Android中关于Handler的若干思考

在之前的博文中，讲过一些和Handler有关的知识，例如：

Android 多线程----AsyncTask异步任务详解

Android多线程----异步消息处理机制之Handler详解

今天再把Handler的知识回顾总结一下。

本文包括与Handler有关的以下问题：

　　（1）Handler的作用

　　（2）为什么Android中要设计为只能在UI线程中去更新UI呢?

　　（3）Handler的两个异常

　　（4）Handler、Looper MessageQueue之间的关系（源码角度）

　　（5）跟线程相关的Handler，即HandlerThread（源码角度分析）

　　（6）主线程往子线程发消息

一、Handler的作用：

（1）在非UI线程中完成耗时操作，在UI线程中去更新UI。

（2）可以在主线程中发送延时消息。

二、为什么Android中要设计为只能在UI线程中去更新UI呢？

（1）解决多线程并发问题（根本原因）

（2）提高界面更新的性能问题

（3）架构设计的简单

你可能会说，既然是担心多线程并发问题，那我在子线程中加锁进行更新UI行不行呢？你这样想的话，会容易造成UI卡顿的，而且性能也不好。

注1：大部分面试者很难去说出一个令面试官满意的答案。

注2：关于多线程，这里举一个例子，比如说银行取款的问题。正常情况下，银行卡余额不能少于取款金额，如果多线程进行取款的话，就会造成线程不安全。

注3：Android中之所以说架构简单，是因为帮我们封装了很多更新UI的操作。

三、Handler的两个异常：

在使用Handler时，经常会出现以下两个异常：

（1）CalledFromWrongThreadException：这种异常是因为尝试在子线程中去更新UI，进而产生异常。

（2）Can't create handle inside thread that ha not called Looper.prepared：是因为我们在子线程中去创建Handler，而产生的异常。

我们接下来通过代码来把这两个异常演示一下。

1、子线程中更新UI的异常：

(1)activity_main.xml:

<RelativeLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
                xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools"
                android:layout_width="match_parent"
                android:layout_height="match_parent"
                tools:context=".MainActivity">
 
    <TextView
        android:id="@+id/tv"
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:text="@string/hello_world"/>
 
    <Button
        android:id="@+id/btn"
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:text="按钮"/>
 
</RelativeLayout>

上方代码中，一个文本，一个按钮，代码比较简单。

(2)MainActivity.java:

 import android.app.Activity;
 import android.os.Bundle;
 import android.view.View;
 import android.widget.Button;
 import android.widget.TextView;
 
 public class MainActivity extends Activity {
 
     private TextView tv;
     private Button btn;
 
     @Override
     protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
         super.onCreate(savedInstanceState);
         setContentView(R.layout.activity_main);
         tv = (TextView) findViewById(R.id.tv);
         btn = (Button) findViewById(R.id.btn);
 
         //点击按钮后，尝试在子线程中更新UI
         btn.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
             @Override
             public void onClick(View v) {
 
                 new Thread(new Runnable() {
                     @Override
                     public void run() {
                         tv.setText("smyhvae");  //子线程中更新UI
                     }
                 }).start();
 
             }
         });
     }
 }

上方代码中，核心代码是第27行：点击按钮后，在子线程中更新UI。

运行程序后，点击按钮，效果如下：

此时，我们来看一下后台的log日志：

上图中报的错误日志就是因为我们在子线程中去更新UI。

解决方案：

　　在子线程中创建Message消息，通过Handler发给主线程，之后在Handler的handleMessage方法中获得Message消息，进而处理更新UI界面。代码如下：

 import android.app.Activity;
 import android.os.Bundle;
 import android.os.Handler;
 import android.os.Message;
 import android.view.View;
 import android.view.View.OnClickListener;
 import android.widget.Button;
 import android.widget.TextView;
 
 public class MainActivity extends Activity implements OnClickListener {
     public static final int UPDATE_TEXT = 1;
     private TextView text;
     private Button changeText;
 
     //程序一加载，直接在主线程中创建Handler
     private Handler handler = new Handler() {
         public void handleMessage(Message msg) {
             switch (msg.what) {
             case UPDATE_TEXT:
                 text.setText("Nice to meet you");
                 break;
             default:
                 break;
             }
         }
     };
 
     @Override
     protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
         super.onCreate(savedInstanceState);
         setContentView(R.layout.activity_main);
         text = (TextView) findViewById(R.id.text);
         changeText = (Button) findViewById(R.id.change_text);
         changeText.setOnClickListener(this);
     }
 
     @Override
     public void onClick(View v) {
         switch (v.getId()) {
         case R.id.change_text:
             new Thread(new Runnable() {
                 @Override
                 public void run() {
                     Message message = new Message();
                     message.what = UPDATE_TEXT;
                     handler.sendMessage(message);
                 }
             }).start();
             break;
         default:
             break;
         }
     }
 }

