Android：使用Handler在线程之间通信

概述

假设一个情景，在一个应用程序中，要完成一个比较复杂、耗时较长的计算任务，如果将这个任务直接在主线程中开始，那么用户界面就会停止对用户操作的响应，而去解决这个计算任务，直到任务完成。
显然，这不是我们想要的结果。那么就需要用到多线程来解决这个问题。
但是新的问题又出现了，在C#和Android中，子线程是不能直接修改用户界面的数据的。也就是说，子线程计算出的结果，不能直接在子线程中让它显示在用户界面上。那么就需要把数据首先传递给主线程，让主线程去修改用户界面。
Handler就是为了解决这个问题出现的。

什么是Handler

• 从宏观上来说，Handler是一种消息传递机制
• 从微观上来说，Handler是一个类

在子线程中向主线程发送数据

下面通过一段伪代码来实现子线程向主线程发送数据
假设我们新建了一个项目，这个项目有下面这个Activity：

public class CounterActivity extends AppCompatActivity {
    public Button pressBtn;
    public TextView textView;
    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) 
    {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_counter);
        {
            @Override
            public void onClick(View v) 
            {
            //启动一个线程进行一个复杂计算
            //当计算完成时，我们不能在线程中这样写：
            //textView.setText("result");
            }
        });
    }
}

很简单，这个Activity包含两个空间，一个TextView用来显示计算结果，一个Button用来开启一个线程进行一个复杂计算。
那么当计算完成时，我们不能在线程中直接修改TextView的内容，而是要把结果通过Handler传递给主线程。注意消息的传递方向：子线程→主线程。
现在就出现了一个问题，在哪里定义Handler，或者说Handler属于谁？主线程还是子线程？答案是主线程。要给谁发消息，就要用谁的Handler。
什么叫“谁的”？要在java中使用线程，一般都是继承Thread类并重写其中的run()方法，不管主线程还是子线程，都是以类的实例的方式存在的，也就是说，要用Handler向主线程发送消息，这个Handler必须是主线程的类成员，不能是子线程的；同理，要用Handler向子线程发送消息，那么这个Handler必须在子线程中声明，而不能在主线程中声明。
在主线程中声明了Handler之后，就要重写这个Handler的
void hanleMessage（Message msg）方法。
至于如何构建Message对象，如何对Message对象进行筛选和数据提取，这里就不做说明了，很简单。
进一步完善上面的伪代码如下：

public class MainActivity extends AppCompatActivity {
    //由上面的讲解，显然我们要在这个MainActivity中定义一个Handler
    public Handler mHandler;
    public Button pressBtn;
    public TextView textView;
    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) 
    {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_counter);
        //在这里重写mHandler的handleMessage方法
        mHandler=new Handler()
        {
            @Override
            public void handleMessage(Message msg)
            {
                //对msg进行处理，获得其中的数据也就是计算结果
                //修改用户界面
                textView.setText("result");
            }
        };
        pressBtn.setOnClickListener(new View.OnClickListener() 
        {
            @Override
            public void onClick(View v) 
            {

                new Thread()
                {
                    @Override
                    public void run()
                    {
                    //在这里进行一段复杂计算
                    //可以用Thread.sleep(1000);代替
                        try 
                        {
                            Thread.sleep(1000);
                        } 
                        catch (InterruptedException e) 
                        {
                            e.printStackTrace();
                        }
                        //启动一个线程进行一个复杂计算
                        //当计算完成时，我们不能这样写：
                        //textView.setText("result");
                        //而是要通过主线程的Handler通知主线程
                        Message msg=new Message();
                        //应当对要传递的Message进行定制，
                        //将计算结果附在Message对象中
                        mHandler.sendMessage(msg);
                    }
                }.start();
            }
        });
    }
}

