學習安卓開發[5] - HTTP、後臺任務以及與UI線程的交互

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在上一篇學習安卓開發[4] - 使用隱式Intent啟動簡訊、聯繫人、相機應用中瞭解了在調用其它應用的功能時隱式Intent的使用，本次基於一個圖片瀏覽APP的開發，記錄使用AsyncTask在後臺執行HTTP任務以獲取圖片URL，然後使用HandlerThread動態下載和顯示圖片

  • HTTP
    • 請求數據
    • 解析Json數據
  • AsyncTask
    • 主線程與後臺線程
    • 後臺線程的啟動與結果返回
  • HandlerThread
    • AsyncTask不適用於批量下載圖片
    • ThreadHandler的啟動和註銷
    • 創建併發送消息
    • 處理消息並返回結果

HTTP

請求數據

這裡使用java.net.HttpURLConnection來執行HTTP請求，GET請求的基本用法如下，預設執行的就是GET，所以可以省略connection.setRequestMethod("GET")，connection.getInputStream()取得InputStream後，再迴圈執行read()方法將數據從流中取出、寫入ByteArrayOutputStream中，然後通過ByteArrayOutputStream.toByteArray返回為Byte數組格式，最後轉換為String。網上還有一種方法是使用BufferedReader.readLine()來逐行讀取輸入緩衝區的數據並寫入StringBuilder。對於POST方法，可以使用getOutputStream()來寫入參數。

public byte[] getUrlBytes(String urlSpec) throws IOException {
    URL url = new URL(urlSpec);
    HttpURLConnection connection = (HttpURLConnection) url.openConnection();

    try {
        ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream();
        InputStream in = connection.getInputStream();

        if (connection.getResponseCode() != HttpURLConnection.HTTP_OK) {
            throw new IOException(connection.getResponseMessage() +
                    "with" + urlSpec);
        }

        int bytesRead = 0;
        byte[] buffer = new byte[1024];
        while ((bytesRead = in.read(buffer)) > 0) {
            out.write(buffer, 0, bytesRead);
        }
        out.close();
        return out.toByteArray();
    } finally {
        connection.disconnect();
    }
}

public String getUrlString(String urlSpec) throws IOException {
    return new String(getUrlBytes(urlSpec));
}
解析Json數據

url為百度的圖片介面，返回json格式數據，所以將API返回的json字元串轉換為JSONObject，然後遍歷json數組，將其轉換為指定的對象。

    ...
    String url = "http://image.baidu.com/channel/listjson?pn=0&rn=25&tag1=明星&ie=utf8";
    String jsonString = getUrlString(url);
    JSONObject jsonBody = new JSONObject(jsonString);
    parseItems(items, jsonBody);
    ...


private void parseItems(List<GalleryItem> items, JSONObject jsonObject) throws IOException, JSONException {
    JSONArray photoJsonArray = jsonObject.getJSONArray("data");
    for (int i = 0; i < photoJsonArray.length() - 1; i++) {
        JSONObject photoJsonObject = photoJsonArray.getJSONObject(i);
        if (!photoJsonObject.has("id")) {
            continue;
        }
        GalleryItem item = new GalleryItem();
        item.setId(photoJsonObject.getString("id"));
        item.setCaption(photoJsonObject.getString("desc"));
        item.setUrl(photoJsonObject.getString("image_url"));

        items.add(item);
    }
}

AsyncTask

主線程與後臺線程

HTTP相關的代碼準備好了，但無法在Fragment類中被直接調用。因為網路操作通常比較耗時，如果在主線程(UI線程)中直接操作，會導致界面無響應的現象發生。所以Android系統禁止任何主線程的網路連接行為，否則會報NewworkOnMainThreadException。
主線程不同於普通的線程，後者在完成預定的任務後便會終止，但主線程則處於無限迴圈的狀態，以等待用戶或系統的觸發事件。

後臺線程的啟動與結果返回

至於網路操作，正確的做法是創建一個後臺線程，在這個線程中進行。AsyncTask提供了使用後臺線程的簡便方法。代碼如下：

private class FetchItemsTask extends AsyncTask<Void, Void, List<GalleryItem>> {
    @Override
    protected List<GalleryItem> doInBackground(Void... voids) {
        List<GalleryItem> items = new FlickrFetchr().fetchItems();
        return items;
    }

    @Override
    protected void onPostExecute(List<GalleryItem> galleryItems) {
        mItems = galleryItems;
        setupAdapter();
    }
}

