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Android環(huán)境下主UI線程與子線程通信機(jī)制研究論文
1問(wèn)題的引出
如果需要用手機(jī)從網(wǎng)絡(luò)上下載一個(gè)圖片到自己的手機(jī)上，在onCreate方法中可以如下圖1所示的代碼。通過(guò)代碼會(huì)獲取并顯示所需要的位圖。但其中隱藏著一個(gè)非常危險(xiǎn)的問(wèn)題——代碼本身就是運(yùn)行在主線程上。Android系統(tǒng)只能運(yùn)行一個(gè)主線程，而且只有主線程能夠與屏幕之間進(jìn)行任意權(quán)限級(jí)別的交互。這意味著，當(dāng)代碼等待網(wǎng)絡(luò)回傳圖片數(shù)據(jù)的時(shí)候，任何內(nèi)容都無(wú)法顯示到屏幕上。這段獲取圖片的代碼會(huì)限制在手機(jī)上任意地方執(zhí)行任意操作。所以如果主線程被綁架，那么它在被釋放之前，系統(tǒng)就不會(huì)響應(yīng)按單擊事件，不能接電話，屏幕上不能顯示任何內(nèi)容。這對(duì)于手機(jī)用戶來(lái)說(shuō)是災(zāi)難性的。
2什么是子線程
為了有效解決手機(jī)被綁架的問(wèn)題，提高用戶體驗(yàn)，提出了子線程。在Android的布局界面中，可以實(shí)現(xiàn)按鈕的單擊、TextView內(nèi)容的修改，所有這些與界面控件相關(guān)的操作，實(shí)際上都是由主UI線程在負(fù)責(zé)運(yùn)行。但有時(shí)候，程序會(huì)執(zhí)行一些耗時(shí)的操作，比如復(fù)雜的計(jì)算、訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)，下載數(shù)據(jù)，查詢數(shù)據(jù)庫(kù)、甚至包括讓線程休眠等，這些操作如果放到主UI線程中執(zhí)行，會(huì)造成主UI線程無(wú)法及時(shí)響應(yīng)用戶在界面上的操作，造成界面假死的狀態(tài)。一般的解決方案是將耗時(shí)的操作交給另外一個(gè)子線程來(lái)執(zhí)行，從而保證主UI線程的暢通。有時(shí)候子線程在完成了一部分的耗時(shí)操作以后，希望能夠在主界面上有所體現(xiàn)，此時(shí)子線程是不能夠直接操作界面控件的，它必須通過(guò)消息的方式告知主UI線程進(jìn)行控件更新。
3子線程與主UI線程的通信原理
Android應(yīng)用程序運(yùn)行時(shí)，一個(gè)主線程被創(chuàng)建（也稱(chēng)作UI線程），此線程主要負(fù)責(zé)處理UI相關(guān)的事件，由于Android采用UI單線程模型，所以只能在主線程中對(duì)UI元素進(jìn)行操作，如果在非UI線程直接對(duì)UI進(jìn)行了操作，則會(huì)報(bào)錯(cuò)，另外，對(duì)于運(yùn)算量較大的操作和IO操作，我們需要新開(kāi)線程來(lái)處理這些工作，以免阻塞UI線程，子線程與主線程之間通信原理如下圖2所示。
從上圖2可以看出，要完成子線程與主UI線程之間的通信，需要配合多個(gè)類(lèi)來(lái)完成。其中Thread類(lèi)負(fù)責(zé)線程工作，要?jiǎng)?chuàng)建該類(lèi)需要實(shí)現(xiàn)Runnable接口的run（）方法，run（）方法中一般是耗時(shí)操作的代碼。第二個(gè)類(lèi)是Message類(lèi)，用來(lái)描述消息，在Message對(duì)象中可以存儲(chǔ)一些信息。第三個(gè)類(lèi)是Handler類(lèi)，用來(lái)發(fā)送和接受消息，要?jiǎng)?chuàng)建該類(lèi)需要實(shí)現(xiàn)handleMessage（Messagemsg）方法，該方法會(huì)在Handler對(duì)象接收到消息時(shí)被調(diào)用。那么這三個(gè)類(lèi)之間協(xié)同合作，才能有序地完成子線程與主UI線程之間的通信。
3.1Thread類(lèi)
要?jiǎng)?chuàng)建子線程對(duì)象，就需要使用Thread類(lèi)。要?jiǎng)?chuàng)建該類(lèi)需要實(shí)現(xiàn)Runnable接口的抽象方法run（），在run（）方法中需要添加子線程所要運(yùn)行任務(wù)的代碼。其次，Sleep（longtime）方法是讓線程休眠，其中time為休眠的時(shí)間，單位時(shí)毫秒。最后一定要用start（）方法運(yùn)行線程。之后該子線程就可以開(kāi)始工作了。
子線程在特定情況下需要通過(guò)Handler發(fā)送Message給主UI線程，委托主UI線程進(jìn)行一些與界面相關(guān)的處理，所以，發(fā)送消息的Handler類(lèi)也是其中的一個(gè)很重要的類(lèi)。
3.2Message類(lèi)
Message類(lèi)型的消息中包含了一個(gè)int類(lèi)型的成員對(duì)象what，利用what可以區(qū)分不同的消息類(lèi)型。返回值有兩種情況，如果消息成功放置到消息隊(duì)列則返回true，否則返回false。
3.3Handler類(lèi)
