Android多线程----异步消息处理机制之Handler详解
关于Android的多线程知识，请参考本人之前的一篇博客：Android 多线程----AsyncTask异步任务详解
在Android当中，提供了异步消息处理机制的两种方式来解决线程之间的通信问题，一种是今天要讲的Handler的机制，还有一种就是之前讲过的 AsyncTask 机制。
一、handler的引入：
我们都知道，Android UI是线程不安全的，如果在子线程中尝试进行UI操作，程序就有可能会崩溃。相信大家在日常的工作当中都会经常遇到这个问题，解决的方案应该也是早已烂熟于心，即创建一个Message对象，然后借助Handler发送出去，之后在Handler的handleMessage()方法中获得刚才发送的Message对象，然后在这里进行UI操作就不会再出现崩溃了。具体实现代码如下：
1 package com.example.androidthreadtest;
2
3 import android.app.Activity;
4 import android.os.Bundle;
5 import android.os.Handler;
6 import android.os.Message;
7 import android.view.View;
8 import android.view.View.OnClickListener;
9 import android.widget.Button;
10 import android.widget.TextView;
11
12 public class MainActivity extends Activity implements OnClickListener {
13
14 public static final int UPDATE_TEXT = 1;
15 private TextView text;
16 private Button changeText;
17 private Handler handler = new Handler() {
18 public void handleMessage(Message msg) {
19 switch (msg.what) {
20 case UPDATE_TEXT:
21 text.setText("Nice to meet you");
22 break;
23 default:
24 break;
25 }
26 }
27 };
28
29 @Override
30 protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
31 super.onCreate(savedInstanceState);
32 setContentView(R.layout.activity_main);
33 text = (TextView) findViewById(R.id.text);
34 changeText = (Button) findViewById(R.id.change_text);
35 changeText.setOnClickListener(this);
36 }
37
38 @Override
39 public void onClick(View v) {
40 switch (v.getId()) {
41 case R.id.change_text:
42 new Thread(new Runnable() {
43 @Override
44 public void run() {
45 Message message = new Message();
46 message.what = UPDATE_TEXT;
47 handler.sendMessage(message);
48 }
49 }).start();
50 break;
51 default:
52 break;
53 }
54 }
55 }
上方第45行代码也可以换成：
Message msg = handler.obtainMessage();
上面的代码中，我们并没有在子线程中直接进行UI操作，而是创建了一个Message对象，并将它的what字段的值指定为了一个整形常量UPDATE_TEXT，用于表示更新TextView这个动作。然后调用Handler的sendMessage()方法将这条Message发送出去。很快，Handler就会收到这条Message，并在handleMessage()方法，在这里对具体的Message进行处理（需要注意的是，此时handleMessage()方法中的代码是在主线程中运行的）。如果发现Message的what字段的值等于UPDATE_TEXT，就将TextView显示的内容更新。运行程序后，点击按钮，TextView就会显示出更新的内容。
注：如果从源码的角度理解，粗略的描述是这样的：
先是调用了handler的obtainMessage()方法得到Message对象。在obtainMessage()方法里做的事情是：调用了Message.obtain(this)方法，把handler作为对象传进来。在Message.obtain(this)方法里做的事情是：生成message对象，把handler作为参数赋值给message的target属性。总的来说，一个Handler对应一个Looper对象，一个Looper对应一个MessageQueue对象，使用Handler生成Message，所生成的Message对象的Target属性，就是该对象。而一个Handler可以生成多个Message，所以说，Handler和Message是一对多的关系。
二、异步消息处理机制：
Handler是Android类库提供的用于接受、传递和处理消息或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，循环不断地管理MessageQueue接收和分发Message或Runnable的工作。调用Looper的loop()方法后，就会进入到一个无限循环中然后每当发现MessageQueue中存在一条消息，就会将它取出，并调用Handler的handlerMessage()方法。每个线程中也只会有一个Looper对象。
