Question

本章涉及的源代码文件名称及位置

下面是本章分析的源码文件名和它的位置。

RefBase.h(framework/base/include/utils/RefBase.h)

RefBase.cpp(framework/base/libs/utils/RefBase.cpp)

Thread.cpp(framework/base/libs/utils/Thread.cpp)

Thread.h(framework/base/include/utils/Thread.h)

Atomic.h(system/core/include/cutils/Atomic.h)

AndroidRuntime.cpp(framework/base/core/jni/AndroidRuntime.cpp)

Looper.java(framework/base/core/Java/Android/os/Looper.java)

Handler.java(framework/base/core/Java/Android/os/ Handler.java)

HandlerThread.java(framework/base/core/Java/Android/os/ HandlerThread.java)

5.1　概述

初次接触Android源码时，见到最多的一定是sp和wp。即使你只是沉迷于Java世界的编码，那么Looper和Handler也是避不开的。本章的目的，就是把经常碰到的这些内容中的“拦路虎”一网打尽，将它们彻底搞懂。至于弄明白它们有什么好处，就仁者见仁，智者见智了。个人觉得Looper和Handler相对会更实用一些。

5.2　以“三板斧”揭秘RefBase、sp和wp

RefBase是Android中所有对象的始祖，类似于MFC中的CObject及Java中的Object对象。在Android中，RefBase结合sp和wp，实现了一套通过引用计数的方法来控制对象生命周期的机制。就如我们想像的那样，这三者的关系非常暧昧。初次接触Android源码的人往往会被那个随处可见的sp和wp搞晕了头。

什么是sp和wp呢？其实，sp并不是我开始所想的smart pointer（C++语言中有这个东西），它真实的意思应该是strong pointer，而wp则是weak pointer的意思。我认为，Android推出这一套机制可能是模仿Java，因为Java世界中有所谓weak reference之类的东西。sp和wp的目的，就是为了帮助健忘的程序员回收new出来的内存。

说明　我还是喜欢赤裸裸地管理内存的分配和释放。不过，目前sp和wp的使用已经深入到Android系统的各个角落，想把它去掉真是不太可能了。

这三者的关系比较复杂，都说程咬金的“三板斧”很厉害，那么我们就借用这三板斧，揭密其间的暧昧关系。

5.2.1　第一板斧—初识影子对象

我们的“三板斧”，其实就是三个例子。相信这三板斧劈下去，你会很容易理解它们。

[-->例子1]

//类A从RefBase派生,RefBase是万物的始祖。

class A：public RefBase

{

 //A没有任何自己的功能。

}

int main()

{

  A* pA = new A;

  {

   //注意我们的sp、wp对象是在{}中创建的，下面的代码先创建sp，然后创建wp。

   sp<A> spA(pA);

   wp<A> wpA(spA);

    //大括号结束前，先析构wp，再析构sp。

   }

}

例子够简单吧？但也需一步一步分析这斧子是怎么劈下去的。

1. RefBase和它的影子

类A从RefBase中派生。使用的是RefBase构造函数。代码如下所示：

[-->RefBase.cpp]

RefBase::RefBase()

    : mRefs(new weakref_impl(this))//注意这句话

{

  //mRefs是RefBase的成员变量，类型是weakref_impl，我们暂且叫它影子对象。

  //所以A有一个影子对象。

}

mRefs是引用计数管理的关键类，需要进一步观察。它是从RefBase的内部类weakref_type中派生出来的。

先看看它的声明：

class RefBase::weakref_impl : public RefBase::weakref_type

//从RefBase的内部类weakref_type派生。

由于Android频繁使用C++内部类的方法，所以初次阅读Android代码时可能会有点不太习惯，C++的内部类和Java的内部类相似，但有一点不同，即它需要一个显式的成员指向外部类对象，而Java的内部类对象有一个隐式的成员指向外部类对象的。

说明　内部类在C++中的学名叫nested class（内嵌类）。

[-->RefBase.cpp::weakref_imple构造]

weakref_impl(RefBase* base)

        : mStrong(INITIAL_STRONG_VALUE) //强引用计数，初始值为0x1000000。

        , mWeak(0) //弱引用计数，初始值为0。

        , mBase(base)//该影子对象所指向的实际对象。

        , mFlags(0)

        , mStrongRefs(NULL)

        , mWeakRefs(NULL)

        , mTrackEnabled(!!DEBUG_REFS_ENABLED_BY_DEFAULT)

        , mRetain(false)

    {

     }

如你所见，new了一个A对象后，其实还new了一个weakref_impl对象，这里称它为影子对象，另外我们称A为实际对象。

这里有一个问题：影子对象有什么用？

可以仔细想一下，是不是发现影子对象成员中有两个引用计数？一个强引用，一个弱引用。如果知道引用计数和对象生死有些许关联的话，就容易想到影子对象的作用了。

说明　按上面的分析来看，在构造一个实际对象的同时，还会悄悄地构造一个影子对象，在嵌入式设备的内存不是很紧俏的今天，这个影子对象的内存占用已经不成问题了。

2.sp上场

程序继续运行，现在到了：

sp<A> spA(pA);

请看sp的构造函数，它的代码如下所示（注意，sp是一个模板类，对此不熟悉的读者可以去翻翻书，或者干脆把所有出现的T都换成A）：

[-->RefBase.h::sp(T* other)]

template<typename T>

sp<T>::sp(T* other) //这里的other就是刚才创建的pA。

    : m_ptr(other)// sp保存了pA的指针。

{

    if (other) other->incStrong(this);//调用pA的incStrong。

}

OK，战场转到RefBase的incStrong中。它的代码如下所示：

[-->RefBase.cpp]

void RefBase::incStrong(const void* id) const

{

 //mRefs就是刚才在RefBase构造函数中new出来的影子对象。

 weakref_impl* const refs = mRefs; 

//操作影子对象，先增加弱引用计数。

 refs->addWeakRef(id);

 refs->incWeak(id);

 ......

先来看看影子对象的这两个weak函数都干了些什么。

（1）眼见而心不烦

下面看看第一个函数addWeakRef，代码如下所示：

[-->RefBase.cpp]

void addWeakRef(const void* /*id*/) { }

呵呵，addWeakRef啥都没做，因为这是release版走的分支。调试版的代码我们就不讨论了，它是给创造RefBase、 sp，以及wp的人调试用的。

说明　调试版分支的代码很多，看来创造它们的人也在为不理解它们之间的暧昧关系痛苦不已。

总之，一共有这么几个不用考虑的函数，下面都已列出来了。以后再碰见它们，干脆就直接跳过去：

void addStrongRef(const void* /*id*/) { }

void removeStrongRef(const void* /*id*/) { }

void addWeakRef(const void* /*id*/) { }

void removeWeakRef(const void* /*id*/) { }

void printRefs() const { }

void trackMe(bool, bool) { }

继续我们的征程。再看incWeak函数，代码如下所示：

[-->RefBase.cpp]

void RefBase::weakref_type::incWeak(const void* id)

{

    weakref_impl* const impl = static_cast<weakref_impl*>(this);

    impl->addWeakRef(id);  //上面说了，非调试版什么都不干。

   const int32_t c = android_atomic_inc(&impl->mWeak);

  //原子操作，影子对象的弱引用计数加1。

  //千万记住影子对象的强弱引用计数的值，这是彻底理解sp和wp的关键。

}

好，我们再回到incStrong，继续看代码：

[-->RefBase.cpp]

   ......