重寫了AsyncTask的doInBackground方法和onPostExecute方法，另外還有兩個方法可重寫，它們的作用分別是：

  • onPreExecute(), 在後臺操作開始前被UI線程調用。可以在該方法中做一些準備工作，如在界面上顯示一個進度條，或者一些控制項的實例化，這個方法可以不用實現。
  • doInBackground(Params...), 將在onPreExecute 方法執行後馬上執行，該方法運行在後臺線程中。這裡將主要負責執行那些很耗時的後臺處理工作。可以調用 publishProgress方法來更新實時的任務進度。該方法是抽象方法，子類必須實現。
  • onProgressUpdate(Progress...),在publishProgress方法被調用後，UI 線程將調用這個方法從而在界面上展示任務的進展情況，例如通過一個進度條進行展示。
  • onPostExecute(Result), 在doInBackground 執行完成後，onPostExecute 方法將被UI 線程調用，後臺的計算結果將通過該方法傳遞到UI 線程，並且在界面上展示給用戶
  • onCancelled(),在用戶取消線程操作的時候調用。在主線程中調用onCancelled()的時候調用

AsyncTask的三個泛型參數就是對應doInBackground(Params...)、onProgressUpdate(Progress...)、onPostExecute(Result)的，這裡設置為

AsyncTask<Void, Void, List<GalleryItem>>

所以線程完成後返回的結果類型為List

@Override
public void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState) {
    ...
    new FetchItemsTask().execute();
}

HandlerThread

AsyncTask不適用於批量下載圖片

前面通過AsyncTask創建的後臺線程獲取到了所有圖片的URL信息，接下來需要下載這些圖片並顯示到RecyclerView。但如果要在doInBackGround中直接下載這些圖片則是不合理的，這是因為：

  • 圖片下載比較耗時，如果要下載的圖片較多，需要等這些圖片都下載成功後才去更新UI，體驗很差。
  • 下載的圖片還涉及到保存的問題，數量較大的圖片不宜直接存放在記憶體，而且如果要實現無限滾動來顯示圖片，記憶體很快就會耗盡
    所以對於類似這種重覆且數量較大、耗時較長的任務來說，AsyncView便不再適合了。
    換一種實現方式，既然用RecyclerView顯示圖片，在載入每個Holder時，單獨下載對應的圖片，這樣便不會存在前面的問題了，於是該是HandlerThread登場的時候了，HandlerThread使用消息隊列工作，這種使用消息隊列的線程也叫消息迴圈，消息隊列由線程和looper組成，looper對象管理著線程的消息隊列，會迴圈檢查隊列上是否有新消息。
    創建繼承了HandlerThread的ThumbnailDownloader：
public class ThumbnailDownloader<T> extends HandlerThread

這裡T設置為之後ThumbnailDownloader的使用者，即PhotoHolder。

ThreadHandler的啟動和註銷

在Fragment創建時啟動線程：

@Override
public void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState) {
    ...
    mThumbnailDownloader.start();
    mThumbnailDownloader.getLooper();
    ...
}

在Fragment銷毀時終止線程：


@Override
public void onDestroy() {
    super.onDestroy();
    mThumbnailDownloader.quit();
}

這一步是必要的，否則即使Fragment已被銷毀，線程也會一直運行下去。

創建併發送消息

先瞭解一下Message和Handler

Message

給消息隊列發送的就是Message類的實例，Message類用戶需要定義這幾個變數：

  • what, 用戶自定義的int型消息標識代碼
  • obj，隨消息發送的對象

  • target, 處理消息的handler
    target是一個handler類實例，創建的message會自動與一個Handler關聯，message待處理時，handler對象負責觸發消息事件

    Handler

    handler是處理message的target，也是創建和發佈message的介面。而looper擁有message對象的收件箱，所以handler總是引用著looper，在looper上發佈或處理消息。handler與looper為多對一關係；looper擁有整個message隊列，為一對多關係；多個message可引用同一個handler，為多對一關係。

    使用Handler
    調用Handler.obtainMessage方法創建消息，而不是手動創建，obtainMessage會從公共回收池中獲取消息，這樣做可以避免反覆創建新的message對象，更加高效。獲取到message，隨後調用sendToTarget()將其發送給它的handler，handler會將這個message放置在looper消息隊列的尾部。這些操作在queueThumbnail中完成：
public void queueThumbnail(T target, String url) {
    Log.i(TAG, "Got a URL: " + url);
    if (url == null) {
        mRequestMap.remove(target);
    } else {
        mRequestMap.put(target, url);
        mRequestHandler.obtainMessage(MESSAGE_DOWNLOAD, target)
                .sendToTarget();
    }
}