了解这些之后，我们在来看一下他们之间的联系：
首先要明白的是，Handler和Looper对象是属于线程内部的数据，不过也提供与外部线程的访问接口，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。
我们再来对异步消息处理的整个流程梳理一遍：
当应用程序开启时，系统会自动为UI线程创建一个MessageQueue(消息队列)和Looper循环处理对象。首先需要在主线程中创建一个Handler对象，并重写handlerMessage()方法。然后当子线程中需要进行UI操作时，就创建一个Message对象，并通过Handler将这条消息发送出去。之后这条消息就会被添加到MessageQueue的队列中等待被处理，而Looper则会一直尝试从MessageQueue中取出待处理消息，并找到与消息对象对应的Handler对象，然后调用Handler的handleMessage()方法。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。
通俗地来讲，一般我们在实际的开发过程中用的比较多一种情况的就是主线程的Handler将子线程中处理过的耗时操作的结果封装成Message(消息),并将该Message(利用主线程里的MessageQueue和Looper)传递到主线程中，最后主线程再根据传递过来的结果进行相关的UI元素的更新，从而实现任务的异步加载和处理，并达到线程间的通信。
通过上一小节对Handler的一个初步认识后，我们可以很容易总结出Handler的主要用途，下面是Android官网总结的关于Handler类的两个主要用途：
(1)执行定时任务：
指定任务时间，在某个具体时间或某个时间段后执行特定的任务操作，例如使用Handler提供的postDelayed(Runnable r,long delayMillis)方法指定在多久后执行某项操作，比如当当、淘宝、京东和微信等手机客户端的开启界面功能，都是通过Handler定时任务来完成的。
我们接下来讲一下post。
(2)线程间的通信：
在执行较为耗时的操作时，Handler负责将子线程中执行的操作的结果传递到UI线程，然后UI线程再根据传递过来的结果进行相关UI元素的更新。(上面已有说明)
三、post：
对于Handler的Post方式来说，它会传递一个Runnable对象到消息队列中（这句话稍后会进行详细解释），在这个Runnable对象中，重写run()方法。一般在这个run()方法中写入需要在UI线程上的操作。
Post允许把一个Runnable对象入队到消息队列中。它的方法有：post(Runnable)、postAtTime(Runnable,long)、postDelayed(Runnable,long)。详细解释如下：
- boolean post(Runnable r)：把一个Runnable入队到消息队列中，UI线程从消息队列中取出这个对象后，立即执行。
- boolean postAtTime(Runnable r,long uptimeMillis)：把一个Runnable入队到消息队列中，UI线程从消息队列中取出这个对象后，在特定的时间执行。
- boolean postDelayed(Runnable r,long delayMillis)：把一个Runnable入队到消息队列中，UI线程从消息队列中取出这个对象后，延迟delayMills秒执行
- void removeCallbacks(Runnable r)：从消息队列中移除一个Runnable对象。
下面通过一个Demo，讲解如何通过Handler的post方式在新启动的线程中修改UI组件的属性：
1 package com.example.m03_threadtest01;
2
3 import android.app.Activity;
4 import android.os.Bundle;
5 import android.os.Handler;
6 import android.view.View;
7 import android.widget.Button;
8 import android.widget.TextView;
9
10 public class MainActivity extends Activity {
11 private Button btnMes1,btnMes2;
12 private TextView tvMessage;
13 // 声明一个Handler对象
14 private static Handler handler=new Handler();
15
16 @Override
17 protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
18 super.onCreate(savedInstanceState);
19 setContentView(R.layout.activity_main);
20
21 btnMes1=(Button)findViewById(R.id.button1);
22 btnMes2=(Button)findViewById(R.id.button2);
23 tvMessage=(TextView)findViewById(R.id.TextView1);
24 btnMes1.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
25
26 @Override
27 public void onClick(View v) {
28 // 新启动一个子线程
29 new Thread(new Runnable() {
