惊天秘密！从Thread开始，揭露Android线程通讯的诡计和主线程的阴谋

背景介绍

我们在Android开发过程中，几乎都离不开线程。但是你对线程的了解有多少呢?它完美运行的背后，究竟隐藏了多少不为人知的秘密呢?线程间互通暗语，传递信息究竟是如何做到的呢?Looper、Handler、MessageQueue究竟在这背后进行了怎样的运作。本期，让我们一起从Thread开始，逐步探寻这个完美的线程链背后的秘密。

注意，大部分分析在代码中，所以请仔细关注代码哦!

从Tread的创建流程开始

在这一个环节，我们将一起一步步的分析Thread的创建流程。

话不多说，直接代码里看。

线程创建的起始点init()

// 创建Thread的公有构造函数，都调用的都是这个私有的init()方法。我们看看到底干什么了。       *       * @param 线程组       * @param 就是我们平时接触最多的Runnable同学       * @param 指定线程的名称       * @param 指定线程堆栈的大小       */  private void init(ThreadGroup g, Runnable target, String name, long stackSize) {          Thread parent = currentThread();            //先获取当前运行中的线程。这一个Native函数，暂时不用理会它怎么做到的。黑盒思想，哈哈！          if (g == null) {              g = parent.getThreadGroup();            //如果没有指定ThreadGroup，将获取父线程的TreadGroup          }          g.addUnstarted();                           //将ThreadGroup中的就绪线程计数器增加一。注意，此时线程还并没有被真正加入到ThreadGroup中。          this.group = g;                             //将Thread实例的group赋值。从这里开始线程就拥有ThreadGroup了。          this.target = target;                       //给Thread实例设置Runnable。以后start()的时候执行的就是它了。          this.priority = parent.getPriority();       //设置线程的优先权重为父线程的权重          this.daemon = parent.isDaemon();            //根据父线程是否是守护线程来确定Thread实例是否是守护线程。          setName(name);                              //设置线程的名称            init2(parent);                              //纳尼？又一个初始化，参数还是父线程。不急，稍后在看。          /* Stash the specified stack size in case the VM cares */          this.stackSize = stackSize;                 //设置线程的堆栈大小          tid = nextThreadID();                       //线程的id。这是个静态变量，调用这个方法会自增，然后作为线程的id。      }  

第二个init2()

至此，我们的Thread就初始化完成了，Thread的几个重要成员变量都赋值了。

启动线程，开车啦!

通常，我们这样了启动一条线程。

Thread threadDemo = new Thread(() -  {      });  threadDemo.start();  

那么start()背后究竟隐藏着什么样不可告人的秘密呢?是人性的扭曲?还是道德的沦丧?让我们一起点进start()。探寻start()背后的秘密。

//如我们所见，这个方法是加了锁的。原因是避免开发者在其它线程调用同一个Thread实例的这个方法，从而尽量避免抛出异常。  //这个方法之所以能够执行我们传入的Runnable里的run()方法，是应为JVM调用了Thread实例的run()方法。  public synchronized void start() {          //检查线程状态是否为0，为0表示是一个新状态，即还没被start()过。不为0就抛出异常。          //就是说，我们一个Thread实例，我们只能调用一次start()方法。          if (threadStatus != 0)              throw new IllegalThreadStateException();          //从这里开始才真正的线程加入到ThreadGroup组里。再重复一次，前面只是把nUnstartedThreads这个计数器进行了增量，并没有添加线程。          //同时，当线程启动了之后，nUnstartedThreads计数器会-1。因为就绪状态的线程少了一条啊！          group.add(this);          started = false;          try {              nativeCreate(this, stackSize, daemon);  //又是个Native方法。这里交由JVM处理，会调用Thread实例的run()方法。              started = true;          } finally {              try {                  if (!started) {                      group.threadStartFailed(this);  //如果没有被启动成功，Thread将会被移除ThreadGroup，同时，nUnstartedThreads计数器又增量1了。                  }              } catch (Throwable ignore) {                               }          }      }  

好吧，最精华的函数是native的，先当黑盒处理吧。只要知道它能够调用到Thread实例的run()方法就行了。那我们再看看run()方法到底干了什么神奇的事呢?

