技术 / android / 线程间通信模型——Handler

[huanzhiyazi]

目录

• 1 Handler 简介
• 2 简单的生产者-消费者模型
• 3 Handler 中的生产者-消费者模型
• 4 一些思考

1 Handler 简介[Top]

在 android 开发中，Handler 通常用于 UI 线程与工作线程之间的通信。由于 UI 线程的高实时性要求，我们必须将一些 IO 或者高计算量的任务分派给一个独立的工作线程去运行，这样在 UI 线程与工作线程之间就需要某种方式来进行通信，比如告知 UI 线程任务的完成情况。Handler 就是为此目的而实现。

在 android 系统的早期版本，Handler 的使用频率相当高，即便是当初用的非常普遍的 AsyncTask，其内部实现也需要 Handler 充当通信桥梁。此外，像 IntentService 也是基于此实现。

如果不谈繁琐的源代码细节，总体来说，Handler 实现线程间通信是基于生产者-消费者模型。

2 简单的生产者-消费者模型[Top]

一个简单的生产者-消费者模型如下图所示：

在该模型中，有 4 个主要的角色：

• 消息（Mesage）：消息当中一般存放诸如消息类型、附加数据等信息，由作为发送方的生产者写入，并由作为接收者的消费者读取。
• 消息队列（Message Queue）：缓存由生产者插入的消息，并等待消费者摘取。所以消息队列是一个共享队列，在具体的实现中，需要进行判空、判满、并发访问操作。
• 生产者（Producer）：不定期往消息队列插入一个消息。
• 消费者（Consumer）：从消息队列中取出一个消息，并执行后续操作。

3 Handler 中的生产者-消费者模型[Top]

Handler 继承了生产者-消费者模型的思想，如下图所示：

其要点如下：

• 有两个线程——消费者线程和生产者线程，Handler 以及消息队列隶属于消费者线程。如果从内存模型上来判断，这样表述其实并不准确，我们仅从抽象层次来思考，注意，共享的堆并不隶属于某一个线程。
• 生产者往消息队列中插入消息，是通过持有一个 Handler 引用来实现的。
• 生产者通过持有 Handler 引用，可以访问共享的消息队列，往消息队列中写入消息。
• 消费者从共享队列中取消息，是通过 Handler 不停地访问消息队列来实现的。也就是我们在很多博客中看到的 Looper 中的死循环检查。
• 所以，具体实现的时候，通常都是 Handler 提供一个接口给消费者，这样 Handler 便持有了一个消费者的引用，当 Handler 取到消息时，便通过该接口将消息传递给消费者。这通常又引入了 android 当中一个臭名昭著的 Context 泄露问题。

4 一些思考[Top]

以上基本上就是 Handler 的实现思想。剩下还有两个点需要注意一下：

1. Handler 循环访问消息队列这个操作，必须是独占的。也就是说，必须只有消费者线程自己能从消息队列中取消息，试想一下，如果其它线程也能从消息队列中取消息，那么本来应该发送给消费者线程的消息就会丢失，造成安全问题。在实现中该操作委托给了一个 Looper 类，它通过 ThreadLocal ，用线程本地化操作的方式，将自己绑定到当前的消费者线程。

public final class Looper {
    // ...
    static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();

    // ...

    public static void prepare() {
        prepare(true);
    }

    private static void prepare(boolean quitAllowed) {
        if (sThreadLocal.get() != null) {
            throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
        }

        // 初次实例化，保证一个 thread 只有一个 looper
        sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));
    }

    // ...

    public static @Nullable Looper myLooper() {
        // 每次都返回的 Looper 都已经被某个消费者线程绑定了，这样 Looper 的所有操作都限定在这个线程里
        return sThreadLocal.get();
    }

    // ...
}

2. 我们看到，Handler 是和消费者线程绑定在一起的，那么为什么不和生产者线程绑定呢？其实上述第一点就已经同时解释了这个问题。Handler 绑定到消费者线程的本质就是将 Looper 绑定到消费者线程。那么如果将 Looper 绑定到生产者线程，然后由生产者轮询取得消息后通知消费者线程可以么？如果消费者线程和生产者线程都不是 UI 线程，理论上也是可行的。但是大部分情况下，消费者线程都是 UI 线程，我们知道，UI 线程中的对象都是 UI 线程独占的，不允许其它线程访问，如果生产者来通知 UI 线程，就必须持有 UI 线程的对象，这违反了 UI 线程框架设计的原则。关于 UI 线程框架设计原则的论述，大家可以参考 Java Concurrency In Practice 这本书的 Part II Structuring Concurrent Applications / GUI Appliacations 这一章。