然後在RecyclerView的Adapter綁定holder的時候，調用queueThumbnail，將圖片url發送給後臺線程。

public class PhotoAdapter extends RecyclerView.Adapter<PhotoHolder> {
    ...
    @Override
    public void onBindViewHolder(PhotoHolder holder, int position) {
        ...
        mThumbnailDownloader.queueThumbnail(holder, galleryItem.getUrl());
    }

但後臺線程的消息隊列存放的不是url，而是對應的Holder，url存放在ConcurrentMap型的mRequestMap中，ConcurrentMap是一種線程安全的Map結構。存放了holder對對應url的map關係，這樣在消息隊列中處理某個holder時，可以從mRequestMap拿到它的url。

private ConcurrentMap<T, String> mRequestMap
處理消息並返回結果
消息的處理

具體處理消息的動作通過重寫Handler.handleMessage方法實現。onLooperPrepared在Looper首次檢查消息隊列之前調用，所以在此可以實例化handler並重寫handleMessage。下載圖片的實現在handleRequest方法中，將請求API拿到的byte[]數據轉換成bitmap。

public class ThumbnailDownloader<T> extends HandlerThread {
    ...
    @Override
    protected void onLooperPrepared() {
        mRequestHandler = new Handler() {
            @Override
            public void handleMessage(Message msg) {
                if (msg.what == MESSAGE_DOWNLOAD) {
                    T target = (T) msg.obj;
                    Log.i(TAG, "Get a request for URL: " + mRequestMap.get(target));
                    handleRequest(target);
                }
            }
        };
    }


    private void handleRequest(final T target) {
        try {
            final String url = mRequestMap.get(target);
            if (url == null) {
                return;
            }
            byte[] bitmapBytes = new FlickrFetchr().getUrlBytes(url);
            final Bitmap bitmap = BitmapFactory.decodeByteArray(bitmapBytes, 0, bitmapBytes.length);
            Log.i(TAG, "Bitmap created");
            mResponseHandler.post(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    if(mRequestMap.get(target)!=url||mHasQuit){
                        return;
                    }
                    mRequestMap.remove(target);
                    mThumbnailDownloadListener.onThumbnailDownload(target,bitmap);
                }
            });
        } catch (IOException ioe) {
            Log.e(TAG, "Error downloading image", ioe);
        }
    }
結果的返回

下載得到的Bitmap需要返回給UI線程的holder以顯示到屏幕。如何做呢？UI線程也是一個擁有handler和looper的消息迴圈。所以要返回結果給UI線程，就可以反過來，從後臺線程使用主線程的handler。
那麼，後臺線程首先需要持有UI線程的handler:

public class PhotoGalleryFragment extends Fragment {
    @Override
    public void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState) {
        ...
        Handler responseHandler = new Handler();
        mThumbnailDownloader = new ThumbnailDownloader<>(responseHandler);
        ...
    }

ThumbnailDownloader的構造函數中接收UI線程的handler。圖片下載完成後就要向UI線程發佈message了，可以通過Handler.post(Runnable)進行，重寫Runable.run()方法，不讓halder處理消息，而是在這裡觸發ThumbnailDownloadListener。

public class ThumbnailDownloader<T> extends HandlerThread {
    ...
    public interface ThumbnailDownloadListener<T>{
        void onThumbnailDownload(T target, Bitmap thumbnail);
    }

    public void setThumbnailDownloadListener(ThumbnailDownloadListener<T> listener){
        mThumbnailDownloadListener=listener;
    }

    public ThumbnailDownloader(Handler responseHandler) {
        super(TAG);
        mResponseHandler=responseHandler;
    }
    private void handleRequest(final T target) {
        ...
        mResponseHandler.post(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    if(mRequestMap.get(target)!=url||mHasQuit){
                        return;
                    }
                    mRequestMap.remove(target);
                    mThumbnailDownloadListener.onThumbnailDownload(target,bitmap);
                }
            });
        ...
    }
}

mThumbnailDownloadListener被觸發後，UI線程的註冊方法就會將後臺返回的圖片綁定到其Holder。

public class PhotoGalleryFragment extends Fragment {
    @Override
    public void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState) {
        ...
        mThumbnailDownloader.setThumbnailDownloadListener(
                new ThumbnailDownloader.ThumbnailDownloadListener<PhotoHolder>() {
                    @Override
                    public void onThumbnailDownload(PhotoHolder target, Bitmap thumbnail) {
                        Drawable drawable = new BitmapDrawable(getResources(), thumbnail);
                        target.bindDrawable(drawable);
                    }
                }
        );
        ...
    }

如此，後臺任務的執行與返回就完成了。


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