黑实验

上面的实验表明了，我们完全可以用Thread来作为Runnable。

几个常见的线程手段(操作)

Thread.sleep()那不可告人的秘密

我们平时使用Thread.sleep()的频率也比较高，所以我们在一起研究研究Thread.sleep()被调用的时候发生了什么。

在开始之前，先介绍一个概念——纳秒。1纳秒=十亿分之一秒。可见用它计时将会非常的精准。但是由于设备限制，这个值有时候并不是那么准确，但还是比毫秒的控制粒度小很多。

//平时我们调用的Thread.sleep(long)最后调用到这个方法来，后一个陌生一点的参数就是纳秒。  //你可以在纳秒级控制线程。  public static void sleep(long millis, int nanos)      throws InterruptedException {          //下面三个检测毫秒和纳秒的设置是否合法。          if (millis   0) {              throw new IllegalArgumentException("millis   0: " + millis);          }          if (nanos   0) {              throw new IllegalArgumentException("nanos   0: " + nanos);          }          if (nanos   999999) {              throw new IllegalArgumentException("nanos   999999: " + nanos);          }                if (millis == 0   nanos == 0) {              if (Thread.interrupted()) {   //当睡眠时间为0时，检测线程是否中断，并清除线程的中断状态标记。这是个Native的方法。                throw new InterruptedException();  //如果线程被设置了中断状态为true了(调用Thread.interrupt())。那么他将抛出异常。如果在catch住这个异常之后return线程，那么线程就停止了。                  //需要注意，在调用了Thread.sleep()之后，再调用isInterrupted()得到的结果永远是False。别忘了Thread.interrupted()在检测的同时还会清除标记位置哦！              }              return;          }          long start = System.nanoTime();  //类似System.currentTimeMillis()。但是获取的是纳秒，可能不准。          long duration = (millis * NANOS_PER_MILLI) + nanos;            Object lock = currentThread().lock;  //获得当前线程的锁。          synchronized (lock) {   //对当前线程的锁对象进行同步操作              while (true) {                  sleep(lock, millis, nanos);  //这里又是一个Native的方法，并且也会抛出InterruptedException异常。                  //据我估计，调用这个函数睡眠的时长是不确定的。                  long now = System.nanoTime();                  long elapsed = now - start;  //计算线程睡了多久了                  if (elapsed  = duration) {   //如果当前睡眠时长，已经满足我们的需求，就退出循环，睡眠结束。                      break;                  }                  duration -= elapsed;   //减去已经睡眠的时间，重新计算需要睡眠的时长。                  start = now;                  millis = duration / NANOS_PER_MILLI;  //重新计算毫秒部分                  nanos = (int) (duration % NANOS_PER_MILLI); //重新计算微秒部分              }          }      }  

通过上面的分析可以知道，使线程休眠的核心方法就是一个Native函数sleep(lock, millis, nanos)，并且它休眠的时常是不确定的。因此，Thread.sleep()方法使用了一个循环，每次检查休眠时长是否满足需求。

同时，需要注意一点，如果线程的interruted状态在调用sleep()方法时被设置为true，那么在开始休眠循环前会抛出InterruptedException异常。

Thread.yield()究竟隐藏了什么?

这个方法是Native的。调用这个方法可以提示cpu，当前线程将放弃目前cpu的使用权，和其它线程重新一起争夺新的cpu使用权限。当前线程可能再次获得执行，也可能没获得。就酱。

无处不在的wait()究竟是什么?

大家一定经常见到，不论是哪一个对象的实例，都会在最下面出现几个名为wait()的方法。等待?它们究竟是怎样的一种存在，让我们一起点击去看看。

哎哟我去，都是Native函数啊。

那就看看文档它到底是什么吧。

根据文档的描述，wait()配合notify()和notifyAll()能够实现线程间通讯，即同步。在线程中调用wait()必须在同步代码块中调用，否则会抛出IllegalMonitorStateException异常。因为wait()函数需要释放相应对象的锁。当线程执行到wait()时，对象会把当前线程放入自己的线程池中，并且释放锁，然后阻塞在这个地方。直到该对象调用了notify()或者notifyAll()后，该线程才能重新获得，或者有可能获得对象的锁，然后继续执行后面的语句。

