Microsoft Word - 004_Android線程模式介紹.doc

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骥正艾
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Android 線程模式简介基礎概念進程與線程在 Android 框架裡, 一個應用套件 (Application Package) 通常含有多個 Java 類 (Class), 這些類可以在同一個進程 (Process) 裡執行 ; 也可以在不同的進程裡執行基於 Linux 的安全限制, 以及進程的基本特性 ( 例如, 不同進程的位址空間是獨立的 ), 如果兩個類 ( 或其對象 )

1 Android 線程模式简介基礎概念進程與線程在 Android 框架裡, 一個應用套件 (Application Package) 通常含有多個 Java 類 (Class), 這些類可以在同一個進程 (Process) 裡執行 ; 也可以在不同的進程裡執行基於 Linux 的安全限制, 以及進程的基本特性 ( 例如, 不同進程的位址空間是獨立的 ), 如果兩個類 ( 或其對象 ) 在同一個進程裏執行時, 兩者溝通方便也快速但是, 當它們分別在不同的進程裡執行時, 兩者溝通就屬於 IPC 跨進程溝通了, 不如前者方便, 也慢些一個進程是一個獨立的執行空間, 不會被正在其他進程裡的程序所侵犯這種保護方法是 Android 的重要安全機制於是, 得先認識進程的內涵, 才能進一步了解跨進程 IPC(Inter-Process Communication) 機制在 Android 的進程裡, 有一個虛擬機 (Virtual Machine, 簡稱 VM) 的對象, 可執行 Java 代碼, 也引導 JNI 本地程序的執行, 實現 Java 與 C/C++ 程序之間的溝通 ; 如下圖 : 圖 1 Android 進程裡的基本元素

2 每一個進程在誕生時, 都會誕生一個主線程 (Main Thread), 以及誕生一個 Looper 類的對象和一個 MQ(Message Queue) 資料結構每當主線程作完事情, 就會去執行 Looper 類此時, 不斷地觀察 MQ 的動態如下圖 : 圖 2 Android 內部含有多個進程主線程最主要的工作就是處理 UI 畫面的事件 (Event), 每當 UI 事件發生時,Android 框架會丟信息 (Message) 到 MQ 裡主線程看到 MQ 有新的信息時, 就取出信息, 然後依據信息內容而去執行特定的函數執行完畢, 就再繼續執行 Looper 類, 不斷地觀察 MQ 的動態大家都知道, 當兩個類都在同一個進程裡執行時, 兩者之間的溝通, 只要採取一般的函數調用 (Function Call) 就行了, 既快速又方便一旦兩個類分別在不同的進程裡執行時, 兩者之間的溝通, 就不能採取一般的函數調用途徑了只好採取 IPC 溝通途徑, 如下圖 :

3 IPC 圖 3 Android 框架的 IPC 機制之例 Android 框架的 IPC 溝通仰賴單一的 IBinder 接口此時 Client 端調用 IBinder 接口的 transact() 函數, 透過 IPC 機制而調用到遠方 (Remote) 的 ontransact() 函數例如下圖裡的 myactivity1 myactivity2 和 myservice 分別在不同的進程裡執行, 透過 C++ 層的 IBinder 接口進行跨進程的 IPC 溝通圖 4 Android IPC 機制的 IBinder 接口