30 @Override
31 public void run() {
32 // tvMessage.setText("...");
33 // 以上操作会报错，无法再子线程中访问UI组件，UI组件的属性必须在UI线程中访问
34 // 使用post方式修改UI组件tvMessage的Text属性
35 handler.post(new Runnable() {
36 @Override
37 public void run() {
38 tvMessage.setText("使用Handler.post在工作线程中发送一段执行到消息队列中，在主线程中执行。");
39 }
40 });
41 }
42 }).start();
43 }
44 });
45
46 btnMes2.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
47
48 @Override
49 public void onClick(View v) {
50 new Thread(new Runnable() {
51 @Override
52 public void run() {
53 // 使用postDelayed方式修改UI组件tvMessage的Text属性值
54 // 并且延迟3S执行
55 handler.postDelayed(new Runnable() {
56
57 @Override
58 public void run() {
59 tvMessage.setText("使用Handler.postDelayed在工作线程中发送一段执行到消息队列中，在主线程中延迟3S执行。");
60
61 }
62 }, 3000);
63 }
64 }).start();
65
66 }
67 });
68 }
69
70 }
点击按钮，运行结果如下：
有一点值得注意的是：对于Post方式而言，它其中Runnable对象的run()方法的代码（37行至39行或者58至61行），均运行在主线程上（虽然看上去是写在子线程当中的），如果我们在这段代码里打印日志输出线程的名字，会发现输出的是Main Thread的名字。所以对于这段代码而言，不能执行在UI线程上的操作，一样无法使用post方式执行，比如说访问网络。
我们现在来解释一下上面蓝色字体的那句话：
这个Runnable对象被放到了消息队列当中去了，然后主线程中的Looper（因为Handler是在主线程中生成的，所以Looper也在主线程中）将这个Runnable对象从消息队列中取出来，取出来之后，做了些什么呢？为什么在执行Pos的Runnable对象的run()方法时，不是重新开启一个线程呢？要了解这个过程，只能求助Android的源代码：
打开源码的目录sdk\sources\android-19\android\os，并找到Handler.java这个文件。找到post方法：
public final boolean post(Runnable r)
{
return sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);
}
上方的代码中， 可以看到，post方法其实就一行代码（326行），里面调用了sendMessageDelayed()这个方法，里面有两个参数。先看一下第一个参数getPostMessage(r)：（719行）
private static Message getPostMessage(Runnable r) {
Message m = Message.obtain();
m.callback = r;
return m;
}
上方的代码中，将Runnable对象赋值给Message的callback属性。注：通过查看Message.java文件的源代码发现，callback属性是一个Runnable对象：（91行）
/*package*/ Runnable callback;
我们再来分析一下上方getPostMessage()这个方法，该方法完成了两个操作：
一是生成了一个Message对象，二是将r对象复制给Message对象的callback属性。返回的是一个Message对象。
再回到326行：
public final boolean post(Runnable r)
{
return sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);
}
这行代码相当于：
public final boolean post(Runnable r)
{
Message msg = getPostMessage(r);
return sendMessage(msg);// //如果需要延时的话，这一行可以改为return sendMessageDelayed(msg,0);其中第二个参数改为具体的延时时间
}
现在应该好理解了：
第一个问题，如何把一个Runnable对象放到消息队列中：实际上是生成了一个Message对象，并将r赋值给Message对象的callback属性，然后再将Message对象放置到消息队列当中。
我们再看看一下Looper做了什么。打开Looper.java的dispatchMessage的方法：（136行）
//一个Handler对应一个Looper对象，一个Looper对应一个MessageQueue对象，
//使用Handler生成Message，所生成的Message对象的Target属性，就是该对象
//Message msg = handler.obtainMessage();
//发送一个message对象
//handler.sendMessage(msg);
msg.target.dispatchMessage(msg);
这里面调用了dispatchMessage()方法，打开Handler.java的dispatchMessage()方法：（93至104行）
1 /**
2 * Handle system messages here.
