线程与更新UI，细谈原理-低调大师

线程与更新UI，细谈原理

2020-11-18 481

前言

相信不少读者都阅读过相类似的文章了，但是我还是想完整的把这之间的关系梳理清楚，细节聊好，希望你也能从中学到一些。

进入正题，大家应该都听过这样一句话——“UI更新要在主线程，子线程更新UI会崩溃”。久而久之就感觉这是个真理，甚至被认为是“官方结论”。

但是如果问你，官方什么时候在哪里说过这句话，你会不会有点懵。而且就算是官方说的，也就不一定对的是吧，众所周知，Google官方文档一直都有点说的不清不楚，需要我们进行大量实践得出实际的结论。

就好比之前的Android11更新文档，我也是看了好久，通过一个个实践才写出了适配指南，然后就发现其中一个比较明显的BUG，Google官方有说过这样一句：

下面是首先需要关注的行为变更 (无论您应用的 targetSdkVersion 是多少): 外部存储访问权限 - 应用无法再访问外部存储空间中其他应用的文件。

其实经过实践会发现，外部存储访问权限还是会和targetSdkVersion有关，具体可以看这篇Android11适配指南。

废话有点多了，今天还是通过实践案例，看看这个关于线程和UI更新的 “官方结论” 正确吗？

案例一，子线程更新button文字

1）onCreate方法中更新了按钮显示文字，修改Button的宽度为固定或者wrap_content，都不崩溃。


    <Button
        android:id="@+id/btn_ui"
        android:layout_width="100dp"
        android:layout_height="70dp"
        android:layout_centerInParent="true"
        android:text="我是一个按钮"
        />

        //或者

    <Button
        android:id="@+id/btn_ui"
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="70dp"
        android:layout_centerInParent="true"
        android:text="我是一个按钮"
        />        


    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView(R.layout.activity_ui)

        thread {
            btn_ui.text="年轻人要讲武德"
        }
    }

2）onCreate方法中更新了按钮显示文字，加了延时。

Button的宽度为固定不崩溃。Button的宽度为wrap_content，崩溃报错——Only the original thread that created a view hierarchy can touch its views。


    <Button
        android:id="@+id/btn_ui"
        android:layout_width="100dp"
        android:layout_height="70dp"
        android:layout_centerInParent="true"
        android:text="我是一个按钮"
        />

        //或者

    <Button
        android:id="@+id/btn_ui"
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="70dp"
        android:layout_centerInParent="true"
        android:text="我是一个按钮"
        />   
        

    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView(R.layout.activity_ui)

        thread {
         Thread.sleep(3000)
            btn_ui.text="年轻人要讲武德"
        }
    }

案例一分析

有点懵的感觉，不慌，来看看崩溃信息。

崩溃是在按钮宽度为wrap_content，也就是根据内容设定宽度，然后3秒之后去更新按钮文字，发生了崩溃。相比之下，有两个崩溃影响点需要注意下：

宽度wrap_content。如果设置为固定值，是不会崩溃的，见案例2，所以是不是跟布局改变的逻辑有关呢？
延时3秒。如果不延时的话，即使是wrap_content也不会崩溃，见案例1，所以是不是跟某些类的加载进度有关呢？

带着这些疑问去源码中找找答案。先看看崩溃日志：


android.view.ViewRootImpl$CalledFromWrongThreadException: Only the original thread that created a view hierarchy can touch its views.
        at android.view.ViewRootImpl.checkThread(ViewRootImpl.java:9219)
        at android.view.ViewRootImpl.requestLayout(ViewRootImpl.java:1600)
        at android.view.View.requestLayout(View.java:24884)

可以看到是ViewRootImpl的requestLayout中检查线程的时候报错了，那我们就看看这个方法：

    @Override
    public void requestLayout() {
        if (!mHandlingLayoutInLayoutRequest) {
            checkThread();
            mLayoutRequested = true;
            scheduleTraversals();
        }
    }

    void checkThread() {
        if (mThread != Thread.currentThread()) {
            throw new CalledFromWrongThreadException(
                    "Only the original thread that created a view hierarchy can touch its views.");
        }
    }

在解开谜底之前，我们先了解下ViewRootImpl。

ViewRootImpl

Activity从创建到我们看到界面，其实是经历了两个过程：加载布局和绘制。

加载布局

加载布局其实就是我们常用的setContentView(int layoutResID)方法，这个方法主要做的就是新建了一个DecorView，然后根据activity设置的主题（theme）或者特征（Feature）加载不同的根布局文件，最后再加载layoutResID资源文件。为了方便大家理解，画了一张图：

这里的最后一步是调用了LayoutInflater的inflate()方法，这个方法只做了一件事，就是解析xml文件，然后根据节点生成了view对象。最后形成了一个完整的DOM结构，返回最顶层的根布局View。(DOM是一种文档对象模型，他的层次结构是除了顶级元素，所有元素都被包括到另外的元素节点中，有点像家谱树结构，很典型的就是html代码解析)