呃。。。好吧，在说明一下notify()和notifyAll()的区别。

notify()

调用notify()后，对象会从自己的线程池中(也就是对该对象调用了wait()函数的线程)随机挑选一条线程去唤醒它。也就是一次只能唤醒一条线程。如果在多线程情况下，只调用一次notify()，那么只有一条线程能被唤醒，其它线程会一直在

notifyAll()

调用notifyAll()后，对象会唤醒自己的线程池中的所有线程，然后这些线程就会一起抢夺对象的锁。

扒一扒Looper、Handler、MessageQueue之间的爱恨情仇

我们可能过去都写过形如这样的代码：

很多同学知道，在线程中使用Handler时(除了Android主线程)必须把它放在Looper.prepare()和Looper.loop()之间。否则会抛出RuntimeException异常。但是为什么要这么做呢?下面我们一起来扒一扒这其中的内幕。

从Looper.prepare()开始

当Looper.prepare()被调用时，发生了什么?

经过上面的分析，我们已经知道Looper.prepare()调用之后发生了什么。

但是问题来了!sThreadLocal是个静态的ThreadLocal 实例(在Android中ThreadLocal的范型固定为Looper)。就是说，当前进程中的所有线程都共享这一个ThreadLocal。那么，Looper.prepare()既然是个静态方法，Looper是如何确定现在应该和哪一个线程建立绑定关系的呢?我们接着往里扒。

来看看ThreadLocal的get()、set()方法。

创建Handler

Handler可以用来实现线程间的通行。在Android中我们在子线程作完数据处理工作时，就常常需要通过Handler来通知主线程更新UI。平时我们都使用new Handler()来在一个线程中创建Handler实例，但是它是如何知道自己应该处理那个线程的任务呢。下面就一起扒一扒Handler。

public Handler() {          this(null, false);         public Handler(Callback callback, boolean async) {      //可以看到，最终调用了这个方法。          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();                    //重点啊！在这里Handler和当前Thread的Looper绑定了。Looper.myLooper()就是从ThreadLocale中取出当前线程的Looper。          if (mLooper == null) {              //如果子线程中new Handler()之前没有调用Looper.prepare()，那么当前线程的Looper就还没创建。就会抛出这个异常。              throw new RuntimeException(                  "Cant create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");          }          mQueue = mLooper.mQueue;  //赋值Looper的MessageQueue给Handler。          mCallback = callback;          mAsynchronous = async;      }  

Looper.loop()

我们都知道，在Handler创建之后，还需要调用一下Looper.loop()，不然发送消息到Handler没有用!接下来，扒一扒Looper究竟有什么样的魔力，能够把消息准确的送到Handler中处理。

public static void loop() {          final Looper me = myLooper();   //这个方法前面已经提到过了，就是获取到当前线程中的Looper对象。          if (me == null) {               //没有Looper.prepare()是要报错的！              throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasnt called on this thread.");          }          final MessageQueue queue = me.mQueue;       //获取到Looper的MessageQueue成员变量，这是在Looper创建的时候new的。          //这是个Native方法，作用就是检测一下当前线程是否属于当前进程。并且会持续跟踪其真实的身份。          //在IPC机制中，这个方法用来清除IPCThreadState的pid和uid信息。并且返回一个身份，便于使用restoreCallingIdentity()来恢复。          Binder.clearCallingIdentity();          final long ident = Binder.clearCallingIdentity();          for (;;) {  //重点(敲黑板)！这里是个死循环，一直等待抽取消息、发送消息。              Message msg = queue.next(); //  从MessageQueue中抽取一条消息。至于怎么取的，我们稍后再看。              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;   //取得MessageQueue的跟踪标记              if (traceTag != 0) {                  Trace.traceBegin(traceTag, msg.target.getTraceName(msg));  //开始跟踪本线程的MessageQueue中的当前消息，是Native的方法。              }              try {                  msg.target.dispatchMessage(msg);   //尝试分派消息到和Message绑定的Handler中              } finally {                  if (traceTag != 0) {                      Trace.traceEnd(traceTag);      //这个和Trace.traceBegin()配套使用。                  }              }              if (logging != null) {                  logging.println("  Finished to " + msg.target + " " + msg.callback);              }                            final long newIdent = Binder.clearCallingIdentity();   //what？又调用这个Native方法了。这里主要是为了再次验证，线程所在的进程是否发生改变。              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();   //回收释放消息。          }      }  

