Android基础总结（7）——异步消息处理
Android基础总结（7）——异步消息处理
服务（Service）是Android中实现程序后台运行的解决方案，它非常适合用于去执行哪些不需要和用户交互而且还要长期运行的任务。服务的运行不依赖任何用户界面，即使当程序被切换到后台，或者用户打开了另外一个应用程序，服务仍然能够保持正常运行。不过需要注意的是：服务并不是运行在一个独立的进程当中，而是依赖于创建服务的应用程序进程，当某个应用程序进程被杀掉时，所有依赖于该进程的服务也会停止运行。
此外，我们也不要被服务的后台概念所迷惑，实际上服务并不会自动开启线程，所有的代码都是默认运行在主线程中。也就是说，我们需要自己手动地区创建子线程，并在这里执行具体的任务，否则就有可能出现主线程被阻塞住的情况。
1、线程的基本用法
Android多线程的编程其实并不比Java多线程特殊，基本都是使用相同的语法。常用的三种创建线程的方法可以参考自：http://www.cnblogs.com/mukekeheart/p/5709894.html
和许多其他的GUI库一样，Android的UI也是线程不安全的。也就是说，如果想要更新应用程序中的UI元素，则必须在主线程中进行，否则就会出现异常。
但是有些时候，我们必须利用多线程过去执行一些耗时任务，然后根据任务执行的结果开更新相应的UI控件，那么，Android提供了两种方法来解决UI操作存在的问题：
- 异步消息处理机制，完美解决了在子线程中进行UI操作的问题。
- 使用AsyncTask
2、异步消息机制原理
Android中的异步消息机制主要由四部分组成：Message、Handler、MessageQueue、Looper。
- Message：是在线程之间传递的消息，它可以在内部携带少量的信息（内部的字段有int类型的what、arg1和arg2字段，以及Object类型的obj字段），用于不同线程之间交换数据。
- Handler：顾名思义是处理者的意思，主要用于发送和处理消息。发送者用Handler的sendMessage()方法发送消息，而发出的消息经过一系列辗转处理后，最终会传递到Handler的handMessage(Message msg)方法中。处理者需要重写handMessage(Message msg)方法对消息进行处理。
- MessageQueue：消息队列的意思，主要用于存放所有通过Handler发送的消息。这部分消息会一直存放在消息队列中，等待被处理。每个线程只会有一个MessageQueue对象。
- Looper：是每个线程汇总MessageQueue的管家，调用Looper的loop()方法之后，就会进入一个无限循环之中，然后每当MessageQueue中存在一条消息，就会将其取出，并传递到Handler的handMessage(Message msg)方法中。每个线程也只会有一个Looper对象。
所以异步消息机制的整体流程就是：
- 首先需要在主程序中创建一个Handler对象，并重写handleMessage(Message msg)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的sendMessage()方法将消息发送出去；
- 之后这条消息会被添加到MessageQueue的队列中等待被处理，而Looper则会一直尝试从MessageQueue中取出带处理消息，最后分发回Handler的handleMessage(Message msg)方法中，由于Handler对象是在主程序中创建的，所以，此时handleMessage(Message msg)方法中的代码也是在主程序中运行，这样我们就可以安心地进行UI操作了。
1 public class MainActivity extends Activity {
2
3 Button button ;
4 public static final int UPDATE = 1 ;
5
6 private Handler handler = new Handler(){
7 public void handleMessage(Message msg){
8 switch(msg.what){
9 //根据消息类型不同进行不同的处理
10 case UPDATE :
11 //执行相关的UI操作
12 }
13 }
14 };
15
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.button1) ;
22
23 button.setOnClickListener(new OnClickListener() {
24 @Override
25 public void onClick(View v) {
26
27 new Thread(new Runnable(){
28 @Override
29 public void run() {
30 //相关操作执行完之后，需要用到UI操作时
31 Message msg = new Message() ;
32 msg.what = UPDATE ;
33 handler.sendMessage(msg) ;
34 }
35
36 }).start(); ;
37 }
38 });
39
40 }
41 }3、使用AsyncTask
为了更加方百年我们在子线程中对UI进行操作，Android还提供了另外一些好用的工具，AsyncTask就是其中之一。借助AsyncTask，即使你对异步消息处理机制完全不理解，你也可以十分简单地从子线程中切换到主线程中。当然，AsyncTask背后的实现原理也是基于异步消息处理机制的，只是Android帮我们做了很好的封装而已。
AsyncTask的基本使用方法，首先AsyncTask是一个抽象类，我们要使用它就必须要创建一个AsyncTask的子类去继承它。在继承时我们可以为public abstract class AsyncTask<Params, Progress, Result>类指定三个泛型参数，这三个参数的用法如下：
- Params：在执行AsyncTask时需传入的参数，可用于在后台任务重使用。即传入的参数类型
- Progess：后台执行程序时，需要在界面上显示当前的进度，则使用这里指定的泛型作为进度单位。即进度显示参数类型
- Result：当任务执行完毕后，如果需要对结果进行返回，则使用这里指定的泛型作为返回值类型。即返回的参数类型