到这里，一个有完整view结构的DecorView就创建出来了，但是它还没有被绘制，也没有被显示到手机界面上。

绘制

绘制的流程发生在handleResumeActivity中，熟悉app启动流程的朋友应该知道，handleResumeActivity方法是用来触发onResume方法的，这里也完成了DecorView的绘制。再来一张图：

总结

由此我们可以得出一些结论：
1）setContentView用来新建DecorView并加载布局的资源文件。
2）onResume方法之后，会新建一个ViewRootImpl，作为DecorView的parent对DecorView进行测量，布局和绘制等操作。
3）PhoneWindow作为Window的唯一子类，存储了DecorView变量，并对其进行管理，属于Activity和View交互的中间层。

分析崩溃

好了。再回来看看崩溃的原因：


    void checkThread() {
        if (mThread != Thread.currentThread()) {
            throw new CalledFromWrongThreadException(
                    "Only the original thread that created a view hierarchy can touch its views.");
        }
    }

可以看到是因为当前线程currentThread不是mThread的时候，就会崩溃，报的错误是 “只有创建视图层次结构的原始线程才能触摸它的视图” ，看到这里是不是猜到一些了，这个mThread难道就是“创建视图的原始线程”？

通过查找，其实这个mThread是在ViewRootImpl被创建的时候赋值的：

public ViewRootImpl(Context context, Display display) {
    mThread = Thread.currentThread();
}

而通过上方分析Activity加载布局过程得知，ViewRootImpl实例化发生在onResume之后，用来绘制DecorView到window上。

所以我们就可以得知崩溃的真正原因，就是当前线程不是ViewRootImpl创建时候的线程就会崩溃。翻译的还是比较准确的，只有创建视图的原始线程才能修改这个视图，听起来也蛮有道理的，我创造了你才有权利改变你，有那味了。

然后再看看前面的案例：

案例一，在onCreate中修改Button，这时候只是在修改DecorView，都没创建ViewRootImpl，也就没走到所以checkThread方法，当然不会崩溃了。ViewRootImpl的创建是在onResume之后。
案例二，延时3秒之后，界面也绘制完成了，创建ViewRootImpl显然是在主线程完成的，所以mThread为主线程，而改变Button的线程为子线程，所以setText方法会触发requestLayout方法重新绘制，最终导致崩溃。

但是，Button的宽度设置为固定值咋又不崩溃了？难道就不会执行checkThread方法了？奇怪。

找找setText的源码可以发现，有一个方法是负责检查是否需要新的布局——checkForRelayout()


private void checkForRelayout() {
        // If we have a fixed width, we can just swap in a new text layout
        // if the text height stays the same or if the view height is fixed.

        if ((mLayoutParams.width != LayoutParams.WRAP_CONTENT
                || (mMaxWidthMode == mMinWidthMode && mMaxWidth == mMinWidth))
                && (mHint == null || mHintLayout != null)
                && (mRight - mLeft - getCompoundPaddingLeft() - getCompoundPaddingRight() > 0)) {
            

            if (mEllipsize != TextUtils.TruncateAt.MARQUEE) {
                // In a fixed-height view, so use our new text layout.
                if (mLayoutParams.height != LayoutParams.WRAP_CONTENT
                        && mLayoutParams.height != LayoutParams.MATCH_PARENT) {
                    autoSizeText();
                    invalidate();
                    return;
                }

               //...
            }

            // We lose: the height has changed and we have a dynamic height.
            // Request a new view layout using our new text layout.
            requestLayout();
            invalidate();
        } else {
            // Dynamic width, so we have no choice but to request a new
            // view layout with a new text layout.
            nullLayouts();
            requestLayout();
            invalidate();
        }
    }

可以看到，如果布局大小没有改变的话，我们是不会去执行requestLayout方法重新进行布局绘制的，只会调用autoSizeText方法计算文字大小，invalidate绘制文字本身，所以当我们宽高设置为固定值，setText()方法就不会执行到requestLayout()方法了，自然也就执行不到checkThread()方法了。

反思

解决了问题，还需要反思下，为什么需要checkThread检查线程呢？

检查线程，其实就是检查更新UI操作的当前线程是不是当初创建UI的那个线程，这样就保证了 线程安全，因为UI控件本身不是线程安全的，但是加锁又显得太重，会降低View加载效率，毕竟是跟交互相关的。所以就直接通过判断线程这一逻辑来形成一个 单线程模型，保证View操作的线程安全。

案例二，子线程和主线程分别showToast

1）onCreate方法中弹出toast，崩溃——Can't toast on a thread that has not called Looper.prepare()


    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView(R.layout.activity_ui)

        thread {
            showToast("我去年买了个表")
        }
    }

2）onCreate方法中弹出toast，增加Looper.prepare()，Looper.loop()方法。不崩溃。

加上延时3秒，不崩溃。


    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView(R.layout.activity_ui)

        thread {
            //Thread.sleep(3000)