上方第44行代码也可以换成：

Message message = handler.obtainMessage();

2、在子线程中创建Handler的异常：

MainActivity.java:

 import android.app.Activity;
 import android.os.Bundle;
 import android.os.Handler;
 import android.widget.TextView;
 
 public class MainActivity extends Activity {
 
     private TextView tv;
 
     @Override
     protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
         super.onCreate(savedInstanceState);
         setContentView(R.layout.activity_main);
         tv = (TextView) findViewById(R.id.tv);
 
         //尝试在子线程中去创建Handler
         new Thread(new Runnable() {
             @Override
             public void run() {
                 new Handler();
             }
         }).start();
     }
 }

运行程序后， 报错如下：

四、Handler、Looper MessageQueue之间的关系：（源码角度）

如果要问到Handler，这个问题基本是面试必问的。

原理分析：

Handler是Android类库提供的用于发送、处理消息或Runnable对象的处理类，它结合Message、MessageQueue和Looper类以及当前线程实现了一个消息循环机制，用于实现任务的异步加载和处理。整个异步消息处理流程的示意图如下图所示：

根据上面的图片，我们现在来解析一下异步消息处理机制：

• Message：消息体，用于装载需要发送的对象。
• Handler：它直接继承自Object。作用是：在子线程中发送Message或者Runnable对象到MessageQueue中；在UI线程中接收、处理从MessageQueue分发出来的Message或者Runnable对象。发送消息一般使用Handler的sendMessage()方法，而发出去的消息经过处理后最终会传递到Handler的handlerMessage()方法中。
• MessageQueue：用于存放Message或Runnable对象的消息队列。它由对应的Looper对象创建，并由Looper对象管理。每个线程中都只会有一个MessageQueue对象。
• Looper：是每个线程中的MessageQueue的管家，负责接收和分发Message或Runnable的工作。调用Looper.loop()方法，就是一个死循环，不断地从MessageQueue中取消息：如果有消息，就取出，并调用Handler的handlerMessage()方法；如果没有消息阻塞。

现在可以做出如下总结：

（1）Handler负责发送消息，Looper负责接收Handler发送的消息放到MessageQueue，Looper又将消息回传给Handler自己。

（2）一个Handler对应一个Looper对象，一个Looper对应一个MessageQueue对象（Looper内部包含一个MessageQueue），一个Handler可以生成多个Message。

（3）Handler就是公开给外部线程的接口，用于线程间的通信。Looper是由系统支持的用于创建和管理MessageQueue的依附于一个线程的循环处理对象，而Handler是用于操作线程内部的消息队列的，所以            Handler也必须依附一个线程，而且只能是一个线程。

（4）由于Handler是在主线程中创建的，所以此时handleMessage()方法中的代码也会在主线程中运行，于是我们在这里就可以安心地进行UI操作了

生活中的例子：

上图中，可以这么理解：开会时，我（Handler）想中途离开去做别的事情，通过sendMessage发消息给领导，领导思考了一会儿，同意之后，通过Looper.looep()方法将消息回传给我，说我可以离开，然后我就调用handleMessage方法去做别的事情去了。

注：面试的时候，如果只是从字面的角度来解释Handler、Looper MessageQueue之间的关系，并不能够真正打动面试官，倒不如再举一个生动的例子，让面试官觉得你是懂面向对象的思维的。

五、跟线程相关的Handler，即HandlerThread（源码角度分析）

这个问题可以看一下这篇博客：

http://blog.csdn.net/lmj623565791/article/details/47079737

六、主线程往子线程发消息：（考察你是否真的理解Handler机制）

　　我们在平时开发的过程中，经常是子线程往主线程中发消息，让主线程更新UI。但是根据具体的项目需求，也可能会要求让你在主线程中往子线程中发消息。

 import android.app.Activity;
 import android.os.Bundle;
 import android.os.Handler;
 import android.os.Looper;
 import android.os.Message;
 import android.util.Log;
 import android.view.View;
 import android.view.View.OnClickListener;
 import android.widget.Button;
 import android.widget.TextView;
 
 public class MainActivity extends Activity implements OnClickListener {
     public static final int UPDATE_TEXT = 1;
     private TextView tv;
     private Button btn;
     private Handler handler;
 
     @Override
     protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
         super.onCreate(savedInstanceState);
         setContentView(R.layout.activity_main);
         tv = (TextView) findViewById(R.id.tv);
         btn = (Button) findViewById(R.id.btn);
         btn.setOnClickListener(this);
         //疑问：为什么这段代码如果写在onClick方法里面会报空指针？
         new Thread(new Runnable() {
             @Override
             public void run() {
                 //1、准备Looper对象
                 Looper.prepare();
                 //2、在子线程中创建Handler
                 handler = new Handler() {
                     @Override
                     public void handleMessage(Message msg) {
                         super.handleMessage(msg);
                         Log.i("handleMessage:", Thread.currentThread().getName());
                         Log.i("后台输出", "收到了消息对象");
                     }
                 };
                 //3、调用Looper的loop()方法，取出消息对象
                 Looper.loop();
             }
         }).start();
 