此外，对于AsyncTask，我们通常需要去重写AsyncTask类下的四个方法：
- protected void onPreExecute()：这个方法会在后台任务开始执行之前调用，用于进行一些界面上的初始化操作，比如显示一个进度条对话框等
- protected abstract Result doInBackground(Params... params)：抽象方法，必须重写的。这个方法中的所有代码都会在子线程中运行，我们应该在这里处理所有的耗时任务操作。任务一旦完成可以通过return语句将任务的执行结果返回，如果AsyncTask的第三个泛型参数指定为void，就可以不用返回执行结果。注意，这个方法是不可以进行UI操作的。如果需要更新UI元素，比如说反馈当前任务执行进度，可以调用publishProgress(Progress ..)方法来完成。
- protected void onProgressUpdate(Progress... values)：当在后台中调用publishProgress(Progress ..)方法之后，这个方法很快就会被调用了，方法中携带的参数就是在后台任务重传递过来的。在这个方法中可以对UI进行操作，利用参数中的数值可以对界面进行相应的更新。
- protected void onPostExecute(Result result)：当后台任务执行完毕并通过return语句进行返回时，这个方法很快就会被调用。返回的数据会作为参数传递到此方法中，可以利用返回的数据来进行一些UI操作，比如说提醒任务执行的结果，以及关闭进度条对话框等。
一个异步任务的执行一般包括以下几个步骤：
- execute(Params... params)执行一个异步任务，需要我们在代码中调用此方法，触发异步任务的执行。
- onPreExecute()，在execute(Params... params)被调用后立即执行，一般用来在执行后台任务前对UI做一些标记。
- doInBackground(Params... params)，在onPreExecute()完成后立即执行，用于执行较为费时的操作，此方法将接收输入参数和返回计算结果。在执行过程中可以调用publishProgress(Progress... values)来更新进度信息。
- onProgressUpdate(Progress... values)，在调用publishProgress(Progress... values)时，此方法被执行，直接将进度信息更新到UI组件上。
- onPostExecute(Result result)，当后台操作结束时，此方法将会被调用，计算结果将做为参数传递到此方法中，直接将结果显示到UI组件上。
在使用的时候，有几点需要格外注意：
- 异步任务的实例必须在UI线程中创建。
- execute(Params... params)方法必须在UI线程中调用。
- 不要手动调用onPreExecute()，doInBackground(Params... params)，onProgressUpdate(Progress... values)，onPostExecute(Result result)这几个方法。
- 不能在doInBackground(Params... params)中更改UI组件的信息。
- 一个任务实例只能执行一次，如果执行第二次将会抛出异常。
示例代码，首先我们看一下我们的布局文件，
1 <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
2 <LinearLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
3 android:orientation="vertical"
4 android:layout_width="fill_parent"
5 android:layout_height="fill_parent">
6 <Button
7 android:id="@+id/execute"
8 android:layout_width="fill_parent"
9 android:layout_height="wrap_content"
10 android:text="execute"/>
11 <Button
12 android:id="@+id/cancel"
13 android:layout_width="fill_parent"
14 android:layout_height="wrap_content"
15 android:enabled="false"
16 android:text="cancel"/>
17 <ProgressBar
18 android:id="@+id/progress_bar"
19 android:layout_width="fill_parent"
20 android:layout_height="wrap_content"
21 android:progress="0"
22 android:max="100"
23 style="?android:attr/progressBarStyleHorizontal"/>
24 <ScrollView
25 android:layout_width="fill_parent"
26 android:layout_height="wrap_content">
27 <TextView
28 android:id="@+id/text_view"
29 android:layout_width="fill_parent"
30 android:layout_height="wrap_content"/>
31 </ScrollView>
32 </LinearLayout> 下面是我们的Activity代码：
3 import java.io.ByteArrayOutputStream; 21
22 public class MainActivity extends Activity {
24 private static final String TAG = "ASYNC_TASK";
25
26 private Button execute;
27 private Button cancel;
