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Android 的线程和线程池

从用途上分,线程分为主线程和子线程;主线程主要处理和界面相关的事情,子线程则往往用于耗时操作。

主线程和子线程

主线程是指进程所拥有的线程。Android 中主线程交 UI 线程,主要作用是运行四大组件以及处理它们和用户的交互;子线程的作业则是执行耗时任务。

Android 中的线程形态

  1. AsyncTask AsyncTask 是一种轻量级的异步任务类,可以在线程池中执行后台任务,然后把执行的进度和最终结果传递给主线程并在主线程中更新 UI, AsyncTask 是一个抽象的泛型类,提供了 Params(参数的类型)、Progress(后台任务执行进度的类型) 和 Result(后台任务的返回结果的类型) 这三个泛型参数, AsyncTask 提供了4个核心方法

    • onPreExcute(),在主线程中执行,在异步任务执行之前,此方法会被调用,一般可以用于做一些准备工作。
    • doInBackground(Params...params),在线程池中执行,此方法用于执行异步任务,params 参数表示异步任务的输入参数。在此方法中可以通过 publishProgress 方法来更新任务的进度,publishProgress 方法会调用 onProgressUpdate 方法,另外此方法需要返回计算结果给 onPostExecute 方法。
    • onProgressUpdate(Progress...values),在主线程中执行,当后台任务的执行进度发生改变时此方法会被调用。
    • onPostExecute(Resukt result),在主线程中执行,在异步任务执行之后,此方法会被调用,其中 result 参数是后台任务的返回值,即 doInBackground 的返回值。

    onPreExcute 先执行,接着是 doInBackground,最后才是 onPostExecute。 当异步任务被取消时,onCancelled() 方法会被调用,这个时候 onPostExecute 则不会被调用。

  2. AsyncTask 在具体的使用过程中的一些限制条件

    • AsyncTask 的类必须在主线程中加载;
    • AsyncTask 的对象必须在 UI 线程中创建;
    • 不要在程序中直接调用 onPreExecute、onPostExecute、doInBackground 和 onProgressUpdate 方法。
    • 一个 AsyncTask 对象只能执行一次,即只能调用一次 execute 方法,否则会报运行时异常。
    • 在 Android 1.6之前,AsyncTask 是串行执行任务的,Android 1.6的时候 AsyncTask 开始采用线程池处理并行任务,但是从 Android 3.0开始为了避免 AsyncTask 所带来的并发错误,AsyncTask 又采用一个线程来串行执行任务。但是在 Android 3.0 以及后续的版本中,仍然可以通过 AsyncTask 的 executeOnExecutor 方法来并行地执行任务。
  3. AsyncTask 的工作原理 AsyncTask 中有两个线程池(SerialExecutor 和 THREAD_POOL_EXECUTOR) 和一个 Handler(InternalHandler),线程池 SerialExecutor 用于任务的排队,线程池 THREAD_POOL_EXECUTOR 用于真正地执行任务,InternalHandler 用于将执行环境从线程池切换到主线程。

  4. HandlerThread HandlerThread 继承了 Thread,是一种可以使用 Handler 的 Thread, 它的实现就是在 run 方法中通过 Looper.prepare() 来创建消息队列,并通过 Looper.loop() 来开启消息循环。

    与普通的 Thread 相比,普通 Thread 主要用于在 run 方法中执行一个耗时任务,而 HandlerThread 在内部创建了消息队列,外界需要通过 Handler 的消息方式来通知 HandlerThread 执行一个具体的任务。

    由于 HandlerThread 的 run 方法是一个无限循环,因此当明确不需要在使用 HandlerThread 时,可以通过它的 quit 或者 quitSafely 方法来终止线程的执行。

  5. IntentService IntentService 是一种特殊的 Service,继承了 Service 并且是一个抽象类,必须创建它的子类才能使用 IntentService。IntentService可用于执行后台耗时任务,任务执行后会自动停止,并且它的优先级比单纯的线程要高很多,不容易被系统杀死。在实现上,IntentService 封装了 HandlerThread 和 Handler。