            Looper.prepare()
            showToast("我去年买了个表")
            Looper.loop()
        }
    }

3）使用同一个Toast实例，在子线程中的Toast没消失之前点击按钮，在主线程中修改Toast文字并显示，则程序崩溃——Only the original thread that created a view hierarchy can touch its views.。

重新运行，在子线程中显示并消失后，点击按钮，不崩溃。

换个手机——三星s9，重新运行，在子线程中的Toast没消失之前点击按钮，不崩溃。

    lateinit var mToast: Toast

    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView(R.layout.activity_ui)

        thread {
            Looper.prepare()
            mToast=Toast.makeText(this@UIMainActivity,"我去年买了个表",Toast.LENGTH_LONG)
            mToast.show()
            Looper.loop()
        }

        btn_ui.setOnClickListener {
            mToast.setText("我今年买了个表")
            mToast.show()
        }
    }

案例二分析

在解开谜底之前，我们先了解下Toast。

Toast原理

Toast.makeText(this,msg,Toast.LENGTH_SHORT).show()

简单又常用的一句代码，还是通过流程图的方式看看它是怎么创建并展示的。

和DecorView加载绘制流程如出一辙，首先加载了布局文件，创建了View。然后通过addView方法，再次新建一个ViewRootImpl实例，作为parent，进行测量布局和绘制。

崩溃分析

1）首先，说下第一次崩溃——Can't toast on a thread that has not called Looper.prepare()，也就是在创建Toast的线程必须要有Looper在运行。

根据源码我们也得知Toast的显示和隐藏都是通过Handler传递消息的，所以必须要有Handler使用环境，也就是绑定Looper对象，并且通过loop方法开始循环处理消息。

2）第二次崩溃——Only the original thread that created a view hierarchy can touch its views。

这里的崩溃和之前更新Button一样的报错，所以我们有理由怀疑也是一样的原因，在不同的线程调用了ViewRootImpl的requestLayout方法。

我们看到点击按钮的时候，调用了mToast.setText()方法，咦，这不就跟案例一一模一样了吗。

setText方法中调用了TextView的setText()方法，然后由于Toast中的TextView宽高都是wrap_content的，所以会触发requestLayout方法，最后会调用到最上层View也就是ViewRootImpl的requestLayout方法。

所以崩溃的原因就是因为Toast在第一次在子线程中show的时候，新建了一个ViewRootImpl实例，绑定了当前线程也就是子线程到mThread变量。然后同一个Toast，在主线程调用setText方法，最终会调用到ViewRootImpl的requestLayout方法，引起线程检查，当前线程也就是主线程并不是当初那个创建ViewRootImpl实例的线程，所以导致崩溃。

3）那为什么等Toast消失之后，点击按钮又不崩溃了呢？

原因就在Toast的hide方法中，最终会调用到View的assignParent方法，将Toast的mParent设置为null，也就是ViewRootImpl设置为null了。所以调用setText方法的时候也就执行不到requestLayout方法了，也就不会到checkThread方法检查线程了。贴下代码：

public void handleHide() {
    if (mView != null) {
        if (mView.getParent() != null) {
            mWM.removeViewImmediate(mView);
        }
        mView = null;
    }
}

removeViewImmediate--->removeViewLocked

private void removeViewLocked(int index, boolean immediate) {
    ViewRootImpl root = mRoots.get(index);
    View view = root.getView();
 
 //...
    if (view != null) {
        view.assignParent(null);
        if (deferred) {
            mDyingViews.add(view);
        }
    }
}

void assignParent(ViewParent parent) {
        if (mParent == null) {
            mParent = parent;
        } else if (parent == null) {
            mParent = null;
        } else {
            throw new RuntimeException("view " + this + " being added, but"+ " it already has a parent");
        }
}

4）但是但是，为啥换个手机又不崩溃了呢？

这是我偶然发现的，在我的三星S9手机上，运行时不会崩溃的，而且界面给我的反馈并不是修改当前页面上Toast上的文字，而是像新建了一个Toast展示，即时代码中写的是setText方法。

所以我猜测在部分手机上，应该是改变了Toast的设置，当调用setText方法的时候，就会马上结束当前的Toast展示，调用hide方法。然后再进行Toast文字修改并展示，也就是刚才第三点的做法。

当然这只是我的猜测，有研究过手机源码的大神也可以补充下。

总结

任何线程都可以更新UI，也都有更新UI导致崩溃的可能。

其中的关键就是view被绘制到界面时候的线程（也就是最顶层ViewRootImpl被创建时候的线程）和进行UI更新时候的线程是不是同一个线程，如果不是就会报错。

参考

https://www.jianshu.com/p/1cdd5d1b9f3d

https://www.cnblogs.com/fangg/p/12917235.html

拜拜

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2020-11-18

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2020-11-19

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