这样，当计算完成时，子线程就会把结果通过Handler发送给主线程，然后退出，由主线程完成修改UI的任务。

在主线程中向子线程发送数据

由上面的例子，我们就可以想到，应该在子线程中声明一个Handler对象，并且实现它的void handleMessage(Message msg)方法。然后在主线程中调用子线程的Handler的void sendMessage(Message msg)方法向子线程发送数据。
这里就应该把Handler作为一个宏观的消息传递机制来看而不仅仅是一个类了。因为它和Looper，MessageQueue，Message是作为一个整体完成消息传递任务的。关于这部分内容，让我们先做一个实例后，在进行解释。
首先我们需要思考，在哪种情况下需要主线程向子线程发送消息。
在通常情况下，我们启动一个线程的时候，都是因为有一个需要马上进行处理的数据而开启一个线程，也就是说这个线程在开启之后马上就要开始处理数据。在线程启动的时候，可以直接将数据传递给线程，显然这里就用不到Handler了。
但是，有这样一种情况，我们想在界面初始化的时候，就有一个子线程随着主线程一起启动，一直等待我们传递数据给它，然后让它进行处理。显然这里就需要向子线程发送消息，就需要Handler来实现了。

public class CounterActivity extends AppCompatActivity {
    public Button pressBtn;
    public TextView textView;
    //在这里定义一个属于主界面的线程类，这个线程类必须包含一个Handler成员
    //而且这个Handler不能是私有的
    //而且重写了handleMessage方法
    //关于类的嵌套可以查看其它资料，这里就不解释了
    public class mThread extends Thread
    {
        public Handler cHandler;
        @Override
        public void run()
        {
            //初始化Looper
            Looper.prepare();
            cHanler=new Handler()
            {
                @Override
                public void handleMessage(msg)
                {
                    //对msg进行处理，获得主线程传来的数据
                    //对数据进行处理
                }
            };
            Looper.loop();
        }
    };

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) 
    {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_counter);
        //实例化一个上面定义的线程类，并启动它
        final mThread mthread=new mThread();
        mthread.start();
        pressBtn.setOnClickListener(new View.OnClickListener()
        {
            @Override
            public void onClick(View v) 
            {
                //当按钮被单击的时候，需要向已经启动的线程mthread
                //传递数据，这里就要使用Handler
                //将数据封装到Message对象中
                Message msg=new Message();
                //调用子线程的Handler，将msg发送给子线程
                mthread.cHandler.sendMessage(msg);
            }
        });
    }
}

这样，主线程就可以向一个已经启动的子线程发送消息了。
但是上面的这段代码也许会让我们有以下疑惑：
1. Looper.prepare()和Looper.loop()是什么作用？
2. 第一个例子在主线程中使用Handler为什么没有出现Looper？
3. 显然如果线程被启动，也就是mthread.start();这行代码执行后，run()函数并没有陷入循环，那么子线程马上就会执行完退出，怎么还可以向子线程发送消息？
其实所有的原因都在Looper这里。

Handler、Looper、MessageQueue、Message

在Handler这个消息传递机制中，Handler、Looper、MessageQueue、Message是作为一个整体同时出现的，也就是说，缺少这四个要素中的任意一个，这个消息传递机制都无法实现。

• MessageQueue：顾名思义，是一个消息队列，由Looper负责管理，它采用先进先出的方式来管理Message；
• Looper：每个线程只有一个Looper，它负责管理MessageQueue，会不断从MessageQueue中取出消息，并将消息分给对应的Handler处理；
• Handler：它能把消息发送给Looper管理的MessageQueue，并负责处理Looper分给它的消息。

简单的说，每个线程（不论主线程还是子线程）如果要使用Handler，必须要有Looper和MessageQueue。当调用某个线程的Handler的void sendMessage(Message msg)方法时，msg就会被存入这个线程的MessageQueue，而Looper会不断地读取MessageQueue，将msg发给这个线程的Handler，这个Handler的void handleMessage(msg)就会处理这个msg。

我们来回答上面提出的三个问题：
1. Looper.prepare()和Looper.loop()是什么作用？
答： Looper.prepare()为当前线程定义一个Looper实例
Looper.loop()方法是一个死循环，不断读取MessageQueue里面的消息
2. 第一个例子在主线程中使用Handler为什么没有出现Looper？
答： 在第一个例子中，主线程中并没有出现Looper，是因为父类已经定义了Looper，所以在这里就没有必要显示声明了。
3. 显然如果线程被启动，也就是mthread.start();这行代码执行后，run()函数并没有陷入循环，那么子线程马上就会执行完退出，怎么还可以向子线程发送消息？
答： 解决了第一个问题，这个问题也就显而易见了，Looper.loop()本身就是一个死循环。

