细说Android消息机制

经过这几年的Android开发，慢慢积累了很多相关经验，这里把一些我自认为比较重要的，但网上介绍相对较少或者较浅的知识更加详细的介绍下。大的层面，从这一篇开始会介绍三个方面

Android系统的消息机制
Android的Activity
Android的Fragment

会从更加抽象的层面来介绍。会有一定的阅读门槛，但会较少的分析Android的源码，会重点分析原理，会把大致的脉络介绍清楚。通过这个系列可能会帮你弄明白类似：

为什么我上滑一个列表，列表滚动还没有停止的时候我突然下滑界面能马上开始下滑。
Activity都有生命周期回调方法，这些方法是怎么被回调的？入口在哪儿？
Fragment究竟是什么？
Fragment究竟是怎么被显示出来的？
DialogFragment是什么？为什么DialogFragment能正确恢复？
臭名昭著的FragmentStateLoss是怎么来的？

等等类似上面这些问题。会比较深入的从根本上把他们介绍清楚。

从显示HelloWorld说起

介绍消息机制之前，我们先看下面这个简单的代码。

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");
    }
}

我们把上面的代码来对应到Android里。假设在Android里点击一个App后会执行上面main方法。那么就是执行：

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

然后执行：

displayHelloWorld(); // 显示Android的TextView，内容：HelloWorld。

最后执行：

System.out.println("<<< onDestroy"); // 类似Activity的onDestroy 执行这一行后界面将不再显示

好了，代码非常简单，思考下这样对应后，我们能看到HelloWorld界面吗？

displayHelloWorld();

被执行完，我们能看到HelloWorld界面，没问题，但关键是紧接着又继续执行了：

System.out.println("<<<onDestory"); // 执行这一行后界面将不再显示

然后程序就退出了。在Android里就相当于HelloWorld界面一闪而过，这肯定不是我们想要的结果。从C入门的朋友还记得写完HelloWorld后，命令提示符界面突然一闪而过吗？你还记得是怎么处理的吗？
怎么办？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");
    }
}

改造成上面的代码后，似乎是可以了，最后的onDestroy不会被执行，因为在sleep那里就停下来了。这代码看着虽然很不舒服，但显示HelloWrold似乎是没什么问题了。
但光显示HelloWorld太单调了。假如需求变成了用户从键盘输什么就显示什么怎么办？


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，把显示内容变成参数。然后增加一个读取输入的方法。试下会发现只能输入一次不能不停的输入。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;
    }
}

我们用一个死循环（有没有感觉到消息循环要来了？还记得什么是软中断吗？），不停的读取，这样连sleep都不需要了。
到这里我们实现了一个Android界面能实时显示键盘输入的文字。
那假如我们需求又变化了，我们不光要显示问题还做其他操作，比如运算啊，显示图片啊等等。这好办我们把diaplay包装成一个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();
        }
    }
}

这样修改sRunnable的run方法你想干嘛干嘛。但问题又来了，我们不是只执行一种操作，我们希望能执行操作，我们希望被执行的Runnable是个List，我们能随意向List添加Runnable。继续改造：

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();
        }
    }
}

这下好了，能执行多种操作了，不光能显示TextView还能绘制bitmap，打开WebView。但运行后发现还有问题，任务一直被重复执行，任务执行后我们应该把任务从TaskQueue从移除。

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的数据结构，很方便避免了任务重复执行。这里还有个问题，我们肯定是希望任务能随时被添加，而不应该是像上面一样被固定死了显示字符，绘制bitmap，打开WebView。继续改造：

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();
        }
    }
}

添加了一个startTaskThread方法，用来运行时创建任务。在Android里startTaskThread有点类似与点击Button的事件。可以是用户滑动了界面还是，或者是任意时刻点击Button等等任意操作。startTaskThread效果就是现在的代码结构能简单的实现界面不退出，然后不停的执行新来的任务。好像基本实现了我们想要的效果。
按照这个模型，我们其实可以构建出任意复杂的App。只要我们把这些复杂的操作都包装成Runnable添加到sTaskQueue即可。

上面的代码其实就是Android的Handler Message MessageQueue Looper的模型。上面代码加以改造，变成Android的Api就是这里的实现https://www.jianshu.com/p/5b8d2f8d4f8d

大家对Handler的理解通常都是说跟主线程通信，在主线程更新UI。事实上跟主线程通信只是很小的一个方面，Handler Message MessageQueue Looper更重要是实现了Android的消息循环。如果你看了上面的Handler的二次实现，而且自己也能独立再写一个，那肯定会对Android的消息机制有个非常深刻的理解。

什么是消息机制

到了这里我们再看什么消息机制（也可以叫消息循环）应该就很容易理解了。消息循环其实就是把一个线程需要执行的任务分割成若干的消息，然后线程一个个把这些任务包装成的消息去循环往复的执行，消息可以在任意时刻被添加。

为什么需要消息机制

如果你的软件不是类似科学计算这样的，不需要随时响应外部事件的软件的划是不需要消息机制的，但如果你的软件是需要随时响应外界操作（比如触摸操作，定时任务），那么你就一定需要用到中断（响应触摸操作就是消息机制实现的软中断，定时任务的定时由时钟硬件中断触发，然后被包装成消息交给消息机制处理），来响应外界操作。这个中断在软件中表现其实就是消息机制。听着似乎很绕。举个例子就非常清楚来。就比如Android中的触摸操作。
当用户手指触摸到一个Button区域的屏幕的时候，触摸屏硬件会通过驱动把事件传递给操作系统，操作系统把事件传递给当前正在运行的App，然后App的消息队列会被插入一个包含触摸信息的消息，然后消息被实际执行，这时候你用来响应触摸事件的代码执行时间应该尽量少，最好小于16ms（1000ms/60hz=16.666ms）。那假如我响应触摸事件的行为是一个View从左到右移动1600个像素，持续1600ms的动画怎么办？1600ms明显是远大于16ms的。这时候动画应该被分割成100个小消息，每个消息把View移动16个像素，这背后会有很多需要处理的细节，不过Android自带的动画框架可以辅助你非常简单的实现这个过程。这样就能实时响应用户的操作了。怎么响应呢？比如现在是触摸后的第160ms，这时候我又点击了一次Button，那这时候我希望的操作是取消动画。实际会怎么被执行呢？
第160ms时候消息循环正在执行之前的移动动画，这时候已经移动了160个像素，这时候触摸屏把触摸事件传递给了操作系统，操作系统把事件分发给App，App的消息队列被插入一个新消息，然后消息被执行，执行的实际操作就是animator.cancel()动画被取消。从用户角度看屏幕实时响应了用户的操作请求。

我们再来思考下假如没有消息机制，这个把View移动1600像素，持续1600ms的动画会有什么问题？如果没有把这个持续1600ms的操作分割成很多小消息，会导致这1600ms内无法响应用户操作。因为进程需要1600ms把整个代码处理完成才能继续处理新代码。

最后编辑于：2018.02.24 17:15:13

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