系列文章
Android面试攻略（1）——Android基础
Android面试攻略（2）——异步消息处理机制
Android面试攻略（3）——View相关
本篇文章主要涉及Handler、AsyncTask、HandlerThread、IntentService
Handler
一、什么是Handler
当程序第一次启动的时候，Android会同时启动一条主线程（ Main Thread）来负责处理与UI相关的事件，我们叫做UI线程。
Android的UI操作并不是线程安全的（出于性能优化考虑），意味着如果多个线程并发操作UI线程，可能导致线程安全问题。
为了解决Android应用多线程问题—Android平台只允许UI线程修改Activity里的UI组建，就会导致新启动的线程无法改变界面组建的属性值。
简单的说：当主线程队列处理一个消息超过5秒,android 就会抛出一个 ANP(无响应)的异常,所以,我们需要把一些要处理比较长的消息,放在一个单独线程里面处理,把处理以后的结果,返回给主线程运行,就需要用的Handler来进行线程建的通信。
handler通过发送和处理Message和Runnable对象来关联相对应的线程的MessageQueue。可以让对应的Message和Runnable在未来的某个时间点进行相应的处理（延时处理：postAtTime()、postDelayed(））。让自己想要处理的耗时操作放在子线程，让更新ui的操作放在主线程。
二、Handler的基本使用
- 首先声明一个Handler，复写其handleMessage方法
Handler mHandler = new Handler(){
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
super.handleMessage(msg);
if(msg.what == 1)
mTextView.setText("更新UI");
}
};
- 在子线程发送消息通知Handler执行操作
new Thread() {
@Override
public void run() {
super.run();
//do something ...
//子线程中通过handler发送消息给handler接收，由handler去更新TextView的值
Message msg = Message.obtain();
msg.what = 1;
msg.obj = "需要发送的数据";
mHandler.sendMessage(msg);
}
}.start();
三、Handler原理分析
首先我们来想看下Handler的构造方法
public Handler();
public Handler(Callback callback);
public Handler(Looper looper);
public Handler(Looper looper, Callback callback);
前两个构造方法是没有传递Looper对象的，这两个方法内部会调用另一个构造方法
public Handler(Callback callback, boolean async) {
if (FIND_POTENTIAL_LEAKS) {
final Class<? extends Handler> klass = getClass();
if ((klass.isAnonymousClass() || klass.isMemberClass() || klass.isLocalClass()) &&
(klass.getModifiers() & Modifier.STATIC) == 0) {
Log.w(TAG, "The following Handler class should be static or leaks might occur: " +
klass.getCanonicalName());
}
}
mLooper = Looper.myLooper();
if (mLooper == null) {
throw new RuntimeException(
"Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");
}
mQueue = mLooper.mQueue;
mCallback = callback;
mAsynchronous = async;
}
可以看到，这个构造方法通过Looper.myLooper()获取了保存在该线程下的mLooper实例对象，再通过mLopper.mQueue获取了MessageQueue。也就是每个Handler 对应一个Looper对象，产生一个MessageQueue。那其实我们并没有做过Looper的保存操作，为什么这里可以拿到保存的Looper呢？其实，我们这里获取到的Looper，是主线程创建的时候，实现了Looper的两个重要的方法。我们来看下ActivtyThread.class中的源码：
public static final void main(String[] args) {
// -----
Looper.prepareMainLooper();
if (sMainThreadHandler == null) {
sMainThreadHandler = new Handler();
}
ActivityThread thread = new ActivityThread();
thread.attach(false);
if (false) {
Looper.myLooper().setMessageLogging(new
LogPrinter(Log.DEBUG, "ActivityThread"));
}
Looper.loop();
// ----
}
首先我们来看Looper.prepareMainLooper()，其内部调用了prepare(false)
private static void prepare(boolean quitAllowed) {
if (sThreadLocal.get() != null) {
throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
}
sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));
}
该方法保证了Looper的唯一性且会调用Looper构造函数同时实例化出MessageQueue和当前thread.