Android 中的线程池

  1. 线程池的优点

    • 重用线程池中的线程,避免因为线程的创建和销毁所带来的性能开销;
    • 能有效控制线程池的最大并发数,避免大量的线程之间因互相抢占系统资源而导致的阻塞现象;
    • 能够对线程进行简单的管理,并提供定时执行以及指定间隔循环执行等功能。
  2. ThreadPoolExecutor ThreadPoolExecutor 是线程的真正实现。

        public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                                int maximumPoolSize,
                                long keepAliveTime,
                                TimeUnit unit,
                                BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                                ThreadFactory threadFactory)
    • corePoolSize 线程池的核心线程数,默认情况下,核心线程会在线程池中一直存活,及时处于闲置状态。
    • maximumPoolSize 线程池所能容纳的最大线程数,当活动线程数达到这个数值后,后续的新任务将会被阻塞。
    • keepAliveTime 非核心线程闲置时的超时时长,超过这个时长,非核心线程就会被回收。
    • unit 用于指定 keepAliveTime 参数的时间单位,这是一个枚举,常用的有 TimeUnit、MILLSECONDS(毫秒)、TimeUnit.SECONDS(秒) 以及 TimeUnit.MINUTES(分钟)。
    • workQueue 线程池中的任务队列,通过线程池的 execute 方法提交的 Runnable 对象会存储在这个参数中。
    • threadFactory 线程工厂,为线程池通过创建新线程的功能。ThreadFactory 是一个接口,只有 一个方法:Thread newThread(Runnable r)。

    ThreadPoolExecutor 执行任务时遵循的规则

    • 如果线程池中的线程数量未达到核心线程的数量,那么会直接启动一个核心线程来执行任务;
    • 如果线程池中的线程数量已经达到或者超过核心线程的数量,那么任务会被插入到任务队列中排队等待执行;
    • 如果在步骤2中无法将任务插入到任务队列中,这往往是由于任务队列已满,这个时候如果线程数量为达到线程池规定的最大值,那么会立刻启动一个非核心线程来执行任务。
    • 如果步骤3中线程数量已经达到线程池规定的最大值,那么就拒绝执行此任务, ThreadPoolExecutor 会调用 RejectedExecutionHandler 的 rejectedExecution 方法来通知调用者。
  3. 线程池的分类

    • FixedThreadPool 通过 Executors 的 newFixedThreadPool 方法来创建。是一种线程数量固定的线程池,当线程处于空闲状态时并不会被回收,除非线程池被关闭。FixedThreadPool 中只有核心线程并且这些核心线程没有超时机制,另外任务队列也是没有大小限制。
    • CachedThreadPool 通过 Executors 的 newCachedThreadPool 方法来创建。是一种线程数量不定的线程池,只有非核心线程,最大线程数为 Integer.MAX_VALUE。线程池中的空闲线程都有超时机制,这个超时时长为60秒,超过60秒闲置线程就会被回收。CachedThreadPool 的任务队列相当于一个空集合,这样会导致任何任务都会被立即执行。
    • ScheduledThreadPool 通过 Executors 的 newScheduledThreadPool 方法来创建。它的核心线程数量是固定的,而非核心线程数是没有限制的,并且当非核心线程闲置时会被立即回收。ScheduledThreadPool 这类线程池主要用于执行定时任务和具有固定周期的重复任务。
    • SingleThreadExecutor 通过 Executors 的 newSingleThreadExecutor 方法来创建。这类线程池内部只有一个核心线程,它确保所有的任务都在同一个线程中按顺序执行。SingleThreadExecutor 的意义在于统一所有的外界任务到一个线程中,这使得在这些任务之间不需要处理线程同步的问题。

    系统预置4种线程池的典型使用方法:

        Runnable command = new Runnable(){
            @Override
            public void run(){
                SystemClock.sleep(2000);
            }
    
        ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(4);
        fixedThreadPool.execute(command);
    
        ExecutorService cachedThreadPool =Executors.newCachedThreadPool();
        cachedThreadPool.execute(command);
    
        ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(4);
        // 2000ms 后执行 command
        scheduledThreadPool.schedule(command,2000,TimeUnit.MILLISECONDS);
        // 延迟10ms,每个1000ms执行一次 command
        scheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(command,10,1000,TimeUnit.MILLISECONDS);
    
        ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
        singleThreadExecutor.execute(command);
    
        }
                                                                  2017.8.24
                                                                     W.Z.H