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。主线程的作用是运行四大组件以及处理他们和用户的交互，所以就要避免主线程由于耗时操作被阻塞从而出现ANR现象，这个时候就可以用子线程来执行耗时任务，比如网络请求，I/O操作等。除Thread外，在Android中能扮演线程的角色还有很多，比如：AsyncTask、IntentService和HandlerThread。对于AsyncTask来说，它的底层用到了线程池，对后两者来说，他们的底层则直接使用了线程。

         AsycnTask封装了线程池和Handler，主要用来方便开发者在子线程中更新UI，很常见的比如更新下载的进度条。HandlerThread是一种具有消息循环的线程，上篇对Handler有相关的介绍。IntentService内部使用HandlerThread来执行任务，当任务执行完毕后IntentService自动退出。比如有一个后台线程执行很重要的任务，因为他不属于四大组件之一，优先级就会非常低，会很容易被系统杀死，而利用IntentService是一种Service，又像一个后台线程，会保证后台任务有一定优先级，不容易被系统杀死，这就是IntentService的优点。

   在操作系统中，线程是最小的调度单元，但是线程不可能无限制的产生，而且线程的创建和销毁都会有相应的开销。如果在一个进程中频繁的创建和销毁线程显然不是高效的做法。正确的方式是采用线程池，一个线程池会缓存一定数量的线程，这样就可以避免因为频繁创建和销毁线程所带来的系统开销。Android中的线程池同样来源于Java，主要是通过Executor来派生特定类型的线程池，不同种类的线程池又具有不同的特性，下面会一一介绍。

 

1.AsyncTask

         AsyncTask是一种轻量级的异步任务类，这也就是说他并不适合执行特别耗时的任务，对于特别耗时的任务建议使用后面介绍的线程池。AsyncTask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，他提供了Params，Progress和Result三个泛型参数，Params表示参数的类型，Progress表示后台任务执行进度的类型，Result表示后台任务返回结果的类型。这个类的声明如下：

pubilc abstract class AsyncTask<Params,Progress,Result>。

         也许这样说依然没把这几个参数讲明白，下面对这个类做更详细的解释。

         AsyncTask提供了四个核心方法，含义如下所示：

(1) onPreExecute()，在主线程中执行，在异步任务执行之前该方法会被系统调用，做一些准备工作。

(2) doInBackground(Params...values)，在线程池中执行，在这个方法中声明要执行的异步任务。params表示异步任务的输入参数。在该方法中可以调用publishProgress方法来更新任务的进度，publishProgress方法会调用onProgressUpdate方法。同时publishProgress也会返会计算结果给onPostExecute方法。

(3) onProgressUpdate(Progress...values)，在主线程中执行，当后台任务进度发生变化时该方法会被调用。

(4) onPostExecute(Result result)，在主线程中执行，在异步任务执行之后被调用，result参数是这个任务也就是doInBackground的返回值。 可以在界面做一个弹窗来提醒任务已完成或者其他提示。

   那很显然这四个方法的调用次序和标号是一样的，除此之外，AsyncTask还提供了isCancelled方法，当异步任务被外界取消时会调用这个函数，这个时候onPostExecute则不会被调用。下面是一个示