public static @NonNull MessageQueue myQueue() {
return myLooper().mQueue;
}
private Looper(boolean quitAllowed) {
mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
mThread = Thread.currentThread();
}
prepare()方法中通过ThreadLocal对象实现Looper实例与线程的绑定，即保存当前的Looper实例到ThreadLocal当中,Handler中通过Looper.myLooper()将Looper实例从ThreadLocal中取出。
public static @Nullable Looper myLooper() {
return sThreadLocal.get();
}
Handler、Looper、MessageQueue都有了，下面该发送消息了，我们看看Handle发送消息的几个方法源码
public final boolean sendMessage(Message msg) {
return sendMessageDelayed(msg, 0);
}
public final boolean sendEmptyMessage(int what) {
return sendEmptyMessageDelayed(what, 0);
}
public final boolean sendEmptyMessageDelayed(int what, long delayMillis) {
Message msg = Message.obtain();
msg.what = what;
return sendMessageDelayed(msg, delayMillis);
}
public final boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis) {
if (delayMillis < 0) {
delayMillis = 0;
}
return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis);
}
public boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis) {
MessageQueue queue = mQueue;
if (queue == null) {
RuntimeException e = new RuntimeException(
this + " sendMessageAtTime() called with no mQueue");
Log.w("Looper", e.getMessage(), e);
return false;
}
return enqueueMessage(queue, msg, uptimeMillis);
}
可以看到，它们最终都调用了sendMessageAtTime()方法，然后返回了enqueueMessage()，我们来看看这个方法的源码
private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
msg.target = this;
if (mAsynchronous) {
msg.setAsynchronous(true);
}
return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}
在该方法中有两件事需要注意：
- msg.target = this：该代码将Message的target绑定为当前的Handler
- queue.enqueueMessage ：变量queue表示的是Handler所绑定的消息队列MessageQueue，通过调用queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis)我们将Message放入到消息队列中。
图片来自网络
消息放入消息队列之后，怎么处理呢？我们最后来看下loop()方法
public static void loop() {
final Looper me = myLooper();
if (me == null) {
throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
}
final MessageQueue queue = me.mQueue;
Binder.clearCallingIdentity();
final long ident = Binder.clearCallingIdentity();
for (;;) {
Message msg = queue.next(); // might block
if (msg == null) {
// No message indicates that the message queue is quitting.
return;
}
// This must be in a local variable, in case a UI event sets the logger
final Printer logging = me.mLogging;
if (logging != null) {
logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " +
msg.callback + ": " + msg.what);
}
final long traceTag = me.mTraceTag;
if (traceTag != 0 && Trace.isTagEnabled(traceTag)) {
Trace.traceBegin(traceTag, msg.target.getTraceName(msg));
}
try {
msg.target.dispatchMessage(msg);
} finally {
if (traceTag != 0) {
Trace.traceEnd(traceTag);
}
}
if (logging != null) {
logging.println("<<<<< Finished to " + msg.target + " " + msg.callback);
}
final long newIdent = Binder.clearCallingIdentity();
if (ident != newIdent) {