  //刚才增加了弱引用计数。

  //再增加强引用计数。

  refs->addStrongRef(id); //非调试版这里什么都不干。

  //下面函数为原子加1操作，并返回旧值。所以c=0x1000000，而mStrong变为0x1000001。

   const int32_t c = android_atomic_inc(&refs->mStrong);

   if (c != INITIAL_STRONG_VALUE)  {

      //如果c不是初始值，则表明这个对象已经被强引用过一次了。

        return;

    }

  //下面这个是原子加操作，相当于执行refs->mStrong +（-0x1000000），最终mStrong=1。

  android_atomic_add(-INITIAL_STRONG_VALUE, &refs->mStrong);

 /*

   如果是第一次引用，则调用onFirstRef，这个函数很重要，派生类可以重载这个函数，完成一些

   初始化工作。

 */

 const_cast<RefBase*>(this)->onFirstRef();

}

说明　android_atomic_xxx是Android平台提供的原子操作函数，原子操作函数是多线程编程中的常见函数，读者可以学习原子操作函数的相关知识，本章后面也会对其进行介绍。

（2）sp构造的影响

sp构造完后，它给这个世界带来了什么？

那就是在RefBase中影子对象的强引用计数变为1，且弱引用计数也变为1。

更准确的说法是，sp的出生导致影子对象的强引用计数加1，且弱引用计数也加1。

（3）wp构造的影响

继续看wp，例子中的调用方式如下：

wp<A> wpA(spA)

wp有好几个构造函数，原理都一样。来看这个最常见的：

[-->RefBase.h::wp(const sp<T>& other)]

template<typename T>

wp<T>::wp(const sp<T>& other)

    : m_ptr(other.m_ptr) //wp的成员变量m_ptr指向实际对象。

{

    if (m_ptr) {

       //调用pA的createWeak，并且保存返回值到成员变量m_refs中。

        m_refs = m_ptr->createWeak(this);

    }

}

[-->RefBase.cpp]

RefBase::weakref_type* RefBase::createWeak(const void* id) const

{

//调用影子对象的incWeak，这个我们刚才讲过了，它会导致影子对象的弱引用计数增加1。

 mRefs->incWeak(id);

 return mRefs;  //返回影子对象本身。

}

我们可以看到，wp化后，影子对象的弱引用计数将增加1，所以现在弱引用计数为2，而强引用计数仍为1。另外，wp中有两个成员变量，一个保存实际对象，另一个保存影子对象。sp只有一个成员变量，用来保存实际对象，但这个实际对象内部已包含了对应的影子对象。

OK，wp创建完了，现在开始进行wp的析构。

（4）wp析构的影响

wp进入析构函数，则表明它快要离世了，代码如下所示：

[-->RefBase.h]

template<typename T>

wp<T>::~wp()

{

    if (m_ptr) m_refs->decWeak(this); //调用影子对象的decWeak，由影子对象的基类实现。

}

[-->RefBase.cpp]

void RefBase::weakref_type::decWeak(const void* id)

{

  //把基类指针转换成子类（影子对象）的类型，这种做法有些违背面向对象编程的思想。

  weakref_impl* const impl = static_cast<weakref_impl*>(this);

  impl->removeWeakRef(id);//非调试版不做任何事情。

  //原子减1，返回旧值，c=2，而弱引用计数从2变为1。

  const int32_t c = android_atomic_dec(&impl->mWeak);

  if (c != 1) return; //c=2，直接返回。

  //如果c为1，则弱引用计数为0，这说明没用弱引用指向实际对象，需要考虑是否释放内存。

  // OBJECT_LIFETIME_XXX和生命周期有关系，我们后面再说。

    if ((impl->mFlags&OBJECT_LIFETIME_WEAK) != OBJECT_LIFETIME_WEAK) {

        if (impl->mStrong == INITIAL_STRONG_VALUE)

            delete impl->mBase;

        else {

            delete impl;

        }

    } else {

        impl->mBase->onLastWeakRef(id);

        if ((impl->mFlags&OBJECT_LIFETIME_FOREVER) != OBJECT_LIFETIME_FOREVER) {

            delete impl->mBase;

        }

    }

}

在例1中，wp析构后，弱引用计数减1。但由于此时强引用计数和弱引用计数仍为1，所以没有对象被干掉，即没有释放实际对象和影子对象占据的内存。

（5）sp析构的影响

下面进入sp的析构。

[-->RefBase.h]

template<typename T>

sp<T>::~sp()

{

    if (m_ptr) m_ptr->decStrong(this); //调用实际对象的decStrong，由RefBase实现。

}

[-->RefBase.cpp]

void RefBase::decStrong(const void* id) const

{

    weakref_impl* const refs = mRefs;

    refs->removeStrongRef(id);//调用影子对象的removeStrongRef，啥都不干。

    //注意，此时强弱引用计数都是1，下面函数调用的结果是c=1，强引用计数为0。

    const int32_t c = android_atomic_dec(&refs->mStrong);

    if (c == 1) { //对于我们的例子， c为1

        //调用onLastStrongRef，表明强引用计数减为0，对象有可能被delete。

        const_cast<RefBase*>(this)->onLastStrongRef(id);

       //mFlags为0，所以会通过delete this把自己干掉。

      //注意，此时弱引用计数仍为1。

        if ((refs->mFlags&OBJECT_LIFETIME_WEAK) != OBJECT_LIFETIME_WEAK) {

            delete this;

        }

   ......

}

先看delete this的处理，它会导致A的析构函数被调用。再来看A的析构函数，代码如下所示：

[-->例子1::~A()]

//A的析构直接导致进入RefBase的析构。

RefBase::~RefBase()

{

   if (mRefs->mWeak == 0) { //弱引用计数不为0，而是1。

       delete mRefs;

    }

}

RefBase的delete this自杀行为没有把影子对象干掉，但我们还在decStrong中，可从delete this接着往下看：

[-->RefBase.cpp]

     .... //接前面的delete this

   if ((refs->mFlags&OBJECT_LIFETIME_WEAK) != OBJECT_LIFETIME_WEAK) {

            delete this;

        }

  //注意，实际数据对象已经被干掉了，所以mRefs也没有用了，但是decStrong刚进来

  //的时候就把mRefs保存到refs了，所以这里的refs指向影子对象。

    refs->removeWeakRef(id);

    refs->decWeak(id);//调用影子对象decWeak

}

[-->RefBase.cpp]

void RefBase::weakref_type::decWeak(const void* id)

{

  weakref_impl* const impl = static_cast<weakref_impl*>(this);

  impl->removeWeakRef(id);//非调试版不做任何事情。

    //调用前影子对象的弱引用计数为1，强引用计数为0，调用结束后c=1，弱引用计数为0。

    const int32_t c = android_atomic_dec(&impl->mWeak);

    if (c != 1) return;

    //这次弱引用计数终于变为0了，并且mFlags为0， mStrong也为0。

    if ((impl->mFlags&OBJECT_LIFETIME_WEAK) != OBJECT_LIFETIME_WEAK) {

        if (impl->mStrong == INITIAL_STRONG_VALUE)

            delete impl->mBase;

        else {

            delete impl; //impl就是this，把影子对象也就是自己干掉。

        }

    } else {

        impl->mBase->onLastWeakRef(id);

        if ((impl->mFlags&OBJECT_LIFETIME_FOREVER) != OBJECT_LIFETIME_FOREVER) {

            delete impl->mBase;

        }

    }

}

好，第一板斧劈下去了！来看看它的结果是什么。

3.第一板斧的结果

第一板斧过后，来总结一下刚才所学的知识：

 RefBase中有一个隐含的影子对象，该影子对象内部有强弱引用计数。

 sp化后，强弱引用计数各增加1，sp析构后，强弱引用计数各减1。

 wp化后，弱引用计数增加1，wp析构后，弱引用计数减1。

完全彻底地消灭RefBase对象，包括让实际对象和影子对象灭亡，这些都是由强弱引用计数控制的，另外还要考虑flag的取值情况。当flag为0时，可得出如下结论：

 强引用为0将导致实际对象被delete。

 弱引用为0将导致影子对象被delete。

5.2.2　第二板斧—由弱生强

再看第二个例子，代码如下所示：

[-->例子2]

int main()