28 private ProgressBar progressBar;
29 private TextView textView;
31 private MyTask mTask;
32
33 @Override
34 public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
35 super.onCreate(savedInstanceState);
36 setContentView(R.layout.main);
37
38 execute = (Button) findViewById(R.id.execute);
39 execute.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
40 @Override
41 public void onClick(View v) {
42 //注意每次需new一个实例,新建的任务只能执行一次,否则会出现异常
43 mTask = new MyTask();
44 mTask.execute("http://www.baidu.com");
45
46 execute.setEnabled(false);
47 cancel.setEnabled(true);
48 }
49 });
50 cancel = (Button) findViewById(R.id.cancel);
51 cancel.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
52 @Override
53 public void onClick(View v) {
54 //取消一个正在执行的任务,onCancelled方法将会被调用
55 mTask.cancel(true);
56 }
57 });
58 progressBar = (ProgressBar) findViewById(R.id.progress_bar);
59 textView = (TextView) findViewById(R.id.text_view);
60
61 }
62
63 private class MyTask extends AsyncTask<String, Integer, String> {
64 //onPreExecute方法用于在执行后台任务前做一些UI操作
65 @Override
66 protected void onPreExecute() {
67 Log.i(TAG, "onPreExecute() called");
68 textView.setText("loading...");
69 }
70
71 //doInBackground方法内部执行后台任务,不可在此方法内修改UI
72 @Override
73 protected String doInBackground(String... params) {
74 Log.i(TAG, "doInBackground(Params... params) called");
75 try {
76 HttpClient client = new DefaultHttpClient();
77 HttpGet get = new HttpGet(params[0]);
78 HttpResponse response = client.execute(get);
79 if (response.getStatusLine().getStatusCode() == HttpStatus.SC_OK) {
80 HttpEntity entity = response.getEntity();
81 InputStream is = entity.getContent();
82 long total = entity.getContentLength();
83 ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
84 byte[] buf = new byte[1024];
85 int count = 0;
86 int length = -1;
87 while ((length = is.read(buf)) != -1) {
88 baos.write(buf, 0, length);
89 count += length;
90 //调用publishProgress公布进度,最后onProgressUpdate方法将被执行
91 publishProgress((int) ((count / (float) total) * 100));
92 //为了演示进度,休眠500毫秒
93 Thread.sleep(500);
94 }
95 return new String(baos.toByteArray(), "gb2312");
96 }
97 } catch (Exception e) {
98 Log.e(TAG, e.getMessage());
99 }
100 return null;
101 }
102
103 //onProgressUpdate方法用于更新进度信息
104 @Override
105 protected void onProgressUpdate(Integer... progresses) {
106 Log.i(TAG, "onProgressUpdate(Progress... progresses) called");
107 progressBar.setProgress(progresses[0]);
108 textView.setText("loading..." + progresses[0] + "%");
109 }
110
111 //onPostExecute方法用于在执行完后台任务后更新UI,显示结果
112 @Override
113 protected void onPostExecute(String result) {
114 Log.i(TAG, "onPostExecute(Result result) called");
115 textView.setText(result);
116
117 execute.setEnabled(true);
118 cancel.setEnabled(false);
119 }
120
