Handler, Looper

출처 : https://realm.io/kr/news/android-thread-looper-handler/

소개

안드로이드의 애플리케이션을 실행하면 시스템은 메인 액티비티를 메모리로 올려 프로세스로 만들며, 이 때 메인 스레드가 자동으로 생성됩니다. 메인 스레드는 안드로이드의 주요 컴퍼넌트를 실행하는 곳이자 UI를 그리거나 갱신하는 일을 담당할 수 있는 유일한 스레드이므로 UI 스레드라고도 불립니다.

안드로이드 화면을 구성하는 뷰나 뷰그룹을 하나의 스레드에서만 담당하는 원칙을 싱글 스레드 모델이라고 합니다. 싱글 스레드 모델의 규칙은 첫째, 메인 스레드(UI 스레드)를 블럭하지 말 것, 둘째, 안드로이드 UI 툴킷은 오직 UI 스레드에서만 접근할 수 있도록 할 것, 이 두 가지입니다. 이런 싱글 스레드 모델의 영향을 고려하지 않으면 애플리케이션의 성능이 저하될 수 있습니다. 긴 시간이 걸리는 작업을 메인 스레드에서 담당한다면 애플리케이션의 반응성이 낮아질 수 있고, 급기야 사용자의 불편함을 방지하고자 시스템이 애플리케이션을 ANR(Appication Not Responding) 상태로 전환시킬 수도 있습니다. 따라서 시간이 걸리는 작업을 하는 코드는 여분의 스레드를 사용하여 메인 스레드에서 분리해야 하고, 자연스럽게 메인 스레드와 다른 스레드가 통신하는 방법이 필요하게 됩니다.

다른 스레드에서 메인 스레드로 접근하기 위해 Looper와 Handler를 사용할 수 있으며, 안드로이드는 Java의 Thread를 좀 더 쉽게 사용할 수 있도록 래핑한 HandlerThread, 더 나아가 Thread나 Message Loop 등의 작동 원리를 크게 고려하지 않고도 사용이 가능한 AsyncTask 등의 클래스를 제공합니다. 이 글에서는 먼저 Thread-Looper-Handler의 개념을 이해하고, 나아가 HandlerThread와 AsyncTask에 대해 정리해보도록 하겠습니다.

Looper와 Handler의 사용 목적

왜 안드로이드는 메인 스레드에서만 UI 작업이 가능하도록 제한할까요? 메인 스레드가 아닌 스레드가 병렬적으로 실행되고 있을 때, 메인 스레드와 다른 스레드, 두 개 이상의 스레드가 동시에 같은 텍스트뷰에 setText()를 시도하는 경우를 생각하면 간단합니다.

둘 중 어느 스레드의 setText()가 적용될지 예측할 수 없고, 사용자는 둘 중 하나의 값만을 볼 수 있어 다른 한 스레드의 결과는 버려집니다. 이같이 두 개 이상의 스레드를 사용할 때의 동기화 이슈를 차단하기 위해서 Looper와 Handler를 사용하게 됩니다.

Looper와 Handler의 작동 원리

먼저 스레드와 Looper, Handler가 어떻게 작동하는지 알아볼까요? 메인 스레드는 내부적으로 Looper를 가지며 그 안에는 Message Queue가 포함됩니다. Message Queue는 스레드가 다른 스레드나 혹은 자기 자신으로부터 전달받은 Message를 기본적으로 선입선출 형식으로 보관하는 Queue입니다. Looper는 Message Queue에서 Message나 Runnable 객체를 차례로 꺼내 Handler가 처리하도록 전달합니다. Handler는 Looper로부터 받은 Message를 실행, 처리하거나 다른 스레드로부터 메시지를 받아서 Message Queue에 넣는 역할을 하는 스레드 간의 통신 장치입니다.

이제 Handler와 Looper, Message Queue에 대해 좀 더 자세히 살펴보겠습니다.

Handler

Handler는 스레드의 Message Queue와 연계하여 Message나 Runnable 객체를 받거나 처리하여 스레드 간의 통신을 할 수 있도록 합니다. Handler 객체는 하나의 스레드와, 해당 스레드의 Message Queue에 종속됩니다. 새로 Handler 객체를 만든 경우 이를 만든 스레드와 해당 스레드의 Message Queue에 바인드됩니다. 다른 스레드가 특정 스레드에게 메시지를 전달하려면 특정 스레드에 속한 Handler의 post나 sendMessage 등의 메서드를 호출하면 됩니다. 
앞서 Message Queue는 전달받은 Message를 선입선출 형식으로 보관한다고 설명했지만, 전달 시점에 다른 메서드를 사용하여 Queue의 맨 위로 보내거나, 원하는 만큼 Message나 Runnable 객체의 전송을 지연시킬 수도 있습니다. 자주 쓰이는 Handler의 메서드를 아래 표에 정리했습니다.

리턴값	메서드명	인자	설명
void	handleMessage	Message msg	Looper가 Message Queue에서 꺼내준 Message나 Runnable 객체를 처리  (상속 시 구현 필수)
final boolean	post	Runnable r	Message Queue에 Runnable r을 전달
final boolean	sendMessage	Message msg	Message Queue에 Message msg를 전달
final boolean	postAtFrontOfQueue	Runnable r	Message Queue의 맨 앞에 Runnable r을 전달
final boolean	sendMessageAtFrontOfQueue	Message msg	Message Queue의 맨 앞에 Message msg를 전달
final boolean	postDelayed	Runnable r, long delayMillis	delayMillis만큼 지연 후Message Queue에 Runnable r을 전달
final boolean	sendMessageDelayed	Message msg, long delayMillis	delayMillis만큼 지연 후Message Queue에 Message msg를 전달

외부, 혹은 자기 스레드로부터 받은 메시지를 어떤 식으로 처리할 지는 handleMessage() 메서드를 구현하여 정합니다. sendMessage()나 post()로 특정 Handler에게 메시지를 전달할 수 있고, 재귀적인 호출도 가능하므로 딜레이를 이용한 타이머나 스케줄링 역할도 할 수 있어 편리합니다.