从上面的分析可以知道，当调用了Looper.loop()之后，线程就就会被一个for(;;)死循环阻塞，每次等待MessageQueue的next()方法取出一条Message才开始往下继续执行。然后通过Message获取到相应的Handler (就是target成员变量)，Handler再通过dispatchMessage()方法，把Message派发到handleMessage()中处理。

这里需要注意，当线程loop起来是时，线程就一直在循环中。就是说Looper.loop()后面的代码就不能被执行了。想要执行，需要先退出loop。

Looper myLooper = Looper.myLoop();  myLooper.quit();        //普通退出方式。  myLooper.quitSafely();  //安全的退出方式。 

现在又产生一个疑问，MessageQueue的next()方法是如何阻塞住线程的呢?接下来，扒一扒这个幕后黑手MessageQueue。

幕后黑手MessageQueue

MessageQueue是一个用单链的数据结构来维护消息列表。

可以看到。MessageQueue在取消息(调用next())时，会进入一个死循环，直到取出一条Message返回。这就是为什么Looper.loop()会在queue.next()处等待的原因。

那么，一条Message是如何添加到MessageQueue中呢?要弄明白最后的真相，我们需要调查一下mHandler.post()这个方法。

Handler究竟对Message做了什么?

Handler的post()系列方法，最终调用的都是下面这个方法：

接下来就看看MessageQueue的enqueueMessage()作了什么。

至此，我们已经揭露了Looper、Handler、MessageQueue隐藏的秘密。

另一个疑问?

也许你已经注意到在主线程中可以直接使用Handler，而不需要Looper.prepare()和Looper.loop()。为什么可以做到这样呢?根据之前的分析可以知道，主线程中必然存在Looper.prepare()和Looper.loop()。既然如此，为什么主线程没有被loop()阻塞呢?看一下ActivityThread来弄清楚到底是怎么回事。

注意ActivityThread并没有继承Thread，它的Handler是继承Handler的私有内部类H.class。在H.class的handleMessage()中，它接受并执行主线程中的各种生命周期状态消息。UI的16ms的绘制也是通过Handler来实现的。也就是说，主线程中的所有操作都是在Looper.prepareMainLooper()和Looper.loop()之间进行的。进一步说是在主Handler中进行的。

总结

Android中Thread在创建时进行初始化，会使用当前线程作为父线程，并继承它的一些配置。 Thread初始化时会被添加到指定/父线程的ThreadGroup中进行管理。 Thread正真启动是一个native函数完成的。 在Android的线程间通信中，需要先创建Looper，就是调用Looper.prepare()。这个过程中会自动依赖当前Thread，并且创建MessageQueue。经过上一步，就可以创建Handler了，默认情况下，Handler会自动依赖当前线程的Looper，从而依赖相应的MessageQueue，也就知道该把消息放在哪个地方了。MessageQueue通过Message.next实现了一个单链表结构来缓存Message。消息需要送达Handler处理，还必须调用Looper.loop()启动线程的消息泵送循环。loop()内部是无限循环，阻塞在MessageQueue的next()方法上，因为next()方法内部也是一个无限循环，直到成功从链表中抽取一条消息返回为止。然后，在loop()方法中继续进行处理，主要就是把消息派送到目标Handler中。接着进入下一次循环，等待下一条消息。由于这个机制，线程就相当于阻塞在loop()这了。

经过上面的揭露，我们已经对线程及其相互之间通讯的秘密有所了解。掌握了这些以后，相信在以后的开发过程中我们可以思路清晰的进行线程的使用，并且能够吸收Android在设计过程中的精华思想。

本文作者：佚名 来源：51CTO
Android 组件化（二）注解与注解处理器、组件通讯 在上一篇文章中，我们完成了组件的创建、gradle统一管理、组件模式管理和切换，那么这一篇文章，我们需要做的就是组件之间的通讯了。