【攻克Android(24)】线程模型

本文围绕以下三个部分展开：

一、UI单线程原则
二、自定义线程
三、消息机制
案例一、非UI线程不能更新UI
案例二、通过runOnUiThread，在非UI线程中更新UI
案例三、通过Handler+Message--handlerMessage（消息机制）更新UI






一、UI单线程原则

        （1）

        当一个程序第一次启动时，Android会同时启动一个对应的主线程(Main Thread)。Main Thread 也叫 UI Thread，也即 UI线程。

        主线程主要负责处理与UI相关的事件，如：用户的按键事件，用户接触屏幕的事件以及屏幕绘图事件，并把相关的事件分发到对应的组件进行处理。

        （2）

        系统不会为每个组件单独创建线程，在同一个进程里的UI组件都会在UI线程里实例化，系统对每一个组件的调用都从UI线程分发出去。结果就是，响应系统回调的方法(比如响应用户动作的onKeyDown()和各种生命周期回调)永远都是在UI线程里运行。

        （3）

        当App做一些比较重（intensive）的工作的时候，除非合理地实现，否则单线程模型的performance会很poor。

        特别的是，如果所有的工作都在UI线程，做一些比较耗时的工作比如访问网络或者数据库查询，都会阻塞UI线程，导致事件停止分发（包括绘制事件）。对于用户来说，应用看起来像是卡住了，更坏的情况是，如果UI线程blocked的时间太长（大约超过5秒），用户就会看到ANR（application not responding）的对话框。

        （4）

        Android UI Thread并不是线程安全的，所以不能从非UI线程来操纵UI组件。必须把所有的UI操作放在UI线程里。

        （5）UI单线程原则（Android 单线程模型的两条原则）：

        1）不要阻塞UI线程。

        2）不要在UI线程之外访问Android UI Toolkit（主要是这两个包中的组件：android.widget 和 android.view）


二、自定义线程

        自定义线程的两种方法：

        （1）继承 Thread 类

        （2）实现 Runnable 接口


三、消息机制

        1. Handler

        （1）

        Handler用于处理线程中的消息队列。当Looper对象从消息队列中获取消息后，会把消息派发给Handler对象。

        一个线程中只能有一个Handler对象，可以通过该对象向所在线程发送消息。因此，只要拥有其它线程中Handler对象的引用，就可以向其发送消息；除了给别的线程发送消息外，还可以给本线程发送消息。

        通过Handler你可以发布或者处理一个消息或者是一个Runnable的实例。每个Handler都会与唯一的一个线程以及该线程的消息队列管理绑定。

        （2）Handler一般有两种用途：

        1）实现一个定时任务

        2）在线程间传递数据

        2. Message

        Message是一个描述消息的数据结构类。

        Message包含很多成员变量和方法，但对于简单的消息处理，一般仅需了解3项，分别是：

        （1）int what：这是用户自定义的一个整型值，用于区分消息类型。

        （2）int arg1：这是额外消息参数。

        （3）int arg2：同arg1。

        3. Message Queue

        Message Queue是一个消息队列，用来存放通过Handler发布的消息。

        Android在第一次启动程序时会默认会为UI Thread创建一个关联的消息队列，可以通过Looper.myQueue()得到当前线程的消息队列，用来管理程序的一些上层组件，如activities，broadcast receivers 等等。你可以在自己的子线程中创建Handler与UI Thread通讯。

        4. Looper

        Looper扮演着一个Handler和消息队列之间通讯桥梁的角色。程序组件首先通过Handler把消息传递给Looper，Looper把消息放入队列。Looper也把消息队列里的消息广播给所有的Handler，Handler接受到消息后调用handleMessage进行处理。



案例一、非UI线程不能更新UI

        MainActivity。运行的时候，会直接退出。

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);

        /*当在非UI线程中操作UI组件的时候，会无法运行*/
        // 启动匿名的线程类 （非UI线程不能更新UI）
        new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                Toast.makeText(getApplicationContext(),
                        "在非UI线程中不能访问UI", Toast.LENGTH_LONG).show();
            }
        }.start();
    }

