細(xì)說Android消息機(jī)制

經(jīng)過這幾年的Android開發(fā)，慢慢積累了很多相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，這里把一些我自認(rèn)為比較重要的，但網(wǎng)上介紹相對較少或者較淺的知識更加詳細(xì)的介紹下。大的層面，從這一篇開始會介紹三個(gè)方面

  • Android系統(tǒng)的消息機(jī)制
  • Android的Activity
  • Android的Fragment

會從更加抽象的層面來介紹。會有一定的閱讀門檻，但會較少的分析Android的源碼，會重點(diǎn)分析原理，會把大致的脈絡(luò)介紹清楚。通過這個(gè)系列可能會幫你弄明白類似：

  • 為什么我上滑一個(gè)列表，列表滾動還沒有停止的時(shí)候我突然下滑界面能馬上開始下滑。
  • Activity都有生命周期回調(diào)方法，這些方法是怎么被回調(diào)的？入口在哪兒？
  • Fragment究竟是什么？
  • Fragment究竟是怎么被顯示出來的？
  • DialogFragment是什么？為什么DialogFragment能正確恢復(fù)？
  • 臭名昭著的FragmentStateLoss是怎么來的？

等等類似上面這些問題。會比較深入的從根本上把他們介紹清楚。

從顯示HelloWorld說起

介紹消息機(jī)制之前，我們先看下面這個(gè)簡單的代碼。

public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(">>>onCreate");

        displayHelloWorld();

        System.out.println("<<<onDestroy");
    }

    private static void displayHelloWorld() {
        System.out.println("HelloWorld");
    }
}

我們把上面的代碼來對應(yīng)到Android里。假設(shè)在Android里點(diǎn)擊一個(gè)App后會執(zhí)行上面main方法。那么就是執(zhí)行：

System.out.println(">>>onCreate"); // 類似Activity的onCreate

然后執(zhí)行：

displayHelloWorld(); // 顯示Android的TextView，內(nèi)容：HelloWorld。

最后執(zhí)行：

System.out.println("<<< onDestroy"); // 類似Activity的onDestroy 執(zhí)行這一行后界面將不再顯示

好了，代碼非常簡單，思考下這樣對應(yīng)后，我們能看到HelloWorld界面嗎？

displayHelloWorld();

被執(zhí)行完，我們能看到HelloWorld界面，沒問題，但關(guān)鍵是緊接著又繼續(xù)執(zhí)行了：

System.out.println("<<<onDestory"); // 執(zhí)行這一行后界面將不再顯示

然后程序就退出了。在Android里就相當(dāng)于HelloWorld界面一閃而過，這肯定不是我們想要的結(jié)果。從C入門的朋友還記得寫完HelloWorld后，命令提示符界面突然一閃而過嗎？你還記得是怎么處理的嗎？
怎么辦？sleep是否可以？

public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(">>>onCreate");

        displayHelloWorld();

        try {
            Thread.sleep(Integer.MAX_VALUE);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println("<<<onDestroy");
    }

    private static void displayHelloWorld() {
        System.out.println("HelloWorld");
    }
}

改造成上面的代碼后，似乎是可以了，最后的onDestroy不會被執(zhí)行，因?yàn)樵趕leep那里就停下來了。這代碼看著雖然很不舒服，但顯示HelloWrold似乎是沒什么問題了。
但光顯示HelloWorld太單調(diào)了。假如需求變成了用戶從鍵盤輸什么就顯示什么怎么辦？


import java.io.BufferedReader;
import java.io.InputStreamReader;

public class Main {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        System.out.println(">>>onCreate");

        // display("HelloWorld");
        display(readInput());

        Thread.sleep(Integer.MAX_VALUE);
        System.out.println("<<<onDestroy");
    }

    private static void display(String s) {
        System.out.println(s);
    }

    private static String readInput() throws Exception {
        BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        String s = br.readLine();
        br.close();
        return s;
    }
}

把display方法改造下，把顯示內(nèi)容變成參數(shù)。然后增加一個(gè)讀取輸入的方法。試下會發(fā)現(xiàn)只能輸入一次不能不停的輸入。再改造下：

import java.io.BufferedReader;
import java.io.InputStreamReader;

public class Main {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        System.out.println(">>>onCreate");

        while (true) {
            display(readInput());
        }

        // Thread.sleep(Integer.MAX_VALUE);
        // System.out.println("<<<onDestroy");
    }

    private static void display(String s) {
        System.out.println(s);
    }

    private static String readInput() throws Exception {
        BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        String s = br.readLine();
        br.close();
        return s;
    }
}