Log.wtf(TAG, "Thread identity changed from 0x"
+ Long.toHexString(ident) + " to 0x"
+ Long.toHexString(newIdent) + " while dispatching to "
+ msg.target.getClass().getName() + " "
+ msg.callback + " what=" + msg.what);
}
msg.recycleUnchecked();
}
}
首先looper对象不能为空，就是说loop()方法调用必须在prepare()方法的后面。
Looper一直在不断的从消息队列中通过MessageQueue的next方法获取Message，然后通过代码msg.target.dispatchMessage(msg)让该msg所绑定的Handler（Message.target）执行dispatchMessage方法以实现对Message的处理。
Handler的dispatchMessage的源码如下：
public void dispatchMessage(Message msg) {
if (msg.callback != null) {
handleCallback(msg);
} else {
if (mCallback != null) {
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
}
}
handleMessage(msg);
}
}
我们可以看到Handler提供了三种途径处理Message，而且处理有前后优先级之分：首先尝试让postXXX中传递的Runnable执行，其次尝试让Handler构造函数中传入的Callback的handleMessage方法处理，最后才是让Handler自身的handleMessage方法处理Message。
Callback参数：Callback是Handler中的内部接口，需要实现其内部的handleMessage方法，Callback代码如下:
public interface Callback {
public boolean handleMessage(Message msg);
}
Handler.Callback是用来处理Message的一种手段，如果没有传递该参数，那么就应该重写Handler的handleMessage方法，也就是说为了使得Handler能够处理Message，我们有两种办法：
- 向Hanlder的构造函数传入一个Handler.Callback对象，并实现Handler.Callback的handleMessage方法。
- 无需向Hanlder的构造函数传入Handler.Callback对象，但是需要重写Handler本身的handleMessage方法 。
也就是说无论哪种方式，我们都得通过某种方式实现handleMessage方法，这点与Java中对Thread的设计有异曲同工之处。
四、在子线程中使用Handler
我们知道，在子线程中使用Handler会出错，为什么？
Handler本质是从当前的线程中获取到Looper来监听和操作MessageQueue，当其他线程执行完成后回调当前线程。而子线程中并没有预先设置Looper，所以导致Handler调用Looper.myLooper()时找不到Looper对象导致抛出异常。所以，我们如果想在子线程中使用，必须在声明Handler之前，调用Looper.prepare(),然后调用Looper的loop()方法来启动Looper让消息队列转动起来。
class DownLoadThread implements Runnable {
public Handler myHandler;
// 实现Runnable接口的线程体
@Override
public void run() {
/*①、调用Looper的prepare()方法为当前线程创建Looper对象并，
创建Looper对象时，它的构造器会自动的创建相对应的MessageQueue*/
Looper.prepare();
/*.②、创建Handler子类的实例，重写HandleMessage()方法，该方法处理除当前线程以外线程的消息*/
myHandler = new Handler() {
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
String ms = "";
if (msg.what == 0x777) {
}
}
};
//③、调用Looper的loop()方法来启动Looper让消息队列转动起来
Looper.loop();
}
}
五、Handler引起的内存泄漏以及解决办法
原因：静态内部类持有外部类的匿名引用，导致外部Activity无法释放。
解决办法：1. Handler内部持有外部Activity的弱引用。2. 把Handler改为静态内部类。3. 在Activity的onDestroy()方法中调用mHandler.removeCallback()。
AsyncTask
一、什么是AsyncTask
AsyncTask本质上就是一个封装了线程池和Handler的异步框架。适用于简单的异步处理。
二、基本使用
继承AsyncTask类实现自己的类，并重写其中的方法。
三个参数
public abstract class AsyncTask<Params, Progress, Result> {}
Params: 输入参数，对应excute()方法中传递的参数。如果不需要传递参数，则直接设为void即可。
Progress：后台任务执行的百分比
Result：返回值类型，和doInBackground（）方法的返回值类型保持一致。
五个方法
protected abstract Result doInBackground(Params... params);
protected void onPostExecute(Result result) {
}
protected void onProgressUpdate(Progress... values) {
}
protected void onPreExecute() {
}
protected void onCancelled() {
}
最少要重写以下这两个方法：
-
doInBackground(Params…)
在子线程（其他方法都在主线程执行）中执行比较耗时的操作，不能更新UI，可以在该方法中调用publishProgress(Progress…)来更新任务的进度。Progress方法是AsycTask中一个final方法只能调用不能重写。 -