{

   A *pA = new A();

   wp<A> wpA(pA);

   sp<A> spA = wpA.promote();//通过promote函数，得到一个sp。

}

对A的wp化，不再做分析了。按照前面所讲的知识，wp化后仅会使弱引用计数加1，所以此处wp化的结果是：

影子对象的弱引用计数为1，强引用计数仍然是初始值0x1000000。

wpA的promote函数是从一个弱对象产生一个强对象的重要函数，试看—

1. 由弱生强的方法

代码如下所示：

[-->RefBase.h]

template<typename T>

sp<T> wp<T>::promote() const

{

    return sp<T>(m_ptr, m_refs);  //调用sp的构造函数。

}

[-->RefBase.h]

template<typename T>

sp<T>::sp(T* p, weakref_type* refs)

    : m_ptr((p && refs->attemptIncStrong(this)) ? p : 0)//有点看不清楚。

{

//上面那行代码够简洁，但是不方便阅读，我们写成下面这样：

/*

  T* pTemp = NULL;

  //关键函数attemptIncStrong

  if(p != NULL && refs->attemptIncStrong(this) == true)

      pTemp = p;

  m_ptr = pTemp;

*/

}

2.成败在此一举

由弱生强的关键函数是attemptIncStrong，它的代码如下所示：

[-->RefBase.cpp]

bool RefBase::weakref_type::attemptIncStrong(const void* id)

{

     incWeak(id); //增加弱引用计数，此时弱引用计数变为2。

     weakref_impl* const impl = static_cast<weakref_impl*>(this);

      int32_t curCount = impl->mStrong; //这个仍是初始值。

     //下面这个循环，在多线程操作同一个对象时可能会循环多次。这里可以不去管它，

     //它的目的就是使强引用计数增加1。

    while (curCount > 0 && curCount != INITIAL_STRONG_VALUE) {

        if (android_atomic_cmpxchg(curCount, curCount+1, &impl->mStrong) == 0) {

            break;

        }

        curCount = impl->mStrong;

    }

    if (curCount <= 0 || curCount == INITIAL_STRONG_VALUE) {

         bool allow;

  /*

   下面这个allow的判断极为精妙。impl的mBase对象就是实际对象，有可能已经被delete了。

   curCount为0，表示强引用计数肯定经历了INITIAL_STRONG_VALUE->1->...->0的过程。

   mFlags就是根据标志来决定是否继续进行||或&&后的判断，因为这些判断都使用了mBase，

   如不做这些判断，一旦mBase指向已经回收的地址，你就等着segment fault吧！

   其实，咱们大可不必理会这些东西，因为它不影响我们的分析和理解。

  */

        if (curCount == INITIAL_STRONG_VALUE) {

             allow = (impl->mFlags&OBJECT_LIFETIME_WEAK) != OBJECT_LIFETIME_WEAK

                  || impl->mBase->onIncStrongAttempted(FIRST_INC_STRONG, id);

        } else {

            allow = (impl->mFlags&OBJECT_LIFETIME_WEAK) == OBJECT_LIFETIME_WEAK

                  && impl->mBase->onIncStrongAttempted(FIRST_INC_STRONG, id);

        }

        if (!allow) {

        //allow为false，表示不允许由弱生强，弱引用计数要减去1，这是因为咱们进来时加过一次。

            decWeak(id);

            return false; //由弱生强失败。

        }

     //允许由弱生强，强引用计数要增加1，而弱引用计数已经增加过了。

        curCount = android_atomic_inc(&impl->mStrong);

        if (curCount > 0 && curCount < INITIAL_STRONG_VALUE) {

            impl->mBase->onLastStrongRef(id);

        }

    }

    impl->addWeakRef(id);

    impl->addStrongRef(id);//两个函数调用没有作用。

     if (curCount == INITIAL_STRONG_VALUE) {

         //强引用计数变为1。

        android_atomic_add(-INITIAL_STRONG_VALUE, &impl->mStrong);

        //调用onFirstRef，通知该对象第一次被强引用。

        impl->mBase->onFirstRef();

    }

    return true; //由弱生强成功。

}

3. 第二板斧的结果

promote完成后，相当于增加了一个强引用。根据上面所学的知识可知：

由弱生强成功后，强弱引用计数均增加1。所以现在影子对象的强引用计数为1，弱引用计数为2。

5.2.3　第三板斧—破解生死魔咒

1. 延长生命的魔咒

RefBase为我们提供了一个这样的函数：

extendObjectLifetime(int32_t mode)

另外还定义了一个枚举：

enum {

        OBJECT_LIFETIME_WEAK    =  0x0001,

        OBJECT_LIFETIME_FOREVER = 0x0003

};

注意：FOREVER的值是3，用二进制表示是B11，而WEAK的二进制是B01，也就是说FOREVER包括了WEAK的情况。

上面这两个枚举值，是破除强弱引用计数作用的魔咒。先观察flags为OBJECT_LIFETIME_ WEAK的情况，见下面的例子。

[-->例子3]

class A：public RefBase

{

   public A()

   {

      extendObjectLifetime(OBJECT_LIFETIME_WEAK);//在构造函数中调用。

   }

}

int main()

{

   A *pA = new A();

    wp<A> wpA(pA);//弱引用计数加1。

  {

      sp<A> spA(pA) //sp后，结果是强引用计数为1，弱引用计数为2。

   }

   ....

}

sp的析构将直接调用RefBase的decStrong，它的代码如下所示：

[-->RefBase.cpp]

void RefBase::decStrong(const void* id) const

{

    weakref_impl* const refs = mRefs;

    refs->removeStrongRef(id);

    const int32_t c = android_atomic_dec(&refs->mStrong);

    if (c == 1) { //上面进行原子操作后，强引用计数为0

        const_cast<RefBase*>(this)->onLastStrongRef(id);

        //注意这句话。如果flags不是WEAK或FOREVER的话，将delete 数据对象。

       //现在我们的flags是WEAK，所以不会delete 它。

        if ((refs->mFlags&OBJECT_LIFETIME_WEAK) != OBJECT_LIFETIME_WEAK) {

            delete this;

        }

  }

    refs->removeWeakRef(id);

    refs->decWeak(id);//调用前弱引用计数是2。

}

然后调用影子对象的decWeak。再来看它的处理，代码如下所示：

[-->RefBase.cpp::weakref_type的decWeak()函数]

void RefBase::weakref_type::decWeak(const void* id)

{

    weakref_impl* const impl = static_cast<weakref_impl*>(this);

    impl->removeWeakRef(id);

    const int32_t c = android_atomic_dec(&impl->mWeak);

    if (c != 1) return;  //c为2，弱引用计数为1，直接返回。

   /*

     假设我们现在到了例子中的wp析构之处，这时也会调用decWeak，在调用上面的原子减操作后

     c=1，弱引用计数变为0，此时会继续往下运行。由于mFlags为WEAK ，所以不满足if的条件。

   */

    if ((impl->mFlags&OBJECT_LIFETIME_WEAK) != OBJECT_LIFETIME_WEAK) {

        if (impl->mStrong == INITIAL_STRONG_VALUE)

            delete impl->mBase;

        else {

            delete impl;

        }

    } else {//flag为WEAK，满足else分支的条件。

        impl->mBase->onLastWeakRef(id);

       /*

        由于 flags值满足下面这个条件，所以实际对象会被delete，根据前面的分析可知，实际对象的delete会检查影子对象的弱引用计数，如果它为0，则会把影子对象也delete掉。

        由于影子对象的弱引用计数此时已经为0，所以影子对象也会被delete。

      */

        if ((impl->mFlags&OBJECT_LIFETIME_FOREVER) != OBJECT_LIFETIME_FOREVER) {

            delete impl->mBase;

        }

    }

}

2. LIFETIME_WEAK的魔力

看完上面的例子，我们发现什么了？

在LIFETIME_WEAK的魔法下，强引用计数为0，而弱引用计数不为0的时候，实际对象没有被delete！只有当强引用计数和弱引用计数同时为0时，实际对象和影子对象才会被delete。