     }
     @Override
     public void onClick(View v) {
         Log.i("onClick:", Thread.currentThread().getName());
         switch (v.getId()) {
             case R.id.btn:
                 Message msg = handler.obtainMessage();
                 handler.sendMessage(msg);
                 break;
 
             default:
                 break;
         }
     }
 }

上方的第29行至41行代码：这是MainThread中发送消息，在子线程中接收消息的固定写法。上面的三个步骤再重复一下：

• 准备Looper对象
• 在WorkerThread当中生成一个Handler对象
• 调用Looper的loop()方法之后，Looper对象将不断地从消息队列当中取出对象，然后调用handler的handleMessage()方法，处理该消息对象；如果消息队列中没有对象，则该线程阻塞

注意，此时handleMessage()方法是在子线程中运行的。

后台运行效果：

小小地总结一下：

　　首先执行Looper的prepare()方法，这个方法有两个作用：一是生成Looper对象，而是把Looper对象和当前线程对象形成键值对（线程为键），存放在ThreadLocal当中，然后生成handler对象，调用Looper的myLooper()方法，得到与Handler所对应的Looper对象，这样的话，handler、looper 、消息队列就形成了一一对应的关系，然后执行上面的第三个步骤，即Looper在消息队列当中循环的取数据。

另外，在本文最开头的第一段中，我们在主线程中创建Handler也没有调用Looper.prepare()方法，为什么就没有崩溃呢？，这是由于在程序启动的时候，系统已经帮我们自动调用了Looper.prepare()方法。查看ActivityThread中的main()方法，代码如下所示：

 public static void main(String[] args) {
     SamplingProfilerIntegration.start();
     CloseGuard.setEnabled(false);
     Environment.initForCurrentUser();
     EventLogger.setReporter(new EventLoggingReporter());
     Process.setArgV0("<pre-initialized>");
     Looper.prepareMainLooper();
     ActivityThread thread = new ActivityThread();
     thread.attach(false);
     if (sMainThreadHandler == null) {
         sMainThreadHandler = thread.getHandler();
     }
     AsyncTask.init();
     if (false) {
         Looper.myLooper().setMessageLogging(new LogPrinter(Log.DEBUG, "ActivityThread"));
     }
     Looper.loop();
     throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
 }  

上方代码中，可以看到，在第7行调用了Looper.prepareMainLooper()方法，而这个方法又会再去调用Looper.prepare()方法，代码如下所示：

 public static final void prepareMainLooper() {
     prepare();
     setMainLooper(myLooper());
     if (Process.supportsProcesses()) {
         myLooper().mQueue.mQuitAllowed = false;
     }
 } 

总结：这样基本就将Handler的创建过程完全搞明白了，总结一下就是在主线程中可以直接创建Handler对象，而在子线程中需要先调用Looper.prepare()才能创建Handler对象。

六、为什么在有些时候子线程中是可以直接更新UI的：

这道面试题应该是本文中最难的一个面试题了，需要好好理解。为了回答这个问题，我们需要先通过看源码去了解下面这三个问题：

（1）Android是如何检测非UI线程去更新UI的

（2）ViewRootImp是什么？

（3）ViewRootImp是在哪里创建的？

源码我就不贴出来了，这里我只是总结一下。

答案：

　　非UI线程真的不能更新UI吗? 是可以的。

解释：

　　在线程中更新UI时会调用ViewParent.invalidateChild()方法检查当前的thread是否是Mainthread。

具体源码如下：

 final ViewParent p = mParent;
     if (p != null && ai != null && l < r && t < b) {
     final Rect damage = ai.mTmpInvalRect;
     damage.set(l, t, r, b);
     p.invalidateChild(this, damage);
 }

而ViewParent是一个接口类，其实现类是ViewRootImpl，通过查看invalidateChild()方法里面的代码就可以看到会他调用checkThread()方法。checkThread()方法如下：

 void checkThread() {
     if (mThread != Thread.currentThread()) {   //检查更新UI的线程是否是MainThread
         throw new CalledFromWrongThreadException(
         "Only the original thread that created a view hierarchy can touch its views.");
     }
 }

上面的第02行就是检查：在线程中更新UI时当前线程是否是MainThread。

但是，ViewRootImpl这个类是在activity的onResume()方法中创建的。就算在子线程中更新UI，只要在ViewRootImpl创建之前更新UI（比如，程序在执行onCreate方法时，我就去执行setText方法区更新UI），就可以逃避掉checkThread()的检查。

关于本题，给出以下链接大家去细读一下源码吧：

Android更新Ui进阶精解（一）：

http://www.jianshu.com/p/6de0a42a44d6

为什么我们可以在非UI线程中更新UI：

http://blog.csdn.net/aigestudio/article/details/43449123

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