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深入理解 Android 卷I - 第5章 深入理解常见类_android interlockedincrement
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原文地址：http://wiki.jikexueyuan.com/project/deep-android-v1/
第5章 深入理解常见类
本章主要内容
· 分析RefBase、sp，wp和LightRefBase类。
· 分析Native的Thread类和常用同步类。
· 分析Java层的Handler、Looper，以及HandlerThread类。
本章涉及的源代码文件名称及位置
下面是我们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 综述
初次接触Android源码，最多见到的一定是sp和wp。如果你只是沉迷于Java世界，那么Looper和Handler也是避不开的。本章的目的，就是把经常碰见的这些内容中的“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，就是仁者见仁，智者见智了。我个人觉得，可能Looper和Handler会相对更实用一些。
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。
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，揭密其相互间的暧昧关系。
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(A);
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，需要进去观察。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内部类相似，但不同的是，它需要一个显示的成员指向外部类对象，而Java内部类对象就有一个隐式的成员指向外部类对象。
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。
按上面的分析，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不成问题了。
2. sp上场
程序继续运行，现在到了
sp<A> spA(A);
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
先来看第一个函数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。
调试版分支的代码很多，看来创造它们的人，也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，我们都已列出来了。以后再碰见它们，干脆就直接跳过的是：
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_tc = 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知识，本章后面将对其做介绍。
（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RefBase中影子对象的强引用计数变为1，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，弱引用计数加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(constsp<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(constvoid* id) const
{
//调用影子对象的incWeak，这个我们刚才讲过了，将导致影子对象的弱引用计数增加1
mRefs->incWeak(id);
returnmRefs; //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，现在开始进入wp的析构。
（4）wp析构的影响
wp进入析构函数，这表明它快要离世了。
[-->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
constint32_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;
}
}
}
OK，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
constint32_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，可接着从delete this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
//的时候就保存mRefs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
constint32_t c = android_atomic_dec(&impl->mWeak);
if (c!= 1) return;
//这次弱引用计数终于变为0，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(A);
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。按照前面所学的知识，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
{
returnsp<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]
boolRefBase::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，则强引用计数要增加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();
}
returntrue; //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3，二进制表示是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
{
publicA()
{
extendObjectLifetime(OBJECT_LIFETIME_WEAK);//在构造函数中调用
}
}
int main()
{
A *pA =new A();
wp<A> wpA(A);//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);
constint32_t c = android_atomic_dec(&refs->mStrong);
if (c== 1) { //上面原子操作后，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);
constint32_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，调用上边的原子减操作后
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， 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，我直接的答案是：
· 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:
inlineLightRefBase() : 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);
}
}
inlineint32_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，但里边的关系，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的方式也需要很多时间。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？由于有了这样的构想，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类以及常用同步类的分析
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（既然是封装，要掌握它，最重要的当然是与Pthread相关的知识）的类。我们拟先行分析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，但它构造函数中的那个canCallJava却一度使我感到费解。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_tpriority, 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_tentryFunction,
void *userData,
const char*threadName = "android:unnamed_thread",
int32_tthreadPriority = PRIORITY_DEFAULT,
size_tthreadStackSize = 0,
thread_id_t*threadId = 0)
{
returnandroidCreateThreadEtc(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，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_tentryFunction,
void*userData,const char* threadName,
int32_tthreadPriority,size_t threadStackSize,
android_thread_id_t*threadId)
{
returngCreateThreadFn(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，很可惜，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
在第四章4.2.1的第2小节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);
return0;
}
所以，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_tentryFunction,
void* userData,
const char*threadName,
int32_tthreadPriority,
size_t threadStackSize,
android_thread_id_t* threadId)
{
void**args = (void**) malloc(3 * sizeof(void*));
intresult;
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);
returnresult;
}
[-->AndroidRuntime.cpp]
int AndroidRuntime::javaThreadShell(void* args){
......
intresult;
//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);
returnresult;
}
3. 费力而讨好
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。
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，但是最后未detach的线程如果有，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JNIcheck。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
不论一分为二是如何处理的，最终的线程函数_threadLoop都会被调用，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
boolfirst = true;
do {
bool result;
if(first) {
first = false;
//self代表继承Thread类的对象，第一次进来将调用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);
return0;
}
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（这种函数我们也称之为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。
了解Windows下的多线程编程，有很多参考资料，但我以为，现在先学习MSDN就可以了。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《Programmingwith POSIX Thread》（本书只有英文版的，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，保证一次只能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”，你必须等里边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与它相关的知识。在Android系统中，多线程也是常见和重要的编程手段，务请大家重视。
Mutex类确实比Raw API方便好用，不过还是稍显麻烦。来看下一节。
（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够多麻烦：
· 显示调用Mutex的lock。
· 在某个时候要记住调用该Mutex的unlock。
以上这些操作都必须一一对应，否则会出现“死锁”！有些代码中，在判断分支特别多的情况下，unlock这句代码被写得比比皆是，如稍有不慎，在某处就会忘写了它。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]
classAutolock {
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一种使用场景：
· 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
voidsignal();
//触发者A用来通知条件已经满足，所有等待者都会被唤醒
voidbroadcast();
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_tCondition::waitRelative(Mutex& mutex, nsecs_t reltime) {
#if defined(HAVE_PTHREAD_COND_TIMEDWAIT_RELATIVE)
structtimespec 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？
· 上面代码中，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类使用的印象。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
前边推荐的《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。
returnmStatus;
}
那么，什么地方会触发这个条件呢？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);
return0;
}
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。
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做为切入点，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，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++或者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，抢先在线程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的使用比它所要保护的内容还复杂，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，这样同一时刻只能有一个CPU访问总线。
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。
*/
INT32i = 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]，注意该文件位置在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的和其他系统上的相同，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，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，也可以是来自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类的分析
我们以Looper使用的一个常见例子来分析Looper类。
[-->例子1]
//定义一个LooperThread
class LooperThread extends Thread {
publicHandler 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
{
......
newLooperThread().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，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]
publicstatic final void prepare() {
//一个Looper只能调用一次prepare
if(sThreadLocal.get() != null) {
thrownew 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(newLooper());
}
//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：
· Looper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。那么，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，里边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
publicHandler(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
publicHandler(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
publicHandler(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了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做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：
· 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。
2.1 Handler和Message
Handle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;
}
看到上面这些函数可以想见，如果没有Handler的辅助，当我们自己操作MessageQueue的enqueueMessage时，得花费多大功夫！
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。
2.2 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，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。下一节内容就将谈及此问题。
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，定要铸成大错！
同步关系肯定和多线程有关，看下面的一个例子：
[-->例子2]
//先定义一个LooperThread类
class LooperThread extends Thread {
publicLooper 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
{
LooperThreadlpThread= 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的赋值则在线程1，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。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
publicLooper 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。
publicvoid 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，还分析了方类HandlerThread，它降低了创建和使用带有消息队列的线程的难度。