3. 魔咒大揭秘

至于LIFETIME_FOREVER的破解，就不用再来一斧子了，我直接给出答案：

 flags为0，强引用计数控制实际对象的生命周期，弱引用计数控制影子对象的生命周期。强引用计数为0后，实际对象被delete。所以对于这种情况，应记住的是，使用wp时要由弱生强，以免收到segment fault信号。

 flags为LIFETIME_WEAK，强引用计数为0，弱引用计数不为0时，实际对象不会被delete。当弱引用计数减为0时，实际对象和影子对象会同时被delete。这是功德圆满的情况。

 flags为LIFETIME_FOREVER，对象将长生不老，彻底摆脱强弱引用计数的控制。所以你要在适当的时候杀死这些“老妖精”，免得她祸害“人间”。

5.2.4　轻量级的引用计数控制类LightRefBase

上面介绍的RefBase，是一个重量级的引用计数控制类。那么，究竟有没有一个简单些的引用计数控制类呢？Android为我们提供了一个轻量级的LightRefBase。这个类非常简单，我们不妨一起来看看。

[-->RefBase.h]

template <class T>

class LightRefBase

{

public:

    inline LightRefBase() : mCount(0) { }

    inline void incStrong(const void* id) const {

      //LightRefBase只有一个引用计数控制量mCount。incStrong的时候使它增加1。

        android_atomic_inc(&mCount);

    }

inline void decStrong(const void* id) const {

       //decStrong的时候减1，当引用计数变为零的时候，delete掉自己。

        if (android_atomic_dec(&mCount) == 1) {

            delete static_cast<const T*>(this);

        }

    }

    inline int32_t getStrongCount() const {

        return mCount;

    }

protected:

    inline ~LightRefBase() { }

private:

mutable volatile int32_t mCount;//引用计数控制变量。

};

LightRefBase类够简单吧？不过它是一个模板类，我们该怎么用它呢？下面给出一个例子，其中类A是从LightRefBase派生的，写法如下：

class A:public LightRefBase<A> //注意派生的时候要指明是LightRefBase<A>。

{

public:

A(){};

~A(){};

};

另外，我们从LightRefBase的定义中可以知道，它支持sp的控制，因为它只有incStrong和decStrong函数。

5.2.5　题外话—三板斧的来历

从代码量上看，RefBase、sp和wp的代码量并不多，但里面的关系，尤其是flags的引入，曾一度让我眼花缭乱。当时，我确实很希望能自己调试一下这些例子，但在设备上调试native代码，需要花费很大的精力，即使是通过输出log的方式来调试也需要花很多时间。该怎么解决这一难题？

既然它的代码不多而且简单，那何不把它移植到台式机的开发环境下，整一个类似的RefBase呢？有了这样的构想，我便用上了Visual Studio。至于那些原子操作，Windows平台上有很直接的InterlockedExchangeXXX与之对应，真的是踏破铁鞋无觅处，得来全不费功夫！（在Linux平台上，不考虑多线程的话，将原子操作换成普通的非原子操作不是也可以吗？如果更细心更负责任的话，你可以自己用汇编来实现常用的原子操作，内核代码中有现成的函数，一看就会明白。）

如果把破解代码看成是攻城略地的话，我们必须学会灵活多变，而且应力求破解方法日臻极致！

5.3　Thread类及常用同步类分析

Thread类是Android为线程操作而做的一个封装。代码在Thread.cpp中，其中还封装了一些与线程同步相关的类（既然是封装，要掌握它，最重要的当然是掌握与Pthread相关的知识）。我们先分析Threa类，进而再介绍与常用同步类相关的知识。

5.3.1　一个变量引发的思考

Thread类虽说挺简单，但其构造函数中的那个canCallJava却一度让我感到费解。因为我一直使用的是自己封装的Pthread类。当发现Thread构造函数中竟然存在这样一个东西时，很担心自己封装的Pthread类会不会有什么重大问题，因为当时我还从来没考虑过Java方面的问题。

// canCallJava表示这个线程是否会使用JNI函数。为什么需要一个这样的参数呢？

Thread(bool canCallJava = true)。

我们必须得了解它实际创建的线程函数是什么。Thread类真实的线程是创建在run函数中的。

1.一个变量，两种处理

先来看一段代码：

[-->Thread.cpp]

status_t Thread::run(const char* name, int32_t priority, size_t stack)

{

   Mutex::Autolock _l(mLock);

    ....

   //如果mCanCallJava为真，则调用createThreadEtc函数，线程函数是_threadLoop。

  //_threadLoop是Thread.cpp中定义的一个函数。

   if (mCanCallJava) {

        res = createThreadEtc(_threadLoop,this, name, priority,

                                   stack, &mThread);

    } else {

        res = androidCreateRawThreadEtc(_threadLoop, this, name, priority,

                                   stack, &mThread);

    }

上面的mCanCallJava将线程创建函数的逻辑分为两个分支，虽传入的参数都有_threadLoop，但它们调用的函数却不同。先直接看mCanCallJava为true的这个分支，代码如下所示：

[-->Thread.h::createThreadEtc()函数]

inline bool createThreadEtc(thread_func_t entryFunction,

                            void *userData,

                            const char* threadName = “android:unnamed_thread”,

                            int32_t threadPriority = PRIORITY_DEFAULT,

                            size_t threadStackSize = 0,

                            thread_id_t *threadId = 0)

{

    return androidCreateThreadEtc(entryFunction, userData, threadName,

                   threadPriority, threadStackSize, threadId) ? true : false;

}

它调用的是androidCreateThreadEtc函数，相关代码如下所示：

// gCreateThreadFn是函数指针，它在初始化时和mCanCallJava为false时使用的是同一个

//线程创建函数。那么有地方会修改它吗？

static android_create_thread_fn gCreateThreadFn = androidCreateRawThreadEtc;

int androidCreateThreadEtc(android_thread_func_t entryFunction,

                            void *userData,const char* threadName,

                            int32_t threadPriority,size_t threadStackSize,

                            android_thread_id_t *threadId)

{

    return gCreateThreadFn(entryFunction, userData, threadName,

                               threadPriority, threadStackSize, threadId);

}

如果没有人修改这个函数指针，那么mCanCallJava就是虚晃一枪，并无什么作用。不过，代码中有的地方是会修改这个函数指针的指向的，请看—

2. zygote偷梁换柱

在本书4.2.1节的第2点所介绍的AndroidRuntime调用startReg的地方，就有可能修改这个函数指针，其代码如下所示：

[-->AndroidRuntime.cpp]

/*static*/ int AndroidRuntime::startReg(JNIEnv* env)

{

   //这里会修改函数指针为javaCreateThreadEtc。

  androidSetCreateThreadFunc((android_create_thread_fn) javaCreateThreadEtc);

  return 0;

}

如果mCanCallJava为true，则将调用javaCreateThreadEtc。那么，这个函数有什么特殊之处呢？来看其代码，如下所示：

[-->AndroidRuntime.cpp]

int AndroidRuntime::javaCreateThreadEtc(

                                android_thread_func_t entryFunction,

                                void* userData,

                                const char* threadName,

                                int32_t threadPriority,

                                size_t threadStackSize,

                                android_thread_id_t* threadId)

{

    void** args = (void**) malloc(3 * sizeof(void*));

    int result;

    args[0] = (void*) entryFunction;

    args[1] = userData;

    args[2] = (void*) strdup(threadName);

    //调用的还是androidCreateRawThreadEtc，但线程函数却换成了javaThreadShell。

    result = androidCreateRawThreadEtc(AndroidRuntime::javaThreadShell, args,

                         threadName, threadPriority, threadStackSize, threadId);

    return result;

}

[-->AndroidRuntime.cpp]

int AndroidRuntime::javaThreadShell(void* args) {

      ......

     int result;

    //把这个线程attach到JNI环境中，这样这个线程就可以调用JNI的函数了。

    if (javaAttachThread(name, &env) != JNI_OK)

        return -1;

     //调用实际的线程函数干活。

     result = (*(android_thread_func_t)start)(userData);