4 在此圖的不同進程裡, 各有其主線程 (Thread), 這些線程可並行 (Concurrent) 執行, 形成多線程 (Multiple-Thread) 的執行環境例如上圖 4-14, myactivity1 和 myactivity2 並行執行, 並透過 C++ 層的 JavaBBinder 類而共享 ( 可能並行 ) 了 Java 層的 myservice 類之服務認識主線程在 Android 裏, 於預設情形下, 一個應用程式內的各元件 ( 如 Activity BroadcastReceiver 或 Service 等 ) 都會在同一個進程 (Process) 裏執行, 而且由該進程的主線程負責執行之在 Android 裏, 如果有特別指示, 也可以讓特定元件在不同的進程裏執行無論元件在那一個進程裏執行, 於預設情形下, 他們都是由該進程裏的主線程來負責執行之例如下述的範例, 由一個 Activity 啟動一個 Service, 兩者都在同一個進程裏執行那麼, 主線程除了要處理 Activity 元件的 UI 事件, 又要處理 Service 幕後服務工作, 通常會忙不過來該如何化解這種困境呢? 此時, 多線程 (Multi-thread) 的並行 (Concurrent) 概念了, 其可以化解主線程太過於忙碌的情形也就是說, 主線程可以誕生多個子線程來分擔其工作, 尤其是比較冗長費時的幕後服務工作, 例如播放動畫的背景音樂或從網路下載映片等於是, 主線程就能專心於處理 UI 畫面的事件了關於 Remote Service 剛才的範例裏的 Activity Service 和 BroadcastReceiver 三者都是由該 APK 的預設進程裏執行由於三者都是在同一進程裏執行, 所以它們之間的通訊是屬於進程內的短距通訊同時, 也都由該預設進程裏的主線程負責執行之那麼, 如果 Activity Service 和 BroadcastReceiver 三者並不是在同一個進程裏執行時, 它們之間的通訊就是跨進程通訊 (IPC, Inter-Process Communication) 了當 Activity 與 Service( 或 BroadcastReceiver) 之間採用 IPC 通訊時, 意味著兩者分別在不同的進程裏執行, 此時基於一般原則 : 於預設情形下,Activity BroadcastReceiver 或 Service 都是由其所屬進程裏的主線程負責執行之可知, 雙方是分別由不同 ( 進程 ) 的主線程來執行之請先看個範例, 它由一個 Activity 啟動一個遠距的 Service, 兩者分別在不同的進程裏執行如下述 XML 檔案內容 : <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> <manifest xmlns:android="

package="com.misoo.kxaa"> <application android:icon="@drawable/icon"> <activity android:name=".ac01" android:label="@string/app_name"> <intent-filter> <action android:name="android.intent.action.main" /> <category android:name="android.

5 package="com.misoo.kxaa"> <application <activity android:name=".ac01" <intent-filter> <action android:name="android.intent.action.main" /> <category android:name="android.intent.category.launcher" /> </intent-filter> </activity> <service android:name=".myservice" android:process=":remote"> <intent-filter> <action android:name="com.misoo.kxaa.remote_service" /> </intent-filter> </service> </application> </manifest> 從其中可看到,ac01 是在此應用程式的預設進程裏執行的, 而 myservice 是在名為 remote 的進程裏執行的所以 ac01 是由該預設進程的主線程所執行的, 而 myservice 則是由 remote 進程的主線程所執行的此應用程式共含有兩個進程 : 預設進程和 remote 進程請繼續看下圖 : 其中,myActivity 與 myservice 各在不同進程裏執行, 兩者都是由各進程的 main thread 所執行亦即, 兩者是由不同的線程所執行此情形下, 兩個類別裏的函數也不宜太費時 ( 例如不宜超過 5 秒鐘 ); 但必要時可誕生子線程去執行較費時的函數由於 new mybinder() 指令寫在 myservice::oncreate() 內, 所以是由 main thread 執行建構式 mybinder() 在 Binding-time 時,Binder System 會從進程的線程池 (Thread pool) 裏啟動一個線程來執行 mybinder::ontransact() 函數以此類推, 下圖的 mybinder1::ontransact() 與 mybinder1::ontransact() 兩個函數, 是由不同的線程分別執行之

就 Android 的 Java 層應用程式開發者而言, 他們可能不會太重視上述的線程機制然而, 對於軟硬整合元件開發者而言, 就非常重要了結語 Binding-time 時,Binder System 會建立 myactivity 與 mybinder( 即 myservice 的 Interface) 之間的連結 (Connection) 在 IPC calling-time 時, 每次

6 就 Android 的 Java 層應用程式開發者而言, 他們可能不會太重視上述的線程機制然而, 對於軟硬整合元件開發者而言, 就非常重要了結語 Binding-time 時,Binder System 會建立 myactivity 與 mybinder( 即 myservice 的 Interface) 之間的連結 (Connection) 在 IPC calling-time 時, 每次 IPC call,binder System 會從 Service 進程的 Thread pool 裏啟動一個 Thread 來對應 myactivity 的線程在 Binding-time 時,Binder System 會建立 myactivity 與 mybinder( 即 myservice 的 Interface) 之間的連結 (Connection) 在 IPC calling-time 時,myActivity 的線程與 mybinder 的線程會同步 (Synchronize), 讓 myactivity 開發者覺得 IPC 遠端呼叫跨進程的兩個線程, 就如同單一線程一般如下圖 : 如果從 Binder 衍生了 mybinder1 mybinder2 和 mybinder3 等子類時, 如何替 myservice 選擇適當的 mybinder 介面類別呢? 如果連續呼叫 bindservice() 兩次, 會 bind 到同一個 mybinder 物件