案例二、通过runOnUiThread，在非UI线程中更新UI

        效果描述：

        刚进入界面是这样的：

        当点击“启动线程”按钮的时候，文本框显示当前时间，并且秒数在时刻随时间变化。当点击“停止线程”按钮的时候，文本框显示的时间停止变化。

        （1）strings.xml

<resources>
    <string name="app_name">HandlerUI</string>

    <string name="action_settings">Settings</string>

    <string name="btn_start">启动线程</string>
    <string name="btn_stop">停止线程</string>
</resources>

        （2）activity_main.xml。布局

<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/btnStart"
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:onClick="onClick"
        android:text="@string/btn_start" />

    <Button
        android:id="@+id/btnStop"
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:layout_below="@id/btnStart"
        android:onClick="onClick"
        android:text="@string/btn_stop" />

    <TextView
        android:id="@+id/tvState"
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:layout_below="@id/btnStop"
        android:text="@string/app_name"
        android:textSize="30sp" />

</RelativeLayout>

    <!-- 2.两个 Button，一个 TextView-->

        （3）MainActivity。通过runOnUiThread，在非UI线程中更新UI

package com.android.handlerui;

import android.app.Activity;
import android.os.Bundle;
import android.os.Handler;
import android.util.Log;
import android.view.Menu;
import android.view.MenuItem;
import android.view.View;
import android.widget.TextView;
import android.widget.Toast;

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;


public class MainActivity extends Activity {
    private static final String TAG = "UIThread";
    // 4 创建一个 Handler 对象
    private Handler handler = new Handler();
    // 5.1 将要执行的操作写在线程对象的 run 方法当中
    // 使用匿名的 Runnable接口
    private Runnable action = new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            // 模拟下载
            Log.v(TAG, "下载中...");
            // 5.4 在 run 方法内部，执行 postDelayed 方法：
            // 每隔1秒执行一次（日志输出  下载中...）。
            handler.postDelayed(action, 1000);

            // 6. 在非 UI 线程中更新 UI
            // 调用 runOnUiThread：调用后，相当于又唤醒了 UI线程。
			// 这样，外面的非 UI线程控制时间，UI线程同时在更新界面
            /**
             * runOnUiThread ：
             *
             * Runs the specified action on the UI thread.
             * If the current thread is the UI thread,
             * then the action is executed immediately.
             * If the current thread is not the UI thread,
             * the action is posted to the event queue of the UI thread.
             */
            runOnUiThread(new Runnable() {
                private TextView tvState = (TextView) findViewById(R.id.tvState);
                @Override
                public void run() {
                    Date date = new Date();
                    SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
                    String text = sdf.format(date);
                    tvState.setText(text);
                }
            });
        }
    };

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
    }

    // 3.
    public void onClick(View view) {
        switch (view.getId()) {
            case R.id.btnStart:
                // 5.2 调用 Handler 的 post 方法，将要执行的线程对象添加到消息队列当中，
                // 那么队列就会执行线程，调用 run() 方法
                // post方法：线程只执行一次就结束了。
                handler.post(action);
                break;
            case R.id.btnStop:
                // 5.3 从队列中移除线程对象
                handler.removeCallbacks(action);
                break;
        }
    }

    // --------------------------------------------------------------
    @Override
    public boolean onCreateOptionsMenu(Menu menu) {
        // Inflate the menu; this adds items to the action bar if it is present.
        getMenuInflater().inflate(R.menu.menu_main, menu);
        return true;
    }

    @Override
    public boolean onOptionsItemSelected(MenuItem item) {
        // Handle action bar item clicks here. The action bar will
        // automatically handle clicks on the Home/Up button, so long
        // as you specify a parent activity in AndroidManifest.xml.
        int id = item.getItemId();

        //noinspection SimplifiableIfStatement
        if (id == R.id.action_settings) {
            return true;
        }

        return super.onOptionsItemSelected(item);
    }
}

案例三、通过Handler+Message--handlerMessage（消息机制）更新UI

        效果描述：

        刚进入界面是这样的：

        当点击按钮后，跳到另一个界面，然后数字和当前时间同时在每秒增加 1。

        （1）strings.xml

<string name="btn_update_ui">通过Handler更新UI</string>

        （2）创建一个 Activity ：UpdateUIActivity

        （3）activity_main.xml。主界面按钮。

<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/btnUpdateUI"
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:onClick="onClick"
        android:text="@string/title_activity_update_ui" />