Looper와 Message Queue

Looper는 무한히 루프를 돌며 자신이 속한 스레드의 Message Queue에 들어온 Message나 Runnable 객체를 차례로 꺼내서 이를 처리할 Handler에 전달하는 역할을 합니다. 메인 스레드는 Looper가 기본적으로 생성돼 있지만, 새로 생성한 스레드는 기본적으로 Looper를 가지고 있지 않고, 단지 run 메서드만 실행한 후 종료하기 때문에 메시지를 받을 수 없습니다. 따라서 기본 스레드에서 메시지를 전달받으려면 prepare() 메서드를 통해 Looper를 생성하고, loop() 메서드를 통해 Looper가 무한히 루프를 돌며 Message Queue에 쌓인 Message나 Runnable 객체를 꺼내 Handler에 전달하도록 합니다. 이렇게 활성화된 Looper는 quit()이나 quitSafely() 메서드로 중단할 수 있습니다. quit() 메서드가 호출되면 Looper는 즉시 종료되고, quitSafely() 메서드가 호출되면 현재 Message Queue에 쌓인 메시지들을 처리한 후 종료됩니다.

Message와 Runnable

Message란 스레드 간 통신할 내용을 담는 객체이자 Queue에 들어갈 일감의 단위로 Handler를 통해 보낼 수 있습니다. 일반적으로 Message가 필요할 때 새 Message 객체를 생성하면 성능 이슈가 생길 수 있으므로 안드로이드가 시스템에 만들어 둔 Message Pool의 객체를 재사용합니다. obtain() 메서드는 빈 Message 객체를, obtain(Handler h, int what …)은 목적 handler와 다른 인자들을 담은 Message 객체를 리턴합니다.
Runnable을 설명하려면 스레드를 만드는 두 가지 방법부터 말씀드려야 합니다. 새 스레드는 Thread() 생성자로 만들어서 내부적으로 run()을 구현하던지, Thread(Runnable runnable) 생성자로 만들어서 Runnable 인터페이스를 구현한 객체를 생성하여 전달하던지 둘 중 하나의 방법으로 생성하게 됩니다. 후자에서 사용하는 것이 Runnable로 스레드의 run() 메서드를 분리한 것입니다. 따라서 Runnable 인터페이스는 run() 추상 메서드를 가지고 있으므로 상속받은 클래스는 run()코드를 반드시 구현해야 합니다.
앞서 언급한대로 Message가 int나 Object같이 스레드 간 통신할 내용을 담는다면, Runnable은 실행할 run() 메서드와 그 내부에서 실행될 코드를 담는다는 차이점이 있습니다.

HandlerThread

Looper에서 언급했듯이 안드로이드의 스레드는 Java의 스레드를 사용하기 때문에 안드로이드에서 도입한 Looper를 기본으로 가지지 않는다는 불편함이 있습니다. 이 같은 불편함을 개선하기 위해 생성할 때 Looper를 자동으로 보유한 클래스를 제공하는데, 이것이 바로 HandlerThread입니다.
HandlerThread는 일반적인 스레드를 확장한 클래스로 내부에 반복해서 루프를 도는 Looper를 가집니다. 자동으로 Looper 내부의 Message Queue도 생성되므로 이를 통해 스레드로 Message나 Runnable을 전달받을 수 있습니다.

AsyncTask

AsyncTask는 스레드나 메시지 루프 등의 작동 원리를 몰라도 하나의 클래스에서 UI작업과 backgrond 작업을 쉽게 할 수 있도록 안드로이드에서 제공하는 클래스입니다. 캡슐화가 잘 되어 있기 때문에 사용시 코드 가독성이 증대되는 장점이 있으며, 태스크 스케쥴을 관리할 수 있는 콜백 메서드를 제공하고, 필요할 때 쉽게 UI 갱신도 가능하며 작업 취소도 쉽습니다. 따라서 리스트에 보여주기 위한 데이터 다운로드 등 UI와 관련된 독립된 작업을 실행할 경우 AsyncTask로 간단하게 구현할 수 있습니다.

그림: AsyncTask의 구조

그러나 AsyncTask를 사용해서 스케줄링 할 수 있는 작업 수의 제한이 있고, 몇 초 정도의 짧은 작업에서만 이상적으로 동작한다는 한계가 있습니다. 또한, 안드로이드의 버전 별로 병렬 처리 동작이 다르므로 허니콤 이후 버전에서 멀티 스레드로 병렬적인 동작을 원한다면 AsyncTask를 실행할 때 AsyncTask.THREAD_POOL_EXECUTOR 스케줄러를 지정해야 합니다. 
한편 앞서 살펴본 Handler와 Looper를 사용한다면 작동 원리를 고려해야 하며 구현을 직접 해야 하고 코드가 복잡해져서 가독성을 저해한다는 단점이 있지만 그만큼 개발 범위가 자유롭습니다. 또한 UI 스레드에서만 작업하지 않아도 되므로 보다 많은 자율성을 가지고 코드를 제어하기를 원한다면 Handler나 HandlerThread 사용을 고려해 보세요.