onPostExecute(Result)
使用在doInBackground 得到的结果处理操作UI， 在主线程执行，任务执行的结果作为此方法的参数返回。 有时根据需求还要实现以下三个方法： -
onProgressUpdate(Progress…)
可以使用进度条增加用户体验度。 此方法在主线程执行，用于显示任务执行的进度。 -
onPreExecute()
这里是最终用户调用Excute时的接口，当任务执行之前开始调用此方法，可以在这里显示进度对话框。 -
onCancelled()
用户调用取消时，要做的操作
在主线程中申明该类的对象，调用对象的execute()函数开始执行。
MyAsyncTask t = new MyAsyncTask();
t.execute();
三、AsyncTask的机制原理
- AsyncTask的本质是一个静态的线程池，AsyncTask派生出的子类可以实现不同的异步任务，这些任务都是提交到静态的线程池中执行。
- 线程池中的工作线程执行doInBackground方法执行异步任务。
- 当任务状态改变后，工作线程会向UI线程发送消息，AsyncTask内部的InternalHandler响应这些消息，并调用相关的回调函数。
四、AsyncTask的注意事项
-
AsyncTask不适合特别耗时的任务
AsyncTask的生命周期和Activity的生命周期不同步，Activity销毁了但是AsyncTask中的任务还是会继续执行完毕，一个最典型的例子就是Activity的横竖屏切换，AsyncTask中引用的Activity不是当前的Activity，onPostExecute()中执行的仍然是上一个Activity。还有一个原因是因为AsyncTask在执行长时间的耗时任务时也会持有一个Activity对象，即使这个Activity已经不可见了，Android也无法对这个Activity进行回收，导致内存泄露。 -
AsyncTask只能在主线程中创建以及使用
AsyncTask被用于执行异步任务，然后更新UI，所以最后的onPostExecute()方法执行在创建该AsyncTask对象的线程中，如果不在主线程中创建以及使用，就达不到更新UI的目的。 -
一个AsyncTask对象只能执行一次
一个AsyncTask对象只能执行一次，即只能调用一次execute方法，否则会报运行时异常AsyncTask。这是源码注释中写的，但是我查阅资料也没有找到什么具体原因。本人学艺也不精...也就知道了不能重复对一个AsyncTask对象调用execute()方法。 -
AsyncTask在不同的Android版本下的并行和串行问题
关于AsyncTask的并行和串行问题，在不同的API下是有不同的。在Android1.6之前，AsyncTask是串行执行任务的；到了Android1.6时，开始采用线程池来并行执行任务；在Android3.0之后的版本中，AsyncTask又开始用一个线程串行执行任务。虽然Android3.0之后采用串行方式执行任务，但我们可以通过AsyncTask的executeOnExecutor(exe，params),自定义一个线程池来并行执行任务。
HandlerThread
一、什么是HandlerThread
当我们需要执行耗时操作时，很自然的会想到开启一个子线程，当耗时操作完成之后，线程自动销毁。之后如果我们又需要执行另一个耗时操作，再开启一个子线程，这时就涉及到一个性能问题了。要知道，频繁的创建和销毁线程是很耗费系统资源的，所以，为了解决这个问题，Android给我们提供了HandlerThread这个类。
好吧，其实初看这段话，我是没搞懂HandlerThread到底是干啥的，所以我们来看看它的用法先吧。
二、HandlerThread的用法
HandlerThread的使用十分简单，简单到只有几行代码
HandlerThread ht = new HandlerThread("newThread");
ht.start();
mHandler = new Handler(ht.getLooper()) {
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
super.handleMessage(msg);
//do something
}
};
声明一个HandlerThread对象并传入一个字符串参数，然后调用start()方法启动HandlerThread，将HandlerThread里的Looper传入Handler。最后记得在Activity的onDestroy()方法中将HandlerThread关闭
@Override
protected void onDestroy() {
super.onDestroy();
//释放资源
ht.quit() ;
}
用法很简单，但是为什么要这么用？这样子声明的Handler跟平时我们用的有什么不一样呢，那我们来看看HandlerThread的源码。
三、HandlerThread的源码分析
HandlerThread的源码不多，首先来看下类的继承关系
public class HandlerThread extends Thread {}
HandlerThread 继承自Thread，也就是说HandlerThread 本质就是一个线程类，所以当我们new HandlerThread ()的时候实际上是创建了一个子线程所以之后调用了start()方法启动了该线程，那接下来我们来看下关键的run()方法
@Override
public void run() {
mTid = Process.myTid();
Looper.prepare();
synchronized (this) {
mLooper = Looper.myLooper();
notifyAll();
}
Process.setThreadPriority(mPriority);
onLooperPrepared();
Looper.loop();
mTid = -1;
}
run()方法里面调用了Looper.prepare()和Looper.loop()，这个过程是不是很眼熟，我们前面说过了在子线程中使用Handler，需要自己调用这两个方法，而我们在声明Handler时，将这个Looper对象通过getLooper()方法获取到并作为参数传入了进去
public Looper getLooper() {
if (!isAlive()) {
return null;
}
// If the thread has been started, wait until the looper has been created.