121 //onCancelled方法用于在取消执行中的任务时更改UI
122 @Override
123 protected void onCancelled() {
124 Log.i(TAG, "onCancelled() called");
125 textView.setText("cancelled");
126 progressBar.setProgress(0);
127
128 execute.setEnabled(true);
129 cancel.setEnabled(false);
130 }
131 }
132 } 因为需要访问网络，所以我们还需要在AndroidManifest.xml中加入访问网络的权限。
我们来看一下运行时的界面：
以上几个截图分别是初始界面、执行异步任务时界面、执行成功后界面、取消任务后界面。执行成功后，整个过程日志打印如下：
如果我们在执行任务时按下了“cancel”按钮，日志打印如下：
可以看到onCancelled()方法将会被调用，onPostExecute(Result result)方法将不再被调用。
上面介绍了AsyncTask的基本应用，有些朋友也许会有疑惑，AsyncTask内部是怎么执行的呢，它执行的过程跟我们使用Handler又有什么区别呢？答案是：AsyncTask是对Thread+Handler良好的封装，在android.os.AsyncTask代码里仍然可以看到Thread和Handler的踪迹。下面就向大家详细介绍一下AsyncTask的执行原理。
我们先看一下AsyncTask的大纲视图：
我们可以看到关键几个步骤的方法都在其中，doInBackground(Params... params)是一个抽象方法，我们继承AsyncTask时必须覆写此方法；onPreExecute()、onProgressUpdate(Progress... values)、onPostExecute(Result result)、onCancelled()这几个方法体都是空的，我们需要的时候可以选择性的覆写它们；publishProgress(Progress... values)是final修饰的，不能覆写，只能去调用，我们一般会在doInBackground(Params... params)中调用此方法；另外，我们可以看到有一个Status的枚举类和getStatus()方法，Status枚举类代码段如下：
1 //初始状态
2 private volatile Status mStatus = Status.PENDING;
3
4 public enum Status {
5 /**
6 * Indicates that the task has not been executed yet.
7 */
8 PENDING,
9 /**
10 * Indicates that the task is running.
11 */
12 RUNNING,
13 /**
14 * Indicates that {@link AsyncTask#onPostExecute} has finished.
15 */
16 FINISHED,
17 }
18
19 /**
20 * Returns the current status of this task.
21 *
22 * @return The current status.
23 */
24 public final Status getStatus() {
25 return mStatus;
26 } 可以看到，AsyncTask的初始状态为PENDING，代表待定状态，RUNNING代表执行状态，FINISHED代表结束状态，这几种状态在AsyncTask一次生命周期内的很多地方被使用，非常重要。
介绍完大纲视图相关内容之后，接下来，我们会从execute(Params... params)作为入口，重点分析一下AsyncTask的执行流程，我们来看一下execute(Params... params)方法的代码段：
1 public final AsyncTask<Params, Progress, Result> execute(Params... params) {
2 if (mStatus != Status.PENDING) {
3 switch (mStatus) {
4 case RUNNING:
5 //如果该任务正在被执行则抛出异常
6 //值得一提的是,在调用cancel取消任务后,状态仍未RUNNING
7 throw new IllegalStateException("Cannot execute task:"
8 + " the task is already running.");
9 case FINISHED:
10 //如果该任务已经执行完成则抛出异常
11 throw new IllegalStateException("Cannot execute task:"
12 + " the task has already been executed "
13 + "(a task can be executed only once)");
14 }
15 }
16
17 //改变状态为RUNNING
18 mStatus = Status.RUNNING;
20 //调用onPreExecute方法
21 onPreExecute();
22
23 mWorker.mParams = params;
24 sExecutor.execute(mFuture);
26 return this;
27 } 代码中涉及到三个陌生的变量：mWorker、sExecutor、mFuture，我们也会看一下他们的庐山真面目：
- 关于sExecutor，它是java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor的实例，用于管理线程的执行。代码如下：
1 private static final int CORE_POOL_SIZE = 5;
2 private static final int MAXIMUM_POOL_SIZE = 128;
3 private static final int KEEP_ALIVE = 10;
4
5 //新建一个队列用来存放线程