   //从JNI环境中detach出来。

    javaDetachThread();

    free(name);

    return result;

}

3. 费力能讨好

你明白mCanCallJava为true的目的了吗？它创建的新线程将：

 在调用你的线程函数之前会attach到 JNI环境中，这样，你的线程函数就可以无忧无虑地使用JNI函数了。

 线程函数退出后，它会从JNI环境中detach，释放一些资源。

注意　第二点尤其重要，因为进程退出前，dalvik虚拟机会检查是否有attach了，如果最后有未detach的线程，则会直接abort（这不是一件好事）。如果你关闭JNI check选项，就不会做这个检查，但我觉得，这个检查和资源释放有关系，建议还是重视。如果直接使用POSIX的线程创建函数，那么凡是使用过attach的，最后就都需要detach！

Android为了dalvik的健康真是费尽心机呀。

4. 线程函数_threadLoop介绍

无论一分为二是如何处理的，最终都会调用线程函数_threadLoop，为什么不直接调用用户传入的线程函数呢？莫非_threadLoop会有什么暗箱操作吗？下面我们来看：

[-->Thread.cpp]

int Thread::_threadLoop(void* user)

{

    Thread* const self = static_cast<Thread*>(user);

    sp<Thread> strong(self->mHoldSelf);

    wp<Thread> weak(strong);

    self->mHoldSelf.clear();

#if HAVE_ANDROID_OS

    self->mTid = gettid();

#endif

    bool first = true;

    do {

        bool result;

        if (first) {

            first = false;

           //self代表继承Thread类的对象，第一次进来时将调用readyToRun，看看是否准备好。

          self->mStatus = self->readyToRun();

            result = (self->mStatus == NO_ERROR);

            if (result && !self->mExitPending) {

                 result = self->threadLoop();

            }

        } else {

           /*

           调用子类实现的threadLoop函数，注意这段代码运行在一个do-while循环中。

             这表示即使我们的threadLoop返回了，线程也不一定会退出。

          */

            result = self->threadLoop();

        }

   /*

    线程退出的条件：

    1）result 为false。这表明，如果子类在threadLoop中返回false，线程就可以

    退出。这属于主动退出的情况，是threadLoop自己不想继续干活了，所以返回false。

    读者在自己的代码中千万别写错threadLoop的返回值。

    2）mExitPending为true，这个变量可由Thread类的requestExit函数设置，这种

    情况属于被动退出，因为由外界强制设置了退出条件。

   */

        if (result == false || self->mExitPending) {

            self->mExitPending = true;

            self->mLock.lock();

            self->mRunning = false;

            self->mThreadExitedCondition.broadcast();

            self->mLock.unlock();

            break;

        }

        strong.clear();

        strong = weak.promote();

    } while(strong != 0);

    return 0;

}

关于_threadLoop，我们就介绍到这里。请读者务必注意下面一点：

threadLoop运行在一个循环中，它的返回值可以决定是否退出线程。

5.3.2　常用同步类

同步，是多线程编程中不可回避的话题，同时也是一个非常复杂的问题。这里只简单介绍一下Android提供的同步类。这些类，只对系统提供的多线程同步函数（这种函数我们称为Raw API）进行了面向对象的封装，读者必须先理解Raw API，然后才能真正掌握其具体用法。

提示　要了解Windows下的多线程编程，有很多参考资料，而有关Linux下完整系统阐述多线程编程的书籍目前较少，这里推荐一本含金量较高的著作《Programming with POSIX Thread》（本书只有英文版，由Addison-Wesley出版）。

Android提供了两个封装好的同步类，它们是Mutex和Condition。这是重量级的同步技术，一般内核都会有对应的支持。另外，OS还提供了简单的原子操作，这些也算是同步技术中的一种。下面分别来介绍这三种东西。

1. 互斥类—Mutex

Mutex是互斥类，用于多线程访问同一个资源的时候，保证一次只有一个线程能访问该资源。在《Windows核心编程》①一书中，对于这种互斥访问有一个很形象的比喻：想象你在飞机上如厕，这时卫生间的信息牌上显示“有人”，你必须等里面的人出来后才可进去。这就是互斥的含义。

下面来看Mutex的实现方式，它们都很简单。

（1）Mutex介绍

其代码如下所示：

[-->Thread.h::Mutex的声明和实现]

inline Mutex::Mutex(int type, const char* name) {

    if (type == SHARED) {

       //type如果是SHARED，则表明这个Mutex支持跨进程的线程同步。

      //以后我们在Audio系统和Surface系统中会经常见到这种用法。

        pthread_mutexattr_t attr;

        pthread_mutexattr_init(&attr);

        pthread_mutexattr_setpshared(&attr, PTHREAD_PROCESS_SHARED);

        pthread_mutex_init(&mMutex, &attr);

        pthread_mutexattr_destroy(&attr);

    } else {

        pthread_mutex_init(&mMutex, NULL);

    }

}

inline Mutex::~Mutex() {

    pthread_mutex_destroy(&mMutex);

}

inline status_t Mutex::lock() {

    return -pthread_mutex_lock(&mMutex);

}

inline void Mutex::unlock() {

    pthread_mutex_unlock(&mMutex);

}

inline status_t Mutex::tryLock() {

    return -pthread_mutex_trylock(&mMutex);

}

关于Mutex的使用，除了初始化外，最重要的是lock和unlock函数的使用，它们的用法如下：

 要想独占卫生间，必须先调用Mutex的lock函数。这样，这个区域就被锁住了。如果这块区域之前已被别人锁住，lock函数则会等待，直到可以进入这块区域为止。系统保证一次只有一个线程能lock成功。

 当你“方便”完毕，记得调用Mutex的unlock以释放互斥区域。这样，其他人的lock才可以成功返回。

 另外，Mutex还提供了一个trylock函数，该函数只是尝试去锁住该区域，使用者需要根据trylock的返回值来判断是否成功锁住了该区域。

注意　以上这些内容都和Raw API有关，不了解它的读者可自行学习相关知识。在Android系统中，多线程也是常见和重要的编程手段，务必请大家重视。

Mutex类确实比Raw API方便好用，不过还是稍显麻烦。

（2）AutoLock介绍

AutoLock类是定义在Mutex内部的一个类，它其实是一帮“懒人”搞出来的，为什么这么说呢？先来看看使用Mutex有多麻烦：

 显示调用Mutex的lock。

 在某个时候记住要调用该Mutex的unlock。

以上这些操作都必须一一对应，否则会出现“死锁”！在有些代码中，如果判断分支特别多，你会发现unlock这句代码被写得比比皆是，如果稍有不慎，在某处就会忘了写它。有什么好办法能解决这个问题吗？终于有人想出来一个好办法，就是充分利用了C++的构造和析构函数，只需看一看AutoLock的定义就会明白。代码如下所示：

[-->Thread.h Mutex::Autolock声明和实现]

    class Autolock {

    public:

        //构造的时候调用lock。

        inline Autolock(Mutex& mutex) : mLock(mutex)  { mLock.lock(); }

        inline Autolock(Mutex* mutex) : mLock(*mutex) { mLock.lock(); }

        //析构的时候调用unlock。

        inline ~Autolock() { mLock.unlock(); }

    private:

        Mutex& mLock;

    };

AutoLock的用法很简单：

 先定义一个Mutex，如 Mutex xlock。

 在使用xlock的地方，定义一个AutoLock，如 AutoLock autoLock（xlock）。

由于C++对象的构造和析构函数都是自动被调用的，所以在AutoLock的生命周期内，xlock的lock和unlock也就自动被调用了，这样就省去了重复书写unlock的麻烦，而且lock和unlock的调用肯定是一一对应的，这样就绝对不会出错。