在主线程和子线程直接互相通信

这个程序就是《疯狂安卓讲义》3.5.2这一节的实例——计算所有质数的改写版。
首先启动一个子线程，等待主线程将一个数（作为上限）通过Handler传递给它，然后进行计算，计算完成后再使用Handler将结果发送给主线程，主线程修改用户UI。
写累了，直接上代码：
主活动java代码：

package com.example.marine.calprimary3;

import android.os.Handler;
import android.os.Looper;
import android.os.Message;
import android.support.v7.app.AppCompatActivity;
import android.os.Bundle;
import android.view.View;
import android.widget.Button;
import android.widget.EditText;
import android.widget.TextView;
import android.widget.Toast;

import java.util.ArrayList;

public class MainActivity extends AppCompatActivity {

    public EditText inputText;
    public TextView resultText;
    public Button startBtn;
    public Handler mHandler;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        final CalThread calThread=new CalThread();
        calThread.start();
        inputText=(EditText)findViewById(R.id.input_text);
        startBtn=(Button)findViewById(R.id.start_btn);
        resultText=(TextView)findViewById(R.id.result_text);
        mHandler=new Handler()
        {
            @Override
            public void handleMessage(Message msg)
            {
                if(msg.what==0x124)
                {
                    String result=msg.getData().getIntegerArrayList("result").toString();
                    resultText.setText(result);
                }

            }
        };
        startBtn.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
            @Override
            public void onClick(View v) {
                Message msg=new Message();
                Bundle bundle=new Bundle();
                bundle.putInt("upper",Integer.parseInt(inputText.getText().toString()));
                msg.setData(bundle);
                msg.what=0x123;
                calThread.cHandler.sendMessage(msg);
            }
        });

    }
    class CalThread extends Thread
    {
        public Handler cHandler;
        @Override
        public void run()
        {
            Looper.prepare();
            cHandler=new Handler()
            {
                @Override
                public void handleMessage(Message msg)
                {
                    if(msg.what==0x123) {
                        int upper = msg.getData().getInt("upper");
                        ArrayList<Integer> nums = new ArrayList<Integer>();
                        outer:
                        for (int i = 2; i <= upper; i++) {
                            for (int j = 2; j <= Math.sqrt(i); j++) {
                                if (i != 2 && i % j == 0) {
                                    continue outer;
                                }
                            }
                            nums.add(i);
                        }
                        Message msg_send = new Message();
                        msg_send.what = 0x124;
                        Bundle bundle_send = new Bundle();
                        bundle_send.putIntegerArrayList("result", nums);
                        msg_send.setData(bundle_send);
                        mHandler.sendMessage(msg_send);
                    }
                    Toast.makeText(MainActivity.this, "计算完成", Toast.LENGTH_LONG).show();
                }
            };
            Looper.loop();
        }
    }
}

xml布局文件代码：

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<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.example.marine.calprimary3.MainActivity">

    <EditText
        android:id="@+id/input_text"
        android:layout_width="800px"
        android:layout_height="150px"
        android:text=""
        android:textSize="70px"/>
    <Button
        android:id="@+id/start_btn"
        android:layout_width="800px"
        android:layout_height="150px"
        android:layout_below="@id/input_text"
        android:textSize="70px"
        android:text="Start"/>
    <TextView
        android:id="@+id/result_text"
        android:layout_width="800px"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:text="计算结果"
        android:textSize="50px"
        android:layout_below="@id/start_btn"/>
</RelativeLayout>

界面效果

结语

为了搞明白Handler的原理，在网上找了很多文章，但是写的都不是让我很满意和清楚，所以只能自己探索了。
再次说明，这系列文章的最终目的并不是开发app，只是为了快速了解安卓程序的运行和编写过程，所以如果有理解错误的地方，还请多多指正。