3 */
4 public void dispatchMessage(Message msg) {
5 if (msg.callback != null) {
6 handleCallback(msg);
7 } else {
8 if (mCallback != null) {
9 if (mCallback.handleMessage(msg)) {
10 return;
11 }
12 }
13 handleMessage(msg);
14 }
15 }
上方第5行代码：因为这次已经给Message的callback属性赋值了，所以就不为空，直接执行这行代码。即执行handleCallBack()这个方法。打开handleCallBack()方法的源码：（732至734行）
private static void handleCallback(Message message) {
message.callback.run();
}
看到这个方法，就真相大白了：message的callback属性直接调用了run()方法，而不是开启一个新的子线程。
现在可以明白了：
第二个问题： Looper取出了携带有r对象的Message对象以后，做的事情是：取出Message对象之后，调用了dispatchMessage()方法，然后判断Message的callback属性是否为空，此时的callback属性是有值的，所以执行了handleCallback(Message message)，在该方法中执行了 message.callback.run()。根据Java的线程知识，我们可以知道，如果直接调用Thread对象或者Runnable对象的run()方法，是不会开辟新线程的，而是在原有的线程中执行。
因为Looper是在主线程当中的，所以dispatchMessage()方法和handleMessage()方法也都是在主线程当中运行。所以post()里面的run方法也自然是在主线程当中运行的。 使用Post()方法的好处在于：避免了在主线程和子线程中将数据传来传去的麻烦。
四、Message：
Handler如果使用sendMessage的方式把消息入队到消息队列中，需要传递一个Message对象，而在Handler中，需要重写handleMessage()方法，用于获取工作线程传递过来的消息，此方法运行在UI线程上。
对于Message对象，一般并不推荐直接使用它的构造方法得到，而是建议通过使用Message.obtain()这个静态的方法或者Handler.obtainMessage()获取。Message.obtain()会从消息池中获取一个Message对象，如果消息池中是空的，才会使用构造方法实例化一个新Message，这样有利于消息资源的利用。并不需要担心消息池中的消息过多，它是有上限的，上限为10个。Handler.obtainMessage()具有多个重载方法，如果查看源码，会发现其实Handler.obtainMessage()在内部也是调用的Message.obtain()。
Handler中，与Message发送消息相关的方法有：
- Message obtainMessage()：获取一个Message对象。
- boolean sendMessage()：发送一个Message对象到消息队列中，并在UI线程取到消息后，立即执行。
- boolean sendMessageDelayed()：发送一个Message对象到消息队列中，在UI线程取到消息后，延迟执行。
- boolean sendEmptyMessage(int what)：发送一个空的Message对象到队列中，并在UI线程取到消息后，立即执行。
- boolean sendEmptyMessageDelayed(int what,long delayMillis)：发送一个空Message对象到消息队列中，在UI线程取到消息后，延迟执行。
- void removeMessage()：从消息队列中移除一个未响应的消息。
五、通过Handler实现线程间通信：
1、在Worker Thread发送消息，在MainThread中接收消息：
【实例】点击反扭，将下方的TextView的内容修改为“从网络中获取的数据”
<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"
android:paddingBottom="@dimen/activity_vertical_margin"
android:paddingLeft="@dimen/activity_horizontal_margin"
android:paddingRight="@dimen/activity_horizontal_margin"
android:paddingTop="@dimen/activity_vertical_margin"
tools:context=".MainActivity" >
<TextView
android:id="@+id/TextViewId"
android:layout_width="match_parent"
android:layout_height="wrap_content"
android:text="数据" />
<Button
android:id="@+id/ButtonId"
android:layout_width="match_parent"
android:layout_height="wrap_content"
android:text="发送消息"
android:layout_below="@id/TextViewId"/>
</RelativeLayout>
MainActivity.java代码如下：
1 package com.example.test0207_handler;
2
3 import android.app.Activity;
4 import android.os.Bundle;
5 import android.os.Handler;
6 import android.os.Message;
7 import android.view.Menu;
8 import android.view.View;
9 import android.view.View.OnClickListener;
10 import android.widget.Button;
11 import android.widget.TextView;
12
13 public class MainActivity extends Activity {
14
15 private TextView textView ;
16 private Button button ;
17 private Handler handler ;
18 @Override
19 protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
20 super.onCreate(savedInstanceState);
21 setContentView(R.layout.activity_main);
22
23 textView = (TextView)findViewById(R.id.TextViewId) ;
24 button = (Button)findViewById(R.id.ButtonId) ;
25
26 handler = new MyHandler() ;
27
28 button.setOnClickListener(new ButtonListener()) ;
29
30 }
31 //在MainAthread线程中接收数据，从而修改TextView的值
32 class MyHandler extends Handler {
33 @Override
34 public void handleMessage(Message msg) {
35 System.out.println("handleMessage--->"+Thread.currentThread().getName()) ;//得到当前线程的名字
36 String s = (String)msg.obj ;
37 textView.setText(s) ;
38 }
39
40 }
41 //生成线程对象，让NetworkThread线程启动
42 class ButtonListener implements OnClickListener {
43 @Override
44 public void onClick(View arg0) {
45 Thread t = new NetworkThread() ;
46 t.start();
47 }
48
49 }
50
51 //在Worker Thread线程中发送数据
52 class NetworkThread extends Thread {
53 @Override
54 public void run(){
55
56 System.out.println("network--->"+Thread.currentThread().getName()) ;//得到当前线程的名字
57
58 //模拟访问网络：当线程运行时，首先休眠2秒钟
59 try {
60 Thread.sleep(2*1000) ;
61 } catch (InterruptedException e) {
62 e.printStackTrace();
63 }
64 //变量s的值，模拟从网络当中获取的数据
65 String s = "从网络中获取的数据" ;
66 //textView.setText(s) ; //这种做法是错误的，只有在Mainthread中才能操作UI
67
68 //开始发送消息
69 Message msg = handler.obtainMessage() ;
70 msg.obj = s ;
71 handler.sendMessage(msg) ;//sendMessage()方法，在主线程或者Worker Thread线程中发送，都是可以的，都可以被取到
72 }
73 }
74
75 @Override
76 public boolean onCreateOptionsMenu(Menu menu) {
77 // Inflate the menu; this adds items to the action bar if it is present.