2. 条件类—Condition

多线程同步中的条件类对应的是下面这种使用场景：

线程A做初始化工作，而其他线程比如线程B、C必须等到初始化工作完后才能工作，即线程B、C在等待一个条件，我们称B、C为等待者。

当线程A完成初始化工作时，会触发这个条件，那么等待者B、C就会被唤醒。触发这个条件的A就是触发者。

上面的使用场景非常形象，而且条件类提供的函数也非常形象，它的代码如下所示：

[-->Thread.h:: Condition的声明和实现]

class Condition {

public:

    enum {

        PRIVATE = 0,

        SHARED = 1

    };

    Condition();

    Condition(int type);//如果type是SHARED，表示支持跨进程的条件同步

    ~Condition();

    //线程B和C等待事件，wait这个名字是不是很形象呢？

    status_t wait(Mutex& mutex);

  //线程B和C的超时等待，B和C可以指定等待时间，当超过这个时间，条件却还不满足，则退出等待。

    status_t waitRelative(Mutex& mutex, nsecs_t reltime);

    //触发者A用来通知条件已经满足，但是B和C只有一个会被唤醒。

    void signal();

    //触发者A用来通知条件已经满足，所有等待者都会被唤醒。

    void broadcast();

private:

#if defined(HAVE_PTHREADS)

    pthread_cond_t mCond;

#else

    void*   mState;

#endif

}

声明很简单，定义也很简单，代码如下所示：

inline Condition::Condition() {

    pthread_cond_init(&mCond, NULL);

}

inline Condition::Condition(int type) {

    if (type == SHARED) {//设置跨进程的同步支持。

        pthread_condattr_t attr;

        pthread_condattr_init(&attr);

        pthread_condattr_setpshared(&attr, PTHREAD_PROCESS_SHARED);

        pthread_cond_init(&mCond, &attr);

        pthread_condattr_destroy(&attr);

    } else {

        pthread_cond_init(&mCond, NULL);

    }

}

inline Condition::~Condition() {

    pthread_cond_destroy(&mCond);

}

inline status_t Condition::wait(Mutex& mutex) {

    return -pthread_cond_wait(&mCond, &mutex.mMutex);

}

inline status_t Condition::waitRelative(Mutex& mutex, nsecs_t reltime) {

#if defined(HAVE_PTHREAD_COND_TIMEDWAIT_RELATIVE)

    struct timespec ts;

    ts.tv_sec  = reltime/1000000000;

    ts.tv_nsec = reltime%1000000000;

    return -pthread_cond_timedwait_relative_np(&mCond, &mutex.mMutex, &ts);

     ...... //有些系统没有实现POSIX的相关函数，所以不同的系统需要调用不同的函数。

#endif

}

inline void Condition::signal() {

    pthread_cond_signal(&mCond);

}

inline void Condition::broadcast() {

    pthread_cond_broadcast(&mCond);

}

可以看出，Condition的实现全是凭借调用了Raw API的pthread_cond_xxx函数。这里要重点说明的是，Condition类必须配合Mutex来使用。什么意思？

在上面的代码中，不论是wait、waitRelative、signal还是broadcast的调用，都放在一个Mutex的lock和unlock范围中，尤其是wait和waitRelative函数的调用，这是强制性的。

来看一个实际的例子，加深一下对Condition类和Mutex类的印象。这个例子是Thread类的requestExitAndWait，目的是等待工作线程退出，代码如下所示：

[-->Thread.cpp]

status_t Thread::requestExitAndWait()

{

    ......

   requestExit(); //设置退出变量mExitPending为true。

    Mutex::Autolock _l(mLock);//使用Autolock，mLock被锁住。

    while (mRunning == true) {

    /*

     条件变量的等待，这里为什么要通过while循环来反复检测mRunning？

     因为某些时候即使条件类没有被触发，wait也会返回。关于这个问题，强烈建议读者阅读

     前面推荐的《Programming with POSIX Thread》一书。

   */

      mThreadExitedCondition.wait(mLock);

    }

    mExitPending = false;

   //退出前，局部变量Mutex::Autolock _l的析构会被调用，unlock也就会被自动调用。

    return mStatus;

}

那么，什么时候会触发这个条件呢？是在工作线程退出前。其代码如下所示：

[-->Thread.cpp]

int Thread::_threadLoop(void* user)

{

    Thread* const self = static_cast<Thread*>(user);

    sp<Thread> strong(self->mHoldSelf);

    wp<Thread> weak(strong);

    self->mHoldSelf.clear();

    do {

          ......

          result = self->threadLoop();//调用子类的threadLoop函数。

           ......

         //如果mExitPending为true，则退出。

        if (result == false || self->mExitPending) {

            self->mExitPending = true;

            //退出前触发条件变量，唤醒等待者。

            self->mLock.lock();//lock锁住。

            //mRunning的修改位于锁的保护中。如果你阅读了前面推荐的书，这里也就不难理解了。

            self->mRunning = false;

            self->mThreadExitedCondition.broadcast();

            self->mLock.unlock();//释放锁。

            break;//退出循环，此后该线程函数会退出。

        }

        ......

    } while(strong != 0);

    return 0;

}

关于Android多线程的同步类，暂时介绍到此吧。当然，这些类背后所隐含的知识及技术是读者需要倍加重视的。

提示　希望我们能养成一种由点及面的学习方法。以我们的同步类为例，假设你是第一次接触多线程编程，也学会了如何使用Mutex和Condition这两个类，不妨以这两个类代码中所传递的知识作为切入点，把和多线程相关的所有知识（这个知识不仅仅是函数的使用，还包括多线程的原理，多线程的编程模型，甚至是现在很热门的并行多核编程）普遍了解一下。只有深刻理解并掌握了原理等基础和框架性的知识后，才能以不变应万变，才能做到游刃有余。

3. 原子操作函数介绍

什么是原子操作？所谓原子操作，就是该操作绝不会在执行完毕前被任何其他任务或事件打断，也就说，原子操作是最小的执行单位。

上面这句话放到代码中是什么意思？请看一个例子：

[-->例子]

static int g_flag = 0; //全局变量g_flag

static Mutex  lock  ;//全局的锁

//线程1执行thread1。

void thread1()

{

   //g_flag递减,每次操作前锁住。

   lock.lock();

   g_flag--;

   lock.unlock();

}

//线程2中执行thread2函数。

void thread2()

{

   lock.lock();

   g_flag++; //线程2对g_flag进行递增操作，每次操作前要取得锁。

   lock.unlock();

}

为什么需要Mutex来帮忙呢？因为g_flags++或g_flags--操作都不是原子操作。从汇编指令的角度看，C/C++中的一条语句对应了数条汇编指令。以g_flags++操作为例，它生成的汇编指令可能就是以下三条：

 从内存中取数据到寄存器。

 对寄存器中的数据进行递增操作，结果还在寄存器中。

 寄存器的结果写回内存。

这三条汇编指令，如果按正常的顺序连续执行是没有问题的，但在多线程时就不能保证了。例如，线程1在执行第一条指令后，线程2由于调度的原因，抢在线程1之前连续执行完了三条指令。这样，线程1继续执行指令时，它所使用的值就不是线程2更新后的值，而是之前的旧值。再对这个值进行操作便没有意义了。

在一般情况下，处理这种问题可以使用Mutex来加锁保护，但Mutex的使用方法比它所要保护的内容还要复杂，例如，锁的使用将导致从用户态转入内核态，有较大的浪费。那么，有没有简便些的办法让这些加、减等操作不被中断呢？

答案是肯定的，但这需要CPU的支持。在X86平台上，一个递增操作可以用下面的内嵌汇编语句来实现：

#define LOCK "lock;"

INT32 InterlockedIncrement(INT32* lpAddend)

{

  /*

   这是我们在Linux平台上实现Windows API时使用的方法。

   其中在SMP系统上，LOCK定义成"lock;"表示锁总线，这样同一时刻就只能有一个CPU访问总线了。

   非SMP系统，LOCK定义成空。由于InterlockedIncrement要返回递增前的旧值，所以我们

   使用了xaddl指令，它先交换源和目的的操作数，再进行递增操作。

*/

INT32 i = 1;

__asm__ __volatile__(

LOCK "xaddl %0, %1"