7 如果想 Bind 到另一個 mybinder 介面類別之物件, 可先 unbind(), 就會呼叫到 onbind() 函數, 來決定 bind 到哪一個物件其他還有更多變化的結構, 如下圖 : 主子線程的通訊模式 Message Queue 的角色在 Android 程式裏, 新誕生一個線程, 或稱執行緒 (Thread) 時, 並不會自動建立其 Message Loop Android 裏並沒有 Global 的 Message Queue 資料結構, 例如, 不同 APK 裏的物件不能透過 Massage Queue 來交換訊息 (Message) 一個線程可以誕生一個 Looper 之物件, 由它來管理此線程裏的 Message Queue 你可以誕生 Handler 之物件來與 Looper 溝通, 以便 push 新訊息到 Message Queue 裏 ; 或者接收 Looper( 從 Message Queue 取出 ) 所送來的訊息線程 A 的 Handler 物件參考可以傳遞給別的線程, 讓別的線程 B 或 C 等能送訊息來給線程 A( 存於 A 的 Message Queue 裏 ) 線程 A 的 Message Queue 裏的訊息, 只有線程 A 所屬的物件可以處理之使用 Looper.myLooper 可以取得目前線程的 Looper 物件參考值使用 mhandler = new EevntHandler(Looper.myLooper()); 可誕生用來處理目前線程的 Handler 物件 ; 其中,EevntHandler 是 Handler 的子類別使用 mhandler = new EevntHandler(Looper.getMainLooper()); 可誕生用來處

8 理 main 線程的 Handler 物件 ; 其中,EevntHandler 是 Handler 的子類別範例之一 :Looper 物件之角色 Looper 類別用來管理特定線程內物件之間的訊息交換 (Message Exchange) 你的應用程式可以誕生許多個線程, 或稱執行緒 (Thread) 而一個線程可以誕生許多個物件, 這些物件之間常常需要互相交換訊息如果有這種需要, 您可以替線程誕生一個 Looper 類別之物件, 來擔任訊息交換的管理工作 Looper 物件會建立一個 MessageQueue 資料結構來存放各物件傳來的訊息 ( 包括 UI 事件或 System 事件等 ) 如下圖: Activity Looper IntentReceiver MessageQueue Thread 每一個線程 (Thread, 或稱執行緒 ) 裏可含有一個 Looper 物件以及一個 MessageQueue 資料結構在你的應用程式裏, 可以定義 Handler 的子類別來接收 Looper 所送出的訊息 //----- Looper_01 範例 package com.misoo.kx04; import android.app.activity; import android.graphics.color; import android.os.bundle; import android.os.handler; import android.os.looper; import android.os.message; import android.view.view; import android.view.view.onclicklistener; import android.widget.button; import android.widget.linearlayout; import android.widget.textview; public class ac01 extends Activity implements OnClickListener { private final int WC = LinearLayout.LayoutParams.WRAP_CONTENT; private final int FP = LinearLayout.LayoutParams.FILL_PARENT; public TextView tv; private EventHandler mhandler;

9 private Button btn, btn2, btn3; public void oncreate(bundle icicle) { super.oncreate(icicle); LinearLayout layout = new LinearLayout(this); layout.setorientation(linearlayout.vertical); btn = new Button(this); btn.setid(101); btn.setbackgroundresource(r.drawable.heart); btn.settext("test looper"); btn.setonclicklistener(this); LinearLayout.LayoutParams param = new LinearLayout.LayoutParams(100,50); param.topmargin = 10; layout.addview(btn, param); btn2 = new Button(this); btn2.setid(102); btn2.setbackgroundresource(r.drawable.ok_blue); btn2.settext("exit"); btn2.setonclicklistener(this); layout.addview(btn2, param); tv = new TextView(this); tv.settextcolor(color.white); tv.settext(""); LinearLayout.LayoutParams param2 = new LinearLayout.LayoutParams(FP, WC); param2.topmargin = 10; layout.addview(tv, param2); setcontentview(layout); public void onclick(view v) { switch(v.getid()){ case 101: Looper looper; looper = Looper.myLooper(); mhandler = new EventHandler(looper); mhandler.removemessages(0); // 清除整個 MessageQueue 裏的事件, 確保不會通知到別人 String obj = "This my message!"; Message m = mhandler.obtainmessage(1, 1, 1, obj); // 組裝成一個 Message 物件 mhandler.sendmessage(m); // 將 Message 物件送入 MessageQueue 裏 break; case 102: finish(); break;