</RelativeLayout>

        （4）MainActivity。主界面按钮的点击事件。

    public void onClick(View view) {
        startActivity(new Intent(this, UpdateUIActivity.class));
    }

        （5）activity_update_ui.xml。跳转后的界面上，写一个文本，用于显示 UI 变化。

<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="com.android.handlerui.UpdateUIActivity">

    <TextView
        android:id="@+id/tvState"
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:text="@string/btn_update_ui"
        android:textSize="30sp" />

</RelativeLayout>

        （6）UpdateUIActivity。通过Handler+Message--handlerMessage（消息机制）更新UI

package com.android.handlerui;

import android.app.Activity;
import android.os.Bundle;
import android.os.Handler;
import android.os.Message;
import android.view.Menu;
import android.view.MenuItem;
import android.widget.TextView;

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;

public class UpdateUIActivity extends Activity {
    // 定义常量：消息代号
    private static final int MSG_CODE = 100;
    // 1.3
    private TextView tvState;
    // 1.2
    private Handler handler;
    // 当写上 static后，count的生命周期就和 app的生命周期一样了。
    // 这样的话，当返回主界面，再进入后，统计数字就不会是从0开始的了。
    // private int count; -- 当返回主界面，再进入后，统计数字就是从0开始的。
    private static int count;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_update_ui);
        // 1.3
        tvState = (TextView) findViewById(R.id.tvState);

        // 2.1 调用更新界面的方法
        updateUI();
    }

    private void updateUI() {
        handler = new Handler() {
            /**
             * 子类只有重写此方法才能接收消息
             * @param msg 接收的消息
             */
            @Override
            public void handleMessage(Message msg) {
                // 2.3 根据消息代码处理消息
                // 用户指定的消息代码
                switch (msg.what) {
                    case MSG_CODE:
                        // 2.4 当接收到消息后，handle自己再延时 1s发送消息
                        sendMessageDelayed(obtainMessage(MSG_CODE), 1000);
                        // 处理消息
                        Date date = new Date();
                        SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
                        // 显示count数字自动增长，以及时间
                        String text = String.format("%d\n%s", (count++), sdf.format(date));
                        tvState.setText(text);
                        break;
                }
            }
        };
    }

    /**
     * onResume()：活动到前台，UI获得焦点，进入运行状态
     * <p/>
     * 而 onStart()：活动进入可见状态
     */
    @Override
    protected void onResume() {
        super.onResume();

        // 2.2 handle & msg 不为空时，延迟 1s发送消息
        // handler肯定不为空：上面已经 new 出来了：handler = new Handler(){}
        if (handler != null) {
            // 设置发送消息的代号为 MSG_CODE
            Message msg = handler.obtainMessage(MSG_CODE);
            if (msg != null) {
                handler.sendMessageDelayed(msg, 1000);
            }
        }
    }

    /**
     * 2.5 暂停的时候，移除消息
     * <p/>
     * onPause()：另一个活动即将到前台获得焦点（透明或没有完全覆盖屏幕），当前活动仍
     * 可见但不可交互；当系统资源不足时，会被销毁。
     */
    @Override
    protected void onPause() {
        super.onPause();

        if (handler != null) {
            // 移除消息
            handler.removeMessages(MSG_CODE);
        }
    }

    // ------------------------------------------------------------
    @Override
    public boolean onCreateOptionsMenu(Menu menu) {
        // Inflate the menu; this adds items to the action bar if it is present.
        getMenuInflater().inflate(R.menu.menu_update_ui, menu);
        return true;
    }

    @Override
    public boolean onOptionsItemSelected(MenuItem item) {
        // Handle action bar item clicks here. The action bar will
        // automatically handle clicks on the Home/Up button, so long
        // as you specify a parent activity in AndroidManifest.xml.
        int id = item.getItemId();

        //noinspection SimplifiableIfStatement
        if (id == R.id.action_settings) {
            return true;
        }

        return super.onOptionsItemSelected(item);
    }
}