:"+r" (i), "+m" (*lpAddend)

: : "memory");

return *lpAddend;

}

Android提供了相关的原子操作函数。这里有必要介绍一下各个函数的作用。

[-->Atomic.h]，注意该文件位于system/core/include/cutils目录中。

//原子赋值操作，结果是*addr=value。

void android_atomic_write(int32_t value, volatile int32_t* addr);

//下面所有函数的返回值都是操作前的旧值。

//原子加1和原子减1。

int32_t android_atomic_inc(volatile int32_t* addr);

int32_t android_atomic_dec(volatile int32_t* addr);

//原子加法操作，value为被加数。

int32_t android_atomic_add(int32_t value, volatile int32_t* addr);

//原子“与”和“或”操作。

int32_t android_atomic_and(int32_t value, volatile int32_t* addr);

int32_t android_atomic_or(int32_t value, volatile int32_t* addr);

/*

条件交换的原子操作。只有在oldValue等于*addr时，才会把newValue赋值给*addr。

这个函数的返回值须特别注意。返回值非零，表示没有进行赋值操作。返回值为零，表示

进行了原子操作。

*/

int android_atomic_cmpxchg(int32_t oldvalue, int32_t newvalue,

                                volatile int32_t* addr);

有兴趣的话，读者可以对上述函数的实现进行深入研究，其中：

X86平台的实现在system/core/libcutils/Atomic.c中，注意其代码在#elif defined(__i386__) || defined(__x86_64__)所包括的代码段内。

ARM平台的实现在system/core/libcutils/atomic-android-arm.S汇编文件中。

原子操作的最大好处在于避免了锁的使用，这对整个程序运行效率的提高有很大帮助。目前，在多核并行编程中，最高境界就是完全不使用锁。当然，它的难度可想而知是巨大的。

5.4　Looper和Handler类分析

就应用程序而言，Android系统中Java的应用程序和其他系统上相同，都是靠消息驱动来工作的，它们大致的工作原理如下：

 有一个消息队列，可以往这个消息队列中投递消息。

 有一个消息循环，不断从消息队列中取出消息，然后处理。

我们用图5-1来展示这个工作过程：

图5-1　线程和消息处理的原理图

从图中可以看出：

 事件源把待处理的消息加入到消息队列中，一般是加至队列尾，一些优先级高的消息也可以加至队列头。事件源提交的消息可以是按键、触摸屏等物理事件产生的消息，也可以是系统或应用程序本身发出的请求消息。

 处理线程不断从消息队列头中取出消息并处理，事件源可以把优先级高的消息放到队列头，这样，优先级高的消息就会首先被处理。

在Android系统中，这些工作主要由Looper和Handler来实现：

 Looper类，用于封装消息循环，并且有一个消息队列。

 Handler类，有点像辅助类，它封装了消息投递、消息处理等接口。

Looper类是其中的关键。先来看看它是怎么做的。

5.4.1　Looper类分析

我们以Looper使用的一个常见例子来分析这个Looper类。

[-->例子1]

//定义一个LooperThread。

class LooperThread extends Thread {

    public Handler mHandler;

    public void run() {

     //① 调用prepare。

     Looper.prepare();

     ......

     //② 进入消息循环。

     Looper.loop();

   }

}

//应用程序使用LooperThread。

{

  ......

  new LooperThread().start();//启动新线程，线程函数是run

}

上面的代码一共有两个关键调用（即①和②），我们对其逐一进行分析。

1. 准备好了吗

第一个调用函数是Looper的prepare函数。它会做什么工作呢？其代码如下所示：

[-->Looper.java]

  public static final void prepare() {

   //一个Looper只能调用一次prepare。

  if (sThreadLocal.get() != null) {

     throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");

  }

   //构造一个Looper对象，设置到调用线程的局部变量中。

   sThreadLocal.set(new Looper());

}

//sThreadLocal定义

private static final ThreadLocal sThreadLocal = new ThreadLocal();

ThreadLocal是Java中的线程局部变量类，全名应该是Thread Local Variable。我觉得它的实现和操作系统提供的线程本地存储（TLS）有关系。总之，该类有两个关键函数：

 set：设置调用线程的局部变量。

 get：获取调用线程的局部变量。

注意　set/get的结果都和调用这个函数的线程有关。ThreadLocal类可参考JDK API文档或Android API文档。

根据上面的分析可知，prepare会在调用线程的局部变量中设置一个Looper对象。这个调用线程就是LooperThread的run线程。先看看Looper对象的构造，其代码如下所示：

[-->Looper.java]

private Looper(){

 //构造一个消息队列。

 mQueue = new MessageQueue();

 mRun = true;

 //得到当前线程的Thread对象。

 mThread = Thread.currentThread();

}

prepare函数很简单，它主要干了一件事：

在调用prepare的线程中，设置了一个Looper对象，这个Looper对象就保存在这个调用线程的TLV中。而Looper对象内部封装了一个消息队列。

也就是说，prepare函数通过ThreadLocal机制，巧妙地把Looper和调用线程关联在一起了。要了解这样做的目的是什么，需要再看第二个重要函数。

2.Looper循环

代码如下所示：

[-->Looper.java]

public static final void loop() {

        Looper me = myLooper();//myLooper返回保存在调用线程TLV中的Looper对象。

        //取出这个Looper的消息队列。

        MessageQueue queue = me.mQueue;

        while (true) {

            Message msg = queue.next();

           //处理消息，Message对象中有一个target，它是Handler类型。

            //如果target为空，则表示需要退出消息循环。

            if (msg != null) {

                if (msg.target == null) {

                     return;

                }

               //调用该消息的Handler，交给它的dispatchMessage函数处理。

               msg.target.dispatchMessage(msg);

               msg.recycle();

            }

        }

}

//myLooper函数返回调用线程的线程局部变量，也就是存储在其中的Looper对象。

public static final Looper myLooper() {

        return (Looper)sThreadLocal.get();

}

通过上面的分析会发现，Looper的作用是：

 封装了一个消息队列。

 Looper的prepare函数把这个Looper和调用prepare的线程（也就是最终的处理线程）绑定在一起了。

 处理线程调用loop函数，处理来自该消息队列的消息。

当事件源向这个Looper发送消息的时候，其实是把消息加到这个Looper的消息队列里了。那么，该消息就将由和Looper绑定的处理线程来处理。可事件源又是怎么向Looper消息队列添加消息的呢？来看下一节。

3.Looper、Message和Handler的关系

Looper、Message和Handler之间也存在暧昧关系，不过要比RefBase那三个简单得多，用两句话就可以说清楚：

 Looper中有一个Message队列，里面存储的是一个个待处理的Message。

 Message中有一个Handler，这个Handler是用来处理Message的。

其中，Handler类封装了很多琐碎的工作。先来认识一下这个Handler。

5.4.2　Handler分析

1.初识Handler

Handler中所包括的成员：

[-->Handler.java]

final MessageQueue mQueue;//Handler中也有一个消息队列。

final Looper mLooper;//也有一个Looper。

final Callback mCallback;//有一个回调用的类。

这几个成员变量是怎么使用的呢？这首先得分析Handler的构造函数。Handler一共有四个构造函数，它们主要的区别是在对上面三个重要成员变量的初始化上。我们试对其进行逐一的分析。

[-->Handler.java]

//构造函数1

public Handler() {

         //获得调用线程的Looper。

         mLooper = Looper.myLooper();

        if (mLooper == null) {

            throw new RuntimeException(......);

        }

        //得到Looper的消息队列。

        mQueue = mLooper.mQueue;

       //无callback设置。

        mCallback = null;

    }

 //构造函数2

   public Handler(Callback callback) {

         mLooper = Looper.myLooper();

        if (mLooper == null) {

          throw new RuntimeException(......);

        }

        //和构造函数1类似，只不过多了一个设置callback。

        mQueue = mLooper.mQueue;

        mCallback = callback;

