Result)，在后台任務完成后，會將結果返回給這個方法，在UI線程中調用，可以更新UI；

在使用AsyncTask的時候，需要注意的地方：

• AsyncTask類必須在UI線程中加載，這在在Android Jelly_Bean版本后這些都是自動完成的；
• AsyncTask類必須在UI線程中實例化；
• 不要手動去調用 onPreExecute(),doInBackground(Params...),publishProgress(Progress...),onPostExecute(Result)方法，這些方法都會由系統自動去調用。
• execute(Params...)方法必須在UIt線程中調用，如在UI線程中執行這個語句：new DownloadFilesTask().execute(url1, url2, url3);我們不需要做其他的工作，這個下載任務就會自動在后台執行了，並且AsynacTask任務只能執行一次；

2.2 Android線程間通信方式之Handler機制；

 使用Handler機制，也就是通過使用Handler，Looper，MessageQueue，和Message這幾個類協調來完成。我們先來看使用Handler機制完成線程間通信的原理，然后再詳細介紹這幾個類；先看一下這幾個類的作用：

• Handler，發送和處理Message對象和Runnable對象；

• Looper，用於從MessageQueue中取出消息(Message)對象，並發送給Handler處理；

• MessageQueue，消息隊列，用於存放通過Handler發布的消息；

• Message，消息的類型，里面包含幾個實例對象：

• what，用戶定義的int型消息代碼，用來描述消息；

• obj，隨消息發送的用戶用戶指定對象；

• target，處理消息的Handler;

  一個Handler對象僅與一個Looper相關聯，一個Message也僅與一個目標Handler對象相關聯，一個Looper對象擁有一個MessageQueue。但多個不同的Handler對象可以與同一個對象相關聯，也就是說多個Handler可以共享一個MessageQueue，從而達到消息共享的目的，這也是Android通過Handler機制實現多線程間通信的核心原理；

  上面說到Handler對象僅與一個Looper相關聯，那么這個關聯是什么時候實現的呢？答案是：Handler對象創建的時候。UI主線程在創建的時候就會擁有一個handler對象和一個Looper對象（工作線程需要自己調用Looper.prepare()來創建一個Looper對象），然后任何在UI主線程中創建的Handler對象默認都會與UI主線程的Looper對象相關聯（Handler對象創建的時候，會與這個線程的Looper對象相關聯）。進而我們就可以把在UI主線程中創建的Handler對象傳遞給（依賴注入或引用形式）工作線程，那么在工作線程中用這個Handler對象處理的消息就是在UI主線程的MessageQueue中處理的，從而達到線程間通信的目的。

了解了使用Handler機制來實現Android線程間異步通信的原理，下面我們再來詳細了解下這四個核心類；

2.2.1 Handler

Handler，繼承自Object類，用來發送和處理Message對象或Runnable對象；Handler在創建時會與當前所在的線程的Looper對象相關聯(如果當前線程的Looper為空或不存在，則會拋出異常，此時需要在線程中主動調用Looper.prepare()來創建一個Looper對象)。使用Handler的主要作用就是在后面的過程中發送和處理Message對象和讓其他的線程完成某一個動作（如在工作線程中通過Handler對象發送一個Message對象，讓UI線程進行UI的更新，然后UI線程就會在MessageQueue中得到這個Message對象（取出Message對象是由其相關聯的Looper對象完成的），並作出相應的響應）。

Handler用post體系來完成發送Runnable對象的工作，用sendMessage體系 來完成發送Message對象的工作；

• post體系,允許把一個Runnable對象發送到消息隊列中，它的方法有：post(Runnable),postDelayed(Runnable,long),postAtTime(Runnable,long)；

• sendMessage體系,把Message對象發送給消息隊列，它的方法有：sendEmptyMessage(int),sendMessage(Message),sendMessageDelayed(Message,long),sendMessageAtTime(Message,long);

  如果Handler是通過post體系將Runnable對象發送到MessageQueue隊列中，則這個Runnable對象的run()方法是運行在Handler對象創建時所在線程；
  如果Handler是通過sendMessage體系將Message發送到MessageQueue中，則需要重寫handleMessage()方法來獲取工作線程傳遞過來的Message對象，handleMessage()方法是工作在Handler對象建立時所在的線程的（一般我們會在UI線程中建立Handler對象，然后傳遞給子線程，此時這個Handler對象的handleMessage()方法就是運行在UI主線程中的）；

2.2.2 Message

Message用來定義一個包含任意數據的消息對象，這個消息對象是可以被發送給Handler處理的。我們最好通過Message.obtain()和Handler.obtatinMessage()來得到一個Message對象（通過這兩個方法得到的對象是從對象回收池中得到，也就是說是復用已經處理完的Message對象，而不是重新生成一個新對象），如果通過Message的構造方法得到一個Message對象，則這個Message對象是重新生成的（不建議使用這種方法）。

Message對象用來封裝需要傳遞的消息，Message的數據結構為：

Message{
int arg1;//如果我們只需要存儲一些簡單的Integer數據，則可通過設置這個屬性來傳遞
int agr2;//使用同arg1
Object obj; //設置需要發送給接收方的對象,這個對象需要實現序列化接口
int what; //描述這個消息的標識；
//設置與這個消息對應的任意數據，這個數據是用Bundle封裝的；
void setData(Bundle data);
Bundle getData(); 得到與這個消息對應的數據信息;
//省略了方法和可選的屬性
......

如果需要通過Message對象傳遞一些比較復雜的數據，則需要使用將數據封裝成Bundle對象，然后通過setData(Bundle)方法來傳遞，用getData()來得到與這個消息對應的數據(這方法與設置Message的Object 屬性作用相同);

2.2.3 MessageQueue

MessageQueue保存由Looper調度的消息列表，消息通過與Looper相關聯的Handler對象添加進MessageQueue。

2.2.4 Looper

Looper為線程運行一個消息的循環隊列，主要就是為了完成MessageQueue與Handler交互的功能；需要注意的是線程默認並不會給我們提供一個一個Looper實例來管理消息隊列，我們需要在線程中主動調用Looper.prepare()方法來實例化一個Looper對象，用於管理消息隊列；Looper對象會不斷去判斷MessageQueue是否為空，如果不空，則將Message取出給相應的Handler進行處理；如果MessageQueue為空，則Looper對象會進行阻塞狀態，直到有新的消息進入MessageQueue；

其實，說白了，Android中通過Handler機制來異步處理多線程間的通信就是多個線程間共享一個MessageQueue，工作線程將消息發送到MessageQueue，然后UI線程或其他工作線程在MessageQueue在取出消息，進行相應的處理；

參考：
http://www.cnblogs.com/plokmju/p/android_handler.html
Google官方文檔