synchronized (this) {
while (isAlive() && mLooper == null) {
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
}
}
}
return mLooper;
}
如果你够细心你会发现，run方法里面当mLooper创建完成后有个notifyAll()，getLooper()中有个wait()，这是为什么呢？因为mLooper在一个线程中执行，而我们的handler是在UI线程初始化的，也就是说，我们必须等到mLooper创建完成，才能正确的返回getLooper();wait(),notify()就是为了解决这两个线程的同步问题。
结合前面对Handler的分析，我们知道，当我们需要在子线程与子线程之间进行通信，也就是需要在子线程中使用Handler时，需要手动去操作Looper，这是很不推荐的做法。所以Google官方很贴心的帮我们封装好了一个类，那就是刚才HandlerThread啦。
最后再来看看quit()方法
public boolean quit() {
Looper looper = getLooper();
if (looper != null) {
looper.quit();
return true;
}
return false;
}
public boolean quitSafely() {
Looper looper = getLooper();
if (looper != null) {
looper.quitSafely();
return true;
}
return false;
}
两个方法最后都是调用MessageQueue里面的quit(boolean)方法
void quit(boolean safe) {
if (!mQuitAllowed) {
throw new IllegalStateException("Main thread not allowed to quit.");
}
synchronized (this) {
if (mQuitting) {
return;
}
mQuitting = true;
if (safe) {
removeAllFutureMessagesLocked();
} else {
removeAllMessagesLocked();
}
nativeWake(mPtr);
}
}
当我们调用Looper的quit方法时，实际上执行了MessageQueue中的removeAllMessagesLocked方法，该方法的作用是把MessageQueue消息池中所有的消息全部清空，无论是延迟消息（延迟消息是指通过sendMessageDelayed或通过postDelayed等方法发送的需要延迟执行的消息）还是非延迟消息。
当我们调用Looper的quitSafely方法时，实际上执行了MessageQueue中的removeAllFutureMessagesLocked方法，通过名字就可以看出，该方法只会清空MessageQueue消息池中所有的延迟消息，并将消息池中所有的非延迟消息派发出去让Handler去处理，quitSafely相比于quit方法安全之处在于清空消息之前会派发所有的非延迟消息。
无论是调用了quit方法还是quitSafely方法只会，Looper就不再接收新的消息。即在调用了Looper的quit或quitSafely方法之后，消息循环就终结了，这时候再通过Handler调用sendMessage或post等方法发送消息时均返回false，表示消息没有成功放入消息队列MessageQueue中，因为消息队列已经退出了。
四、HandlerThread的特点
- HandlerThread的本质依然是一个线程类，它继承自Thread。
- HandlerThread有自己的内部Looper对象，可以进行looper循环。
- 通过获取HandlerThread的looper对象传递给Handler对象，可以在handleMessage方法中执行异步任务。
- 优点是不会阻塞，减少了对性能的消耗，缺点是不能同时进行多任务的处理，需要等待进行处理，处理效率低。
- 与线程池注重并发不同，HandleThread是一个串行队列，HandlerThread背后只有一个线程。
IntentService
一、IntentService是什么
IntentService是继承并处理异步请求的一个类，在IntentService内有一个工作线程来处理耗时操作，启动IntentService的方式和传统的Service一样，同时，当任务执行完后，IntentService会自动停止，而不需要我们手动去控制或者stopSelf()。另外，可以启动IntentService多次，而每一次耗时操作会以工作队列的方式在IntentService的onHandleIntent回调方法中执行，并且，每次只会执行一个工作线程，执行完第一个再执行第二个。
- 它本质是一种特殊的Service，继承自Service并且本身就是一个抽象类。
- 它内部通过HandlerThread和Handler实现异步操作。
二、IntentService的基本使用
继承IntentService实现自己类，并重写构造函数和onHandleIntent()方法，onHandleIntent()是个异步方法,可以执行耗时操作。
public class MyIntentService extends IntentService {
public static final String INDEX_FLAG = "index_flag";
public static UpdateUI updateUI;
public MyIntentService(String name) {
super(name);
}
public static void setUpdateUI(UpdateUI updateUIInterface) {
updateUI = updateUIInterface;
}
//运行在子线程的方法，intent是从启动该服务的context传过来的