    }

//构造函数3

   public Handler(Looper looper) {

        mLooper = looper; //looper由外部传入，是哪个线程的Looper不确定。

        mQueue = looper.mQueue;

        mCallback = null;

    }

//构造函数4，和构造函数3类似，只不过多了callback设置。

   public Handler(Looper looper, Callback callback) {

        mLooper = looper;

        mQueue = looper.mQueue;

        mCallback = callback;

}

在上述构造函数中，Handler中的消息队列变量最终都会指向Looper的消息队列，Handler为何要如此做？

2. Handler的真面目

根据前面的分析可知，Handler中的消息队列实际就是某个Looper的消息队列，那么，Handler如此安排的目的何在？

在回答这个问题之前，我先来问一个问题：

怎么往Looper的消息队列插入消息？

如果不知道Handler，这里有一个很原始的方法可解决上面这个问题：

 调用Looper的myQueue，它将返回消息队列对象MessageQueue。

 构造一个Message，填充它的成员，尤其是target变量。

 调用MessageQueue的enqueueMessage，将消息插入消息队列。

这种原始方法的确很麻烦，且极容易出错。但有了Handler后，我们的工作就变得异常简单了。Handler更像一个辅助类，帮助我们简化编程的工作。

（1）Handler和Message

Handler提供了一系列函数，帮助我们完成创建消息和插入消息队列的工作。这里只列举其中一二。要掌握详细的API，则需要查看相关的文档。

//查看消息队列中是否有消息码是what的消息。

final boolean
hasMessages(int what)

//从Handler中创建一个消息码是what的消息。

final Message
obtainMessage(int what)

//从消息队列中移除消息码是what的消息。

final void

removeMessages(int what)

//发送一个只填充了消息码的消息。

final boolean
sendEmptyMessage(int what)

//发送一个消息，该消息添加到队列尾。

final boolean
sendMessage(Message msg)

//发送一个消息，该消息添加到队列头，所以优先级很高。

final boolean
sendMessageAtFrontOfQueue(Message msg)

只需对上面这些函数稍作分析，就能明白其他的函数。现以sendMessage为例，其代码如下所示：

[-->Handler.java]

public final boolean sendMessage(Message msg)

{

    return sendMessageDelayed(msg, 0); //调用sendMessageDelayed

 }

[-->Handler.java]

// delayMillis是以当前调用时间为基础的相对时间

public final boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis)

{

   if (delayMillis < 0) {

      delayMillis = 0;

  }

   //调用sendMessageAtTime，把当前时间算上

   return sendMessageAtTime(msg,SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis);

}

[-->Handler.java]

//uptimeMillis 是绝对时间，即sendMessageAtTime函数处理的是绝对时间

public boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis){

    boolean sent = false;

    MessageQueue queue = mQueue;

    if (queue != null) {

          //把Message的target设置为自己，然后加入到消息队列中

         msg.target = this;

         sent = queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);

    }

     return sent;

}

看到上面这些函数我们可以预见，如果没有Handler的辅助，当我们自己操作MessageQueue的enqueueMessage时，得花费多大工夫！

Handler把Message的target设为自己，是因为Handler除了封装消息添加等功能外还封装了消息处理的接口。

（2）Handler的消息处理

刚才，我们往Looper的消息队列中加入了一个消息，按照Looper的处理规则，它在获取消息后会调用target的dispatchMessage函数，再把这个消息派发给Handler处理。Handler在这块是如何处理消息的呢？

[-->Handler.java]

public void dispatchMessage(Message msg) {

        //如果Message本身有callback，则直接交给Message的callback处理

          if (msg.callback != null) {

            handleCallback(msg);

        } else {

           //如果本Handler设置了mCallback，则交给mCallback处理

            if (mCallback != null) {

                if (mCallback.handleMessage(msg)) {

                    return;

                }

            }

            //最后才是交给子类处理

            handleMessage(msg);

        }

    }

 dispatchMessage定义了一套消息处理的优先级机制，它们分别是：

 Message如果自带了callback处理，则交给callback处理。

 Handler如果设置了全局的mCallback，则交给mCallback处理。

 如果上述都没有，该消息则会被交给Handler子类实现的handleMessage来处理。当然，这需要从Handler派生并重载handleMessage函数。

在通常情况下，我们一般都是采用第三种方法，即在子类中通过重载handleMessage来完成处理工作的。

至此，Handler知识基本上讲解完了，可是在实际编码过程中还有一个重要问题需要警惕，下一节内容就会谈及此问题。

5.4.3　Looper和Handler的同步关系

Looper和Handler会有什么同步关系呢？它们之间确实有同步关系，而且如果不注意此关系，定会铸成大错！

同步关系肯定与多线程有关，我们来看下面的一个例子：

[-->例子2]

//先定义一个LooperThread类

class LooperThread extends Thread {

    public Looper myLooper = null;//定义一个public的成员myLooper，初值为空。

public void run() { //假设run在线程2中执行

          Looper.prepare();

         // myLooper必须在这个线程中赋值

          myLooper = Looper.myLooper();

          Looper.loop();

   }

}

//下面这段代码在线程1中执行，并且会创建线程2

{

  LooperThread lpThread= new LooperThread;

  lpThread.start();//start后会创建线程2

  Looper looper = lpThread.myLooper;//<======注意

 // thread2Handler和线程2的Looper挂上钩

  Handler thread2Handler = new Handler(looper);

 //sendMessage发送的消息将由线程2处理

  threadHandler.sendMessage(...)

}

上面这段代码的目的很简单：

 线程1中创建线程2，并且线程2通过Looper处理消息。

 线程1中得到线程2的Looper，并且根据这个Looper创建一个Handler，这样发送给该Handler的消息将由线程2处理。

但很可惜，上面的代码是有问题的。如果我们熟悉多线程，就会发现标有“注意”的那行代码存在着严重问题。myLooper的创建是在线程2中，而looper的赋值在线程1中，很有可能此时线程2的run函数还没来得及给myLooper赋值，这样线程1中的looper将取到myLooper的初值，也就是looper等于null。另外，

Handler thread2Handler = new Handler(looper) 不能替换成

Handler thread2Handler = new Handler(Looper.myLooper())

这是因为，myLooper返回的是调用线程的Looper，即Thread1的Looper，而不是我们想要的Thread2的Looper。

对这个问题，可以采用同步的方式进行处理。你是不是有点迫不及待地想完善这个例子了？其实Android早就替我们想好了，它提供了一个HandlerThread来解决这个问题。

5.4.4　HandlerThread介绍

HandlerThread完美地解决了myLooper可能为空的问题。下面来看看它是怎么做的，代码如下所示：

[-->HandlerThread]

public class HandlerThread extends Thread{

//线程1调用getLooper来获得新线程的Looper

 public Looper getLooper() {

       ......

        synchronized (this) {

            while (isAlive() && mLooper == null) {

                try {

                    wait();//如果新线程还未创建Looper，则等待

                } catch (InterruptedException e) {

                }

            }

        }

        return mLooper;

    }

//线程2运行它的run函数，looper就是在run线程里创建的。

  public void run() {

        mTid = Process.myTid();

        Looper.prepare();  //创建这个线程上的Looper

        synchronized (this) {

            mLooper = Looper.myLooper();

            notifyAll();//通知取Looper的线程1，此时Looper已经创建好了。

        }

        Process.setThreadPriority(mPriority);

        onLooperPrepared();

        Looper.loop();

        mTid = -1;

    }

}

HandlerThread很简单，小小的wait/ notifyAll就解决了我们的难题。为了避免重复发明轮子，我们还是多用HandlerThread类吧！

5.5　本章小结

本章主要分析了Android代码中最常见的几个类：其中在Native层包括与对象生命周期相关的RefBase、sp、wp、LightRefBase类，以及Android为多线程编程提供的Thread类和相关的同步类；Java层则包括使用最为广泛的Handler类和Looper类。另外，还分析了类HandlerThread，它降低了创建和使用带有消息队列的线程的难度。

第6章