6 private static final BlockingQueue<Runnable> sWorkQueue =
7 new LinkedBlockingQueue<Runnable>(10);
8 //新建一个线程工厂
9 private static final ThreadFactory sThreadFactory = new ThreadFactory() {
10 private final AtomicInteger mCount = new AtomicInteger(1);
11 //新建一个线程
12 public Thread newThread(Runnable r) {
13 return new Thread(r, "AsyncTask #" + mCount.getAndIncrement());
14 }
15 };
16 //新建一个线程池执行器,用于管理线程的执行
17 private static final ThreadPoolExecutor sExecutor = new ThreadPoolExecutor(CORE_POOL_SIZE,
18 MAXIMUM_POOL_SIZE, KEEP_ALIVE, TimeUnit.SECONDS, sWorkQueue, sThreadFactory); - mWorker实际上是AsyncTask的一个的抽象内部类的实现对象实例，它实现了Callable<Result>接口中的call()方法，代码如下：
1 private static abstract class WorkerRunnable<Params, Result> implements Callable<Result> {
2 Params[] mParams;
3 } - 而mFuture实际上是java.util.concurrent.FutureTask的实例，下面是它的FutureTask类的相关信息：
1 /**
2 * A cancellable asynchronous computation.
3 * ...
4 */
5 public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V> { 1 public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> {
2 /**
3 * Sets this Future to the result of its computation
4 * unless it has been cancelled.
5 */
6 void run();
7 } 可以看到FutureTask是一个可以中途取消的用于异步计算的类。
下面是mWorker和mFuture实例在AsyncTask中的体现：
1 private final WorkerRunnable<Params, Result> mWorker;
2 private final FutureTask<Result> mFuture;
3
4 public AsyncTask() {
5 mWorker = new WorkerRunnable<Params, Result>() {
6 //call方法被调用后,将设置优先级为后台级别,然后调用AsyncTask的doInBackground方法
7 public Result call() throws Exception {
8 Process.setThreadPriority(Process.THREAD_PRIORITY_BACKGROUND);
9 return doInBackground(mParams);
10 }
11 };
12
13 //在mFuture实例中,将会调用mWorker做后台任务,完成后会调用done方法
14 mFuture = new FutureTask<Result>(mWorker) {
15 @Override
16 protected void done() {
17 Message message;
18 Result result = null;
19
20 try {
21 result = get();
22 } catch (InterruptedException e) {
23 android.util.Log.w(LOG_TAG, e);
24 } catch (ExecutionException e) {
25 throw new RuntimeException("An error occured while executing doInBackground()",
26 e.getCause());
27 } catch (CancellationException e) {
28 //发送取消任务的消息
29 message = sHandler.obtainMessage(MESSAGE_POST_CANCEL,
30 new AsyncTaskResult<Result>(AsyncTask.this, (Result[]) null));
31 message.sendToTarget();
32 return;
33 } catch (Throwable t) {
34 throw new RuntimeException("An error occured while executing "
35 + "doInBackground()", t);
36 }
37
38 //发送显示结果的消息
39 message = sHandler.obtainMessage(MESSAGE_POST_RESULT,
40 new AsyncTaskResult<Result>(AsyncTask.this, result));
41 message.sendToTarget();
42 }
43 };
44 } 我们看到上面的代码中，mFuture实例对象的done()方法中，如果捕捉到了CancellationException类型的异常，则发送一条“MESSAGE_POST_CANCEL”的消息；如果顺利执行，则发送一条“MESSAGE_POST_RESULT”的消息，而消息都与一个sHandler对象关联。这个sHandler实例实际上是AsyncTask内部类InternalHandler的实例，而InternalHandler正是继承了Handler，下面我们来分析一下它的代码：