發(fā)送消息：所使用的類(lèi)為Handler類(lèi)，方法為publicbooleansendMessage（Messagemsg），其中，msg是消息對(duì)象。Message類(lèi)型的消息中包含了一個(gè)int類(lèi)型的成員對(duì)象what，利用what可以區(qū)分不同的消息類(lèi)型。子線程將消息發(fā)送給主線程，主線程收到消息之后，會(huì)根據(jù)傳過(guò)來(lái)的消息信號(hào)的不同做不同的動(dòng)作。如果消息號(hào)為STOP，則子線程結(jié)束消息的傳送，如果消息號(hào)為CONTINUE，則繼續(xù)傳送消息。當(dāng)子線程的狀態(tài)發(fā)生變化，則在子線程中發(fā)出Message，通知更新UI。
接收處理消息：使用的是Handler類(lèi)，方法為publicvoidhan
dleMessage（Messagemsg），通過(guò)判斷msg.what可以區(qū)分不同的消息類(lèi)型。根據(jù)不同的消息類(lèi)型，主UI線程會(huì)產(chǎn)生不同的動(dòng)作來(lái)響應(yīng)子線程。
4子線程與主線程之間通信的實(shí)例
該程序的界面如圖3所示，界面中存在一個(gè)水平進(jìn)度條和一個(gè)大環(huán)形進(jìn)度條，以及一個(gè)TextView來(lái)顯示“界面加載中。。。”。運(yùn)行中：水平滾動(dòng)條每1秒前進(jìn)一格，當(dāng)進(jìn)度條的進(jìn)度達(dá)到100%時(shí)，TextView顯示“頁(yè)面加載完畢”。
分析：要完成這樣的任務(wù)，需要讓程序循環(huán)性地休眠1s后，更新水平進(jìn)度條。但是如果讓主程序休眠，會(huì)導(dǎo)致界面假死狀態(tài)，造成用戶使用感受的下降，如何解決？就用到了上面所提到的線程。實(shí)現(xiàn)過(guò)程代碼如下圖4所示。
5需要改善的幾個(gè)問(wèn)題
（1）設(shè)置線程的中斷標(biāo)記，有效地控制線程的進(jìn)度。在Eclipse中創(chuàng)建Android項(xiàng)目，通過(guò)實(shí)現(xiàn)Runnable接口來(lái)創(chuàng)建線程、開(kāi)啟線程、讓線程休眠指定的時(shí)間，除此之外，還可以中斷線程。當(dāng)需要中斷指定線程時(shí)，可以使用Thread類(lèi)提供的interrupt（）方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。使用interrupt（）方法可以向指定的線程發(fā)送一個(gè)中斷請(qǐng)求，此時(shí)可以使用一個(gè)boolean型的標(biāo)記變量來(lái)記錄該線程的中斷狀態(tài)，并通過(guò)該標(biāo)記變量來(lái)控制循環(huán)的執(zhí)行與停止。
（2）子線程開(kāi)啟消息循環(huán)。在Andorid中一個(gè)線程對(duì)應(yīng)一個(gè)Looper對(duì)象，而一個(gè)Looper對(duì)象對(duì)應(yīng)一個(gè)MessageQueue消息隊(duì)列，消息隊(duì)列里面用于存放消息。Looper對(duì)象用來(lái)為一個(gè)線程開(kāi)啟一個(gè)消息循環(huán)，用來(lái)操作消息隊(duì)列。默認(rèn)情況下，系統(tǒng)自動(dòng)為主線程開(kāi)啟消息循環(huán)，新建子線程中則需要手動(dòng)開(kāi)啟，否則會(huì)拋出異常。
6結(jié)語(yǔ)
Android的應(yīng)用程序的多線程編程為我們充分利用系統(tǒng)資源提供了便利，同時(shí)也為設(shè)計(jì)復(fù)雜UI和耗時(shí)操作提供了途徑，提升了手機(jī)用戶的使用體驗(yàn)。在子線程與UI主線程通信過(guò)程中，用到了try{}catch{Exceptione}{}語(yǔ)句，這個(gè)語(yǔ)法是代碼異常處理的，如果沒(méi)有try的話，出現(xiàn)異常會(huì)導(dǎo)致程序崩潰。而try則可以保證程序的正常運(yùn)行下去，并且輸出為什么出錯(cuò)，對(duì)程序的維護(hù)有很大的幫助。
另外在主線程上應(yīng)該避免下列操作：與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的操作；需要對(duì)文件系統(tǒng)進(jìn)行讀寫(xiě)操作的任務(wù)；任何種類(lèi)的繁重事務(wù)處理（如圖片或視頻修改）；在等待某個(gè)事務(wù)完成時(shí)會(huì)阻礙線程執(zhí)行的任務(wù)等等。因此，作為一般規(guī)律，如果不涉及對(duì)用戶界面的設(shè)置或修改，就不要放在主線程上。
參考文獻(xiàn)
[1]余永佳，趙佩華，等.Android應(yīng)用開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.
[2]蓋索林.Android開(kāi)發(fā)入門(mén)指南（第二版）[M].北京：人民郵電出版社，2013.
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