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()

12345678910111213141516171819202122232425262728// 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()

123456789private void init2(Thread parent) {this.contextClassLoader = parent.getContextClassLoader();           //设置ClassLoader成员变量this.inheritedAccessControlContext = AccessController.getContext(); //设置访问权限控制环境if (parent.inheritableThreadLocals != null) {this.inheritableThreadLocals = ThreadLocal.createInheritedMap(  //创建Thread实例的ThreadLoacaleMap。需要用到父线程的ThreadLocaleMap，目的是为了将父线程中的变量副本拷贝一份到当前线程中。//ThreadLocaleMap是一个Entry型的数组，Thread实例会将变量副本保存在这里面。parent.inheritableThreadLocals);}}

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。1234Thread 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。1234567891011121314151617181920212223242526//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) {}}}

好把，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？12345678//没错，就是这么简单！仅仅调用了Runnable类型的成员变量target的run()方法。至此，我们需要执行的代码就执行起来了。//至于这个@Overrid的存在，完全是因为Thread本身也是一个Runnable！就是说，我们的Thread也可以作为一个Runnable来使用。@Overridepublic void run() {if (target != null) {target.run();}}

黑实验

1234567891011121314public void test_1() {Thread thread1 = new Thread(() -> {System.out.println(Thread.currentThread().getName());}, "Thread_1");Thread thread2 = new Thread(thread1, "Thread_2");thread2.start();}---输出：Thread_2

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。123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748//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  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。

o    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

o    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：12345678910111213new Thread(()->{...Looper.prepare();Handler handler = new Handler(){@Overridepublic void handleMessage(Message msg) {super.handleMessage(msg);}};Looper.loop();}).start()

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？1234567891011121314151617public static void prepare() {prepare(true);  //最终其实执行的是私有方法prepare(boolean quitAllowed)中的逻辑}private static void prepare(boolean quitAllowed) {if (sThreadLocal.get() != null) {   //先尝试获取是否已经存在一个Looper在当前线程中，如果有就抛个异常。//这就是为什么我们不能在一个Thread中调用两次Looper.prepare()的原因。throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");}sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));  //首次调用的话，就创建一个新的Looper。}//Looper的私有构造函数private Looper(boolean quitAllowed) {mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);   //创建新的MessageQueue，稍后在来扒它。mThread = Thread.currentThread();         //把当前的线程赋值给mThread。}

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。1234567891011121314151617181920public T get() {Thread t = Thread.currentThread();   //重点啊！获取到了当前运行的线程。ThreadLocalMap map = getMap(t);      //取出当前线程的ThreadLocalMap。这个东西是个重点，前面已经提到过。忘了的同学在前面再看看。if (map != null) {ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);//可以看出，每条线程的ThreadLocalMap中都有一个键值对。绑定关系就是通过这个键值对建立的。if (e != null)return (T)e.value;}return setInitialValue();}public void set(T value) {Thread t = Thread.currentThread();  //同样先获取到当前的线程ThreadLocalMap map = getMap(t);     //获取线程的ThreadLocalMapif (map != null)map.set(this, value);           //储存键值对elsecreateMap(t, value);}

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。123456789101112131415161718192021222324public 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("Can't 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。1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950515253545556public 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() wasn't 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 loggerfinal 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("<<<<

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。123Looper 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。123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354555657585960616263646566676869707172737475767778798081828384858687888990919293949596979899100101102103104105Message next() {//检查loop是否已经为退出状态。mPrt是Native层的MessageQueue的地址。通过这个地址可以和Native层的MessageQueue互动。final long ptr = mPtr;if (ptr == 0) {return null;}int pendingIdleHandlerCount = -1;int nextPollTimeoutMillis = 0;      //时间标记，当且仅当第一次获取消息时才为0。因为它在死循环外面啊！for (;;) {if (nextPollTimeoutMillis != 0) {Binder.flushPendingCommands();//如果不是第一次获取消息，调用Native的函数，让虚拟机刷新所有的饿Binder命令，确保进程在执行可能阻塞的任务之前，释放之前的对象。}//这是一个Native的方法。nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);synchronized (this) {       //锁住MessageQueue//获取当前的系统时间，用于后面和msg.when进行比较。final long now = SystemClock.uptimeMillis();Message prevMsg = null;Message msg = mMessages;        //获得当前MessageQueue中的第一条消息if (msg != null && msg.target == null) {do {prevMsg = msg;msg = msg.next;} while (msg != null && !msg.isAsynchronous());}if (msg != null) {if (now

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：1234567private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {msg.target = this;      //在这里给Message的target赋值。if (mAsynchronous) {msg.setAsynchronous(true);      //如果是异步，就标记为异步}return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);     //就是这个方法把Message添加到线程的MessageQueue中的。}

接下来就看看MessageQueue的enqueueMessage()作了什么。123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {if (msg.target == null) {   //没Handler调用是会抛异常的啊throw new IllegalArgumentException("Message must have a target.");}if (msg.isInUse()) {        //不能使用一条正在使用中的Message。throw new IllegalStateException(msg + " This message is already in use.");}synchronized (this) {       //锁住MessageQueue再往里添加消息。if (mQuitting) {        //如果MessageQueue被标记为退出，就返回。IllegalStateException e = new IllegalStateException(msg.target + " sending message to a Handler on a dead thread");Log.w(TAG, e.getMessage(), e);msg.recycle();return false;}msg.markInUse();        //切换Message的使用状态为未使用。msg.when = when;        //我们设置的延迟发送的时间。//经过下面的逻辑，Message将会被“储存”在MessageQueue中。实际上，Message在MessageQueue中的储存方式，//是使用Message.next逐个向后指向的单链表结构来储存的。比如：A.next = B, B.next = C...Message p = mMessages;  //尝试获取当前Messageboolean needWake;if (p == null || when == 0 || when

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。1234567891011121314151617181920212223242526//这个main()方法可以认为是Android应用的起点public static void main(String[] args) {。。。Looper.prepareMainLooper();                             //主要作用和我们平时调用的Looper.prepare()差不多ActivityThread thread = new ActivityThread();           //创建本类实例thread.attach(false);if (sMainThreadHandler == null) {sMainThreadHandler = thread.getHandler();           //重点啊！这里取得了处理主线程事物的Handler。}if (false) {Looper.myLooper().setMessageLogging(newLogPrinter(Log.DEBUG, "ActivityThread"));}// End of event ActivityThreadMain.Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);Looper.loop();                                          //开始循环。可以看到，主线程本质上是阻塞的！。。。}

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

1.    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。

2.     Thread初始化时会被添加到指定/父线程的ThreadGroup中进行管理。

3.     Thread正真启动是一个native函数完成的。

4.     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。

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