我們用一個(gè)死循環(huán)（有沒有感覺到消息循環(huán)要來了？還記得什么是軟中斷嗎？），不停的讀取，這樣連sleep都不需要了。
到這里我們實(shí)現(xiàn)了一個(gè)Android界面能實(shí)時(shí)顯示鍵盤輸入的文字。
那假如我們需求又變化了，我們不光要顯示問題還做其他操作，比如運(yùn)算啊，顯示圖片啊等等。這好辦我們把diaplay包裝成一個(gè)Runnable，你想干嘛干嘛。

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;

public class Main {

    private static Runnable sRunnable = new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            display(readInput());
        }
    };

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(">>>onCreate");

        while (true) {
            sRunnable.run();
        }
    }

    private static void display(String s) {
        System.out.println(s);
    }

    private static String readInput() {
        BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        try {
            String s = br.readLine();
            br.close();
            return s;
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            return e.getMessage();
        }
    }
}

這樣修改sRunnable的run方法你想干嘛干嘛。但問題又來了，我們不是只執(zhí)行一種操作，我們希望能執(zhí)行操作，我們希望被執(zhí)行的Runnable是個(gè)List，我們能隨意向List添加Runnable。繼續(xù)改造：

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Main {

    private static List<Runnable> sTaskQueue = new ArrayList<>();

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(">>>onCreate");

        sTaskQueue.add(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                display(readInput());
            }
        });
        sTaskQueue.add(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("Draw bitmap");
            }
        });
        sTaskQueue.add(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("Open https://www.google.com");
            }
        });

        while (true) {
            for (Runnable runnable : sTaskQueue) {
                runnable.run();
            }
        }
    }

    private static void display(String s) {
        System.out.println(s);
    }

    private static String readInput() {
        BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        try {
            String s = br.readLine();
            br.close();
            return s;
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            return e.getMessage();
        }
    }
}

這下好了，能執(zhí)行多種操作了，不光能顯示TextView還能繪制bitmap，打開WebView。但運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)還有問題，任務(wù)一直被重復(fù)執(zhí)行，任務(wù)執(zhí)行后我們應(yīng)該把任務(wù)從TaskQueue從移除。

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.util.*;

public class Main {

    private static Queue<Runnable> sTaskQueue = new LinkedList<>();

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(">>>onCreate");

        sTaskQueue.add(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                display(readInput());
            }
        });
        sTaskQueue.add(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("Draw bitmap");
            }
        });
        sTaskQueue.add(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("Open https://www.google.com");
            }
        });

        while (!sTaskQueue.isEmpty()) {
            Runnable task = sTaskQueue.poll();
            task.run();
        }

        System.out.println("<<<onDestroy");
    }

    private static void display(String s) {
        System.out.println(s);
    }

    private static String readInput() {
        BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        try {
            String s = br.readLine();
            br.close();
            return s;
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            return e.getMessage();
        }
    }
}

用Queue的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，很方便避免了任務(wù)重復(fù)執(zhí)行。這里還有個(gè)問題，我們肯定是希望任務(wù)能隨時(shí)被添加，而不應(yīng)該是像上面一樣被固定死了顯示字符，繪制bitmap，打開WebView。繼續(xù)改造：

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.util.*;

public class Main {

    private static Queue<Runnable> sTaskQueue = new LinkedList<>();

    private static void addTask(Runnable runnable) {
        sTaskQueue.add(runnable);
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        System.out.println(">>>onCreate");

        addTask(() -> display(readInput()));
        addTask(() -> System.out.println("Draw bitmap"));
        addTask(() -> System.out.println("Open https://www.google.com"));

        startTaskThread();

        while (true) {
            Thread.sleep(1000);

            if (!sTaskQueue.isEmpty()) {
                Runnable task = sTaskQueue.poll();
                task.run();
            }
        }

        // System.out.println("<<<onDestroy");
    }

    private static void startTaskThread() {
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                while (true) {
                    try {
                        long millis = (long) (2000 + Math.random() * 3000);
                        Thread.sleep(millis);

                        addTask(new Runnable() {
                            @Override
                            public void run() {
                                System.out.println("Random task: " + millis);
                            }
                        });
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }).start();
    }

    private static void display(String s) {
        System.out.println(s);
    }

    private static String readInput() {
        BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        try {
            String s = br.readLine();
            br.close();
            return s;
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            return e.getMessage();
        }
    }
}

添加了一個(gè)startTaskThread方法，用來運(yùn)行時(shí)創(chuàng)建任務(wù)。在Android里startTaskThread有點(diǎn)類似與點(diǎn)擊Button的事件?？梢允怯脩艋瑒恿私缑孢€是，或者是任意時(shí)刻點(diǎn)擊Button等等任意操作。startTaskThread效果就是現(xiàn)在的代碼結(jié)構(gòu)能簡單的實(shí)現(xiàn)界面不退出，然后不停的執(zhí)行新來的任務(wù)。好像基本實(shí)現(xiàn)了我們想要的效果。
按照這個(gè)模型，我們其實(shí)可以構(gòu)建出任意復(fù)雜的App。只要我們把這些復(fù)雜的操作都包裝成Runnable添加到sTaskQueue即可。