10 // class EventHandler extends Handler { public EventHandler(Looper looper) { public void handlemessage(message msg) { tv.settext((string)msg.obj); 說明此程式啟動時, 目前線程 ( 即主線程, main thread) 已誕生了一個 Looper 物件, 並且有了一個 MessageQueue 資料結構指令 :looper = Looper.myLooper(); 就呼叫 Looper 類別的靜態 mylooper() 函數, 以取得目前線程裏的 Looper 對象之參考值指令 :mhandler = new EventHandler(looper); 誕生一個 EventHandler 之物件來與 Looper 溝通 Activity 等物件可以藉由 EventHandler 物件來將訊息傳給 Looper, 然後放入 MessageQueue 裏 ;EventHandler 物件也扮演 Listener 的角色, 可接收 Looper 物件所送來的訊息如下圖 : Activity EHandler Looper IntentReceiver EHandler MessageQueue Thread 指令 :Message m = mhandler.obtainmessage(1, 1, 1, obj); 先誕生一個 Message 物件, 並將資料存入次物件裏

指令 :mhandler.sendmessage(m); 就透過 mhandler 物件而將訊息 m 傳給 Looper, 然後放入 MessageQueue 裏此時,Looper 物件看到 MessageQueue 裏有訊息 m, 就將它廣播出去,mHandler 物件接到此訊息時, 會呼叫其 handlemessage() 函數來處理之, 於是輸出 "This my message!

11 指令 :mhandler.sendmessage(m); 就透過 mhandler 物件而將訊息 m 傳給 Looper, 然後放入 MessageQueue 裏此時,Looper 物件看到 MessageQueue 裏有訊息 m, 就將它廣播出去,mHandler 物件接到此訊息時, 會呼叫其 handlemessage() 函數來處理之, 於是輸出 "This my message!" 於畫面上, 如下 : 範例之二 : 由別的線程送訊息到主線程的 Message Queue //----- Looper_02 範例 package com.misoo.kx04; import android.app.activity; import android.graphics.color; import android.os.bundle; import android.os.handler; import android.os.looper; import android.os.message; import android.view.view; import android.view.view.onclicklistener; import android.widget.button; import android.widget.linearlayout; import android.widget.textview; public class ac01 extends Activity implements OnClickListener { private final int WC = LinearLayout.LayoutParams.WRAP_CONTENT; private final int FP = LinearLayout.LayoutParams.FILL_PARENT; public TextView tv; private mythread t; private Button btn, btn2, btn3; public void oncreate(bundle icicle) { super.oncreate(icicle); LinearLayout layout = new LinearLayout(this); layout.setorientation(linearlayout.vertical); btn = new Button(this);

12 btn.setid(101); btn.setbackgroundresource(r.drawable.heart); btn.settext("test looper"); btn.setonclicklistener(this); LinearLayout.LayoutParams param = new LinearLayout.LayoutParams(100,50); param.topmargin = 10; layout.addview(btn, param); btn2 = new Button(this); btn2.setid(102); btn2.setbackgroundresource(r.drawable.ok_blue); btn2.settext("exit"); btn2.setonclicklistener(this); layout.addview(btn2, param); tv = new TextView(this); tv.settextcolor(color.white); tv.settext(""); LinearLayout.LayoutParams param2 = new LinearLayout.LayoutParams(FP, WC); param2.topmargin = 10; layout.addview(tv, param2); setcontentview(layout); public void onclick(view v) { switch(v.getid()){ case 101: t = new mythread(); t.start(); break; case 102: finish(); break; // class EHandler extends Handler { public EHandler(Looper looper) { public void handlemessage(message msg) { tv.settext((string)msg.obj); // class mythread extends Thread{ private EHandler mhandler; public void run() {

