Android的线程和线程池

从用途上来说,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,子线程则往往用于执行耗时操作。

除了Thread本身以外,在Android中可以扮演线程角色的还有很多:AsyncTak、IntentService和HandlerThread。

AsyncTask:底层用到了线程池;封装了线程池和Handler,主要是为了方便开发者在子线程中更新UI

IntentService:底层直接使用线程,它是一个服务,系统对其进行了封装使其可以更方便地执行后台任务。内部采用了HandlerThread来执行任务,当任务执行完毕后IntentService会自动退出。从任务执行的角度来看,IntentService的作用很像一个后台线程,但是IntentService是一种服务,他不容易被系统杀死从而可以尽量保证任务的执行,而如果是一个后台线程,由于这个时候线程中没有活动的四大组件,那么这个进程的优先级就会非常低,会很容易被系统杀死。

HandlerThread:底层直接使用线程,是一种具有消息循环的线程,在它的内部可以使用Handler。

一、主线程和子线程

主线程是指进程所拥有的的线程,在Java默认情况下一个进程只有一个主线程。主线程的作用是运行四大组件以及处理它们和用户的交互,而子线程的作用则是执行耗时任务,比如网络请求、I/O操作等。

二、Android中的线程形态

2.1 AsyncTask

是一种轻量级的异步任务类,它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。但AsyncTask并不适合特别耗时的后台任务,对于特别耗时的任务来说,建议使用线程池。

AsyncTask是一个抽象的泛型类,它提供了Params、Progress和Result这三个泛型参数,其中,Params表示参数的类型,Progress表示后台任务的执行进度的类型,而Result则表示后台任务的返回结果的类型。这个类的声明如下:
public abstract class AsyncTask<Params,Progress,Result>。

提供了四个核心的方法:

1、onPreExcute(),在线程中执行,在异步任务执行之前,吃方法会被调用,一般可以用于做一些准备工作

2、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onPostExcute方法。

3、onProgressUpdate(Progress...values),在主线初中执行,当后台任务的执行进度发生时此方法会被调用

4、onPostExcute(Result 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

AsyncTask还提供了onCancelled()方法,它同样在主线程中执行,当异步任务呗取消时,onCancelled()方法会被调用,这个时候onPostExcute则不会被调用。

2.2 AsyncTask的工作原理

从它的execute方法开始分析:

sDefaultExecutor实际上是一个串行的线程池,一个进程中所有的AsyncTask全部在这个串行的线程池中排队执行。

execute方法又调用了executeOnExecutor方法:

在此方法中,onPreExecute方法最先执行,然后线程池开始执行。

下面分析线程池的执行过程:

从SerialExecutor的实现可以分析AsyncTask的排队执行过程。

首先系统会把AsyncTask的Params参数封装为FutureTask对象,FutureTask是一个并发类,在这里它充当了Runnable的作用。

接着这个FutureTask会交给SerialExecutor的execute方法处理,SerialExecutor的execute方法首先会把FutureTask对象插入到任务队列mTasks中,如果这个时候没有正在活动的AsyncTask任务,那么就会调用SerialExecutor的scheduleNext方法来执行下一个AsyncTask任务,同时当一个AsyncTask任务执行完后,AsyncTask会继续执行其他任务直到所有的任务都被执行为止。

AsyncTask中有两个线程池(SerialExcutor和THREAD_POOL_EXECUTOR)和一个Handler(InternalHandler),其中线程池SerialExecutor用于任务的排队,而线程池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,其本质仍然是线程的调用过程。

由于FutureTask的run方法会调用mWorker的call方法,因此mWorker的call方法最终会在线程池中执行:

在mWorker的call方法中,首先将mTaskInvoked设为true,表示当前任务已经被调用过了,然后执行AsyncTask的doInBAckground方法,接着将其返回值传递给postResult方法:

postResult方法会通过getHandler发送一个MESSAGE_POST_RESULT的消息,其定义如下:

2.3 HandlerThread

HandlerThread继承了Thread,是一种可以使用Handler的Thread,它的实现是在run方法中通过Looper.prepare来创建消息队列,并通过Looper.prepare来开启消息循环,这样在实际的使用中就允许在HandlerThread中创建Handler了,其run方法如下:

从HandlerThread的实现来看,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,其使用场景是在IntentService中。

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


2.4 IntentService

IntentService是一种特殊的Service,它继承了Service并且它是一个抽象类,因此必须创建它的子类侧能使用IntentService。

IntentService可用于执行后台耗时的任务,当任务执行后它会自动停止,同时由于IntentService是服务的原因,这导致它的优先级比单纯的线程要高很多,所以IntentService比较适合执行一些高优先级的后台任务,因为它优先级高不容易被系统杀死。

在实现上,IntentService封装了HandlerThread和Handler,这一点可从其onCreate方法中看出:

当IntentService被第一次创建时,其onCreate方法会被调用,onCreate方法会创建一个HandlerThread,然后使用它的Looper来构造一个Handler对象mServiceHandler,这样通过mServiceHandler发送的消息最终都会在HandlerThread中执行,从这个角度来看,IntentService也可以用于执行后台任务。每次启动IntentService,它的onStartCommand方法就会被调用一次,IntentService在onStartCommand中处理每个后台任务的Intent,而onStartCommand调用了onStart:

可以看出,IntentService仅仅是通过mServiceHandler发送了一个消息,这个消息会在HandlerThread中被处理。

mServiceHandler收到消息后,会将intent对象传递给onHandleIntent方法处理。通过这个Intent对象即可解析出外界启动IntentService时所传递的参数,通过这些参数就可以区分具体的后台任务,这样在onHandlerIntent方法中就可以对不同的后台任务做处理了。当onHandleIntent方法执行结束后,IntentService就会通过stopSelf(int startId)方法来尝试停止服务,stopSelf(int startId)会等待所有的消息都处理完毕后才停止服务,而stopSelf()则直接终止服务。

IntentService的onHandleIntent方法是一个抽象方法,它需要我们在子类中实现,它的作用是从Intent参数中区分具体的任务并执行这些任务。如果目前只存在一个后台任务,那么onHandleIntent方法执行完这个任务后,stopSelf(int startId)就会直接停止服务,如果目前存在多个后台任务,那么当onHandleIntent方法执行完最后一个任务时,stopSelf(int startId)才会终止服务。


三、Android中的线程池

线程池优点:

1、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

2、能有效控制线程池的最大开发并发数,避免大量的线程之间因相互抢占系统资源而导致的阻塞现象

3、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执行等功能

3.1 ThreadPoolExecutor

ThreadPoolExecutor是线程池的真正实现,它的构造方法提供了一系列参数来配置线程池,下面是ThreadPoolExecutor的一个比较常用的构造方法:

publicThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,BlockingQueue 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,即使它们处于闲置状态。如果将ThreadPoolExecutor的allowCoreThreadTimeOut属性设置为true,那么闲置的核心线程在等待新任务到来时会有超时策略,这个时间间隔由keepAliveTime所指定,当等待时间超过keepAliveTime所指定的时长后,核心线程就会被终止。

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。当ThreadPoolExecutor的allowCoreThreadTimeOut属性设置为true时,keepAliveTime同样会作用于核心线程。

unit

用于指定keepAliveTime参数的时间单位,这是一个枚举,常用的有TimeUnit.MILLISECONDS(毫秒)、TimeUnit.SECONDS(秒)以及TimeUnit.MINUTEX(分钟)等。

workQueue

线程池中的任务队列,通过线程池的execute方法日胶的Runnable对象会存储在这个参数中。

threadFactory

线程工厂,为线程池提供创建新线程的功能。ThreadFactory是一个接口,只有一个方法:Thread newThread(Runnable r)。

ThreadPoolExecutor执行任务时大致遵循如下规则:

1、如果线程池中的线程数量未必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

2、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到执行

3、如果在步骤二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未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。

4、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。

ThreadPoolExecutor的参数配置在AsyncTask中有明显的提现,下面是AsyncTask中线程池的配置情况:

从上面的代码可以知道,AsyncTask对THREAD_POOL_EXECUTOR这个线程池进行了配置,其规格是:

核心线程数等于CPU核心数+1

线程池的最大线程数为CPU核心数的2倍+1

核心线程无超时机制,非核心线程在闲置时的超时时间为1秒

任务队列容量为128

3.2 线程池的分类

3.2.1 FixedThreadPool

通过Executors的newFixedThreadPool方法来创建。它是一种线程数量固定的线程池,当线程处于空闲状态时,它们并不会被回收,除非线程池被关闭了。当所有的线程都处于活动状态时,新任务都会处于等待状态,直到有线程空闲出来。由于newFixedThreadPool只有核心线程并且这些核心线程不会被回收,这意味着它能够更快的响应外界的请求:

这些核心线程没有超时机制,任务队列也没有大小限制

3.2.2 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,并且最大线程数为Interger.MAX_VALUE。当线程池中的线程都处于活动状态时,线程池会创建新的线程来处理新任务,否则就会利用空闲的线程来处理新任务。

线程池中的空闲线程都有超时限制,这个超时时长为60秒。超过60秒的闲置线程就会被回收。

CachedThreadPool的任务队列相当于一个空集合,这将导致任何任务都会立即被执行,因为在这种场景下SynchronousQueue是无法插入任务的。

这类线程池比较适合执行大量的耗时比较少的任务。

2.2.3 ScheduledThreadPool

通过Executors的newScheduledThreadPool方法来创建。核心线程数量是固定的,而非核心线程是没有限制的,并且当非核心线程闲置时会被立即回收。

ScheduledThreadPool主要用于执行定时任务和具有固定周期的重复任务

2.2.4  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。其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。

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