@Override
protected void onHandleIntent(Intent intent) {
try {
Thread.sleep(5000);
Message msg = new Message();
msg.what = intent.getIntExtra(INDEX_FLAG, 0);
msg.obj = "返回的值" + msg.what;
if (updateUI != null)
updateUI.updateUI(msg);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public interface UpdateUI {
void updateUI(Message message);
}
}
Activity中启动该服务并设置回调
public class MainActivity extends AppCompatActivity implements MyIntentService.UpdateUI {
private static TextView mTextView;
private static final Handler mUIHandler = new Handler() {
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
mTextView.setText((String) msg.obj);
}
};
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
mTextView = findViewById(R.id.text);
Intent intent = new Intent(this, MyIntentService.class);
for (int i = 0; i < 7; i++) {
intent.putExtra(MyIntentService.INDEX_FLAG, i);
startService(intent);
}
MyIntentService.setUpdateUI(this);
}
@Override
public void updateUI(Message message) {
mUIHandler.sendMessageDelayed(message, message.what * 1000);
}
}
activity中循环启动了7次service，但实际只有一个IntentService实例，IntentService会依次执行这7次操作，然后通过UpdateUI 接口回调结果更新UI。
三、IntentService的源码解析
首先，还是看继承关系
public abstract class IntentService extends Service {}
可以看到，IntentService本质还是个Service，那我们就去看它的onCreate()方法
@Override
public void onCreate() {
super.onCreate();
HandlerThread thread = new HandlerThread("IntentService[" + mName + "]");
thread.start();
mServiceLooper = thread.getLooper();
mServiceHandler = new ServiceHandler(mServiceLooper);
}
在onCreate()方法中，创建了一个HandlerThread实例对象并将它传入了ServiceHandler对象中，ServiceHandler实际就是一个Handler，所以通过这一步，IntentService具备了进行异步操作的能力。接着我们来看onStart()方法
@Override
public void onStart(@Nullable Intent intent, int startId) {
Message msg = mServiceHandler.obtainMessage();
msg.arg1 = startId;
msg.obj = intent;
mServiceHandler.sendMessage(msg);
}
在onStart()中，通过ServiceHandler发送了一条附带startId和Intent的Message，最终这个Message会被发送到持有looper的ServiceHandler的handleMessage()方法中
private final class ServiceHandler extends Handler {
public ServiceHandler(Looper looper) {
super(looper);
}
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
onHandleIntent((Intent)msg.obj);
stopSelf(msg.arg1);
}
}
handleMessage中执行了onHandleIntent()这个方法，也就是我们继承IntentService时需要重写的抽象方法，所以onHandleIntent()是个异步方法，因为它是执行在HandlerThread开启的子线程中的。
值得注意的一点是当调用完onHandleIntent()之后ServiceHandler 调用了stopSelf(msg.arg1)，这个方法跟stopSelf()的区别是stopSelf(msg.arg1)会判断当前的服务是不是最后的服务，如果不是则不关闭，等最后的服务完成后才关闭，而stopSelf()会直接关闭服务。
所以，IntentService的本质就是一个封装了HandlerThread和Handler的异步框架。
参考资料
Android 异步消息处理机制（Handler 、 Looper 、MessageQueue）源码解析
Android异步任务机制之AsycTask
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