private static final int MESSAGE_POST_RESULT = 0x1; //显示结果
private static final int MESSAGE_POST_PROGRESS = 0x2; //更新进度
private static final int MESSAGE_POST_CANCEL = 0x3; //取消任务
private static final InternalHandler sHandler = new InternalHandler();
private static class InternalHandler extends Handler {
@SuppressWarnings({"unchecked", "RawUseOfParameterizedType"})
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
AsyncTaskResult result = (AsyncTaskResult) msg.obj;
switch (msg.what) {
case MESSAGE_POST_RESULT:
// There is only one result
//调用AsyncTask.finish方法
result.mTask.finish(result.mData[0]);
break;
case MESSAGE_POST_PROGRESS:
//调用AsyncTask.onProgressUpdate方法
result.mTask.onProgressUpdate(result.mData);
break;
case MESSAGE_POST_CANCEL:
//调用AsyncTask.onCancelled方法
result.mTask.onCancelled();
break;
}
}
} 我们看到，在处理消息时，遇到“MESSAGE_POST_RESULT”时，它会调用AsyncTask中的finish()方法，我们来看一下finish()方法的定义：
1 private void finish(Result result) {
2 if (isCancelled()) result = null;
3 onPostExecute(result); //调用onPostExecute显示结果
4 mStatus = Status.FINISHED; //改变状态为FINISHED
5 } 原来finish()方法是负责调用onPostExecute(Result result)方法显示结果并改变任务状态的啊。
另外，在mFuture对象的done()方法里，构建一个消息时，这个消息包含了一个AsyncTaskResult类型的对象，然后在sHandler实例对象的handleMessage(Message msg)方法里，使用下面这种方式取得消息中附带的对象：
1 AsyncTaskResult result = (AsyncTaskResult) msg.obj; 这个AsyncTaskResult究竟是什么呢，它又包含什么内容呢？其实它也是AsyncTask的一个内部类，是用来包装执行结果的一个类，让我们来看一下它的代码结构：
1 @SuppressWarnings({"RawUseOfParameterizedType"})
2 private static class AsyncTaskResult<Data> {
3 final AsyncTask mTask;
4 final Data[] mData;
5
6 AsyncTaskResult(AsyncTask task, Data... data) {
7 mTask = task;
8 mData = data;
9 }
10 } 看以看到这个AsyncTaskResult封装了一个AsyncTask的实例和某种类型的数据集，我们再来看一下构建消息时的代码：
1 //发送取消任务的消息
2 message = sHandler.obtainMessage(MESSAGE_POST_CANCEL,
3 new AsyncTaskResult<Result>(AsyncTask.this, (Result[]) null));
4 message.sendToTarget(); 1 //发送显示结果的消息
2 message = sHandler.obtainMessage(MESSAGE_POST_RESULT,
3 new AsyncTaskResult<Result>(AsyncTask.this, result));
4 message.sendToTarget(); 在处理消息时是如何使用这个对象呢，我们再来看一下：
1 result.mTask.finish(result.mData[0]); 1 result.mTask.onProgressUpdate(result.mData); 概括来说，当我们调用execute(Params... params)方法后，execute方法会调用onPreExecute()方法，然后由ThreadPoolExecutor实例sExecutor执行一个FutureTask任务，这个过程中doInBackground(Params... params)将被调用，如果被开发者覆写的doInBackground(Params... params)方法中调用了publishProgress(Progress... values)方法，则通过InternalHandler实例sHandler发送一条MESSAGE_POST_PROGRESS消息，更新进度，sHandler处理消息时onProgressUpdate(Progress... values)方法将被调用；如果遇到异常，则发送一条MESSAGE_POST_CANCEL的消息，取消任务，sHandler处理消息时onCancelled()方法将被调用；如果执行成功，则发送一条MESSAGE_POST_RESULT的消息，显示结果，sHandler处理消息时onPostExecute(Result result)方法被调用。
经过上面的介绍，相信朋友们都已经认识到AsyncTask的本质了，它对Thread+Handler的良好封装，减少了开发者处理问题的复杂度，提高了开发效率，希望朋友们能多多体会一下。