13 Looper mylooper, mainlooper; mylooper = Looper.myLooper(); mainlooper = Looper.getMainLooper(); String obj; if(mylooper == null){ mhandler = new EHandler(mainLooper); obj = "current thread has no looper!"; else { mhandler = new EHandler(myLooper); obj = "This is from current thread."; mhandler.removemessages(0); Message m = mhandler.obtainmessage(1, 1, 1, obj); mhandler.sendmessage(m); Android 會自動替主線程建立 Message Queue 在這個子線程裏並沒有建立 Message Queue 所以,myLooper 值為 null, 而 mainlooper 則指向主線程裏的 Looper 物件於是, 執行到指令 : mhandler = new EHandler(mainLooper); 此 mhandler 屬於主線程指令 :mhandler.sendmessage(m); 就將 m 訊息存入到主線程的 Message Queue 裏 mainlooper 看到 Message Queue 裏有訊息, 就會處理之, 於是由主線程執行到 mhandler 的 handlemessage() 函數來處理訊息由主線程送訊息給子線程上述範例裏, 是由子線程丟訊息給主線程本節將介紹如何從主線程丟訊息給子線程其方法是 : 當子線程執行 run() 函數時, 就誕生一個子線程的 Handler 物件之後, 當主線程執行 ac01::onclick() 函數時, 就藉由此 Handler 物件參考而 push 訊息給子線程例如下述範例 : //----- Looper_04 範例 package com.misoo.kx04; import android.app.activity; import android.content.context; import android.graphics.color; import android.os.bundle; import android.os.handler; import android.os.looper;

14 import android.os.message; import android.view.view; import android.view.view.onclicklistener; import android.widget.button; import android.widget.linearlayout; import android.widget.textview; public class ac01 extends Activity implements OnClickListener { private final int WC = LinearLayout.LayoutParams.WRAP_CONTENT; private final int FP = LinearLayout.LayoutParams.FILL_PARENT; public TextView tv; private mythread t; private Button btn, btn2; private Handler h; private Context ctx; public void oncreate(bundle icicle) { super.oncreate(icicle); ctx = this; LinearLayout layout = new LinearLayout(this); layout.setorientation(linearlayout.vertical); btn = new Button(this); btn.setid(101); btn.setbackgroundresource(r.drawable.heart); btn.settext("test looper"); btn.setonclicklistener(this); LinearLayout.LayoutParams param = new LinearLayout.LayoutParams(100,50); param.topmargin = 10; layout.addview(btn, param); btn2 = new Button(this); btn2.setid(102); btn2.setbackgroundresource(r.drawable.ok_blue); btn2.settext("exit"); btn2.setonclicklistener(this); layout.addview(btn2, param); tv = new TextView(this); tv.settextcolor(color.white); tv.settext(""); LinearLayout.LayoutParams param2 = new LinearLayout.LayoutParams(FP, WC); param2.topmargin = 10; layout.addview(tv, param2); setcontentview(layout); // t = new mythread(); t.start();

15 public void onclick(view v) { switch(v.getid()){ case 101: String obj = "mainthread"; Message m = h.obtainmessage(1, 1, 1, obj); h.sendmessage(m); break; case 102: h.getlooper().quit(); finish(); break; // public class EventHandler extends Handler { public EventHandler(Looper looper) { public void handlemessage(message msg) { ((Activity)ctx).setTitle((String)msg.obj); // class mythread extends Thread{ public void run() { Looper.prepare(); h = new Handler(){ public void handlemessage(message msg) { EventHandler ha = new EventHandler(Looper.getMainLooper()); String obj = (String)msg.obj + ", mythread"; Message m = ha.obtainmessage(1, 1, 1, obj); ha.sendmessage(m); ; Looper.loop(); 當子線程執行 run() 函數時, 誕生一個主線程的 EventHandler 物件, 並且藉之而 push 訊息給主線程了就進行了兩個線程之間的互相交換訊息, 也是兩個函數或物件間之交換訊息此程式輸出畫面為 :

16 ~~ END ~~

建模与图形思考

建模与图形思考 C03_c 基於軟硬整合觀點 JNI: 从 C 调用 Java 函数 ( c) By 高煥堂 3 How-to: 基於軟硬整合觀點从 C 调用 Java 函数如果控制点摆在本地 C 层, 就会常常 1. 从本地 C 函数去调用 Java 函数 ; 2. 从本地 C 函数去存取 Java 层对象的属性