上面的代碼其實(shí)就是Android的Handler Message MessageQueue Looper的模型。上面代碼加以改造，變成Android的Api就是這里的實(shí)現(xiàn)http://www.itdecent.cn/p/5b8d2f8d4f8d

大家對Handler的理解通常都是說跟主線程通信，在主線程更新UI。事實(shí)上跟主線程通信只是很小的一個(gè)方面，Handler Message MessageQueue Looper更重要是實(shí)現(xiàn)了Android的消息循環(huán)。如果你看了上面的Handler的二次實(shí)現(xiàn)，而且自己也能獨(dú)立再寫一個(gè)，那肯定會對Android的消息機(jī)制有個(gè)非常深刻的理解。

什么是消息機(jī)制

到了這里我們再看什么消息機(jī)制（也可以叫消息循環(huán)）應(yīng)該就很容易理解了。消息循環(huán)其實(shí)就是把一個(gè)線程需要執(zhí)行的任務(wù)分割成若干的消息，然后線程一個(gè)個(gè)把這些任務(wù)包裝成的消息去循環(huán)往復(fù)的執(zhí)行，消息可以在任意時(shí)刻被添加。

為什么需要消息機(jī)制

如果你的軟件不是類似科學(xué)計(jì)算這樣的，不需要隨時(shí)響應(yīng)外部事件的軟件的劃是不需要消息機(jī)制的，但如果你的軟件是需要隨時(shí)響應(yīng)外界操作（比如觸摸操作，定時(shí)任務(wù)），那么你就一定需要用到中斷（響應(yīng)觸摸操作就是消息機(jī)制實(shí)現(xiàn)的軟中斷，定時(shí)任務(wù)的定時(shí)由時(shí)鐘硬件中斷觸發(fā)，然后被包裝成消息交給消息機(jī)制處理），來響應(yīng)外界操作。這個(gè)中斷在軟件中表現(xiàn)其實(shí)就是消息機(jī)制。聽著似乎很繞。舉個(gè)例子就非常清楚來。就比如Android中的觸摸操作。
當(dāng)用戶手指觸摸到一個(gè)Button區(qū)域的屏幕的時(shí)候，觸摸屏硬件會通過驅(qū)動把事件傳遞給操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)把事件傳遞給當(dāng)前正在運(yùn)行的App，然后App的消息隊(duì)列會被插入一個(gè)包含觸摸信息的消息，然后消息被實(shí)際執(zhí)行，這時(shí)候你用來響應(yīng)觸摸事件的代碼執(zhí)行時(shí)間應(yīng)該盡量少，最好小于16ms（1000ms/60hz=16.666ms）。那假如我響應(yīng)觸摸事件的行為是一個(gè)View從左到右移動1600個(gè)像素，持續(xù)1600ms的動畫怎么辦？1600ms明顯是遠(yuǎn)大于16ms的。這時(shí)候動畫應(yīng)該被分割成100個(gè)小消息，每個(gè)消息把View移動16個(gè)像素，這背后會有很多需要處理的細(xì)節(jié)，不過Android自帶的動畫框架可以輔助你非常簡單的實(shí)現(xiàn)這個(gè)過程。這樣就能實(shí)時(shí)響應(yīng)用戶的操作了。怎么響應(yīng)呢？比如現(xiàn)在是觸摸后的第160ms，這時(shí)候我又點(diǎn)擊了一次Button，那這時(shí)候我希望的操作是取消動畫。實(shí)際會怎么被執(zhí)行呢？
第160ms時(shí)候消息循環(huán)正在執(zhí)行之前的移動動畫，這時(shí)候已經(jīng)移動了160個(gè)像素，這時(shí)候觸摸屏把觸摸事件傳遞給了操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)把事件分發(fā)給App，App的消息隊(duì)列被插入一個(gè)新消息，然后消息被執(zhí)行，執(zhí)行的實(shí)際操作就是animator.cancel()動畫被取消。從用戶角度看屏幕實(shí)時(shí)響應(yīng)了用戶的操作請求。

我們再來思考下假如沒有消息機(jī)制，這個(gè)把View移動1600像素，持續(xù)1600ms的動畫會有什么問題？如果沒有把這個(gè)持續(xù)1600ms的操作分割成很多小消息，會導(dǎo)致這1600ms內(nèi)無法響應(yīng)用戶操作。因?yàn)檫M(jìn)程需要1600ms把整個(gè)代碼處理完成才能繼續(xù)處理新代碼。

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