78 getMenuInflater().inflate(R.menu.main, menu);
79 return true;
80 }
81
82 }
这段代码的结构，和最上面的第一章节是一样的。
上方代码中，我们在子线程中休眠2秒来模拟访问网络的操作。
65行：用字符串s表示从网络中获取的数据；70行：然后我们把这个字符串放在Message的obj属性当中发送出去，并在主线程中接收（36行）。
运行后结果如下：
可以看到，子线程的名字是：Thread-1118，主线程的名字是：main。
2、在MainThread中发送消息，在Worker Thread中接收消息：
【实例】点击按钮，在在MainThread中发送消息，在Worker Thread中接收消息，并在后台打印输出。
<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"
android:paddingBottom="@dimen/activity_vertical_margin"
android:paddingLeft="@dimen/activity_horizontal_margin"
android:paddingRight="@dimen/activity_horizontal_margin"
android:paddingTop="@dimen/activity_vertical_margin"
tools:context=".MainActivity" >
<Button
android:id="@+id/ButtonId"
android:layout_width="match_parent"
android:layout_height="wrap_content"
android:text="在主线程中发送消息" />
</RelativeLayout>
1 package com.example.m03_handle01;
2
3 import android.app.Activity;
4 import android.os.Bundle;
5 import android.os.Handler;
6 import android.os.Looper;
7 import android.os.Message;
8 import android.util.Log;
9 import android.view.Menu;
10 import android.view.View;
11 import android.view.View.OnClickListener;
12 import android.widget.Button;
13 public class MainActivity extends Activity {
14 private Button button ;
15 private Handler handler ;
16 @Override
17 protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
18 super.onCreate(savedInstanceState);
19 setContentView(R.layout.activity_main);
20
21 button = (Button)findViewById(R.id.ButtonId) ;
22
23 //当用户点击按钮时，发送Message的对象msg
24 button.setOnClickListener(new OnClickListener() { //使用匿名内部类为button绑定监听器
25
26 @Override
27 public void onClick(View v) {
28 Log.i("onClick:", Thread.currentThread().getName());
29 Message msg = handler.obtainMessage() ;
30 handler.sendMessage(msg) ;
31 }
32 }) ;
33
34 WorkerThread wt = new WorkerThread() ;
35 wt.start() ;
36 }
37
38 //在WorkerThread生成handler
39 class WorkerThread extends Thread {
40 @Override
41 public void run() {
42 //准备Looper对象
43 Looper.prepare() ;
44 //在WorkerThread当中生成一个Handler对象
45 handler = new Handler() {
46 @Override
47 public void handleMessage(Message msg) {
48 Log.i("handleMessage:", Thread.currentThread().getName());
49 Log.i("后台输出", "收到了消息对象");
50 }
51 };
52 //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
53 //如果消息队列中没有对象，则该线程阻塞
54 Looper.loop() ; //通过Looper对象将消息取出来
55 }
56
57 }
58
59
60 @Override
61 public boolean onCreateOptionsMenu(Menu menu) {
62 // Inflate the menu; this adds items to the action bar if it is present.
63 getMenuInflater().inflate(R.menu.main, menu);
64 return true;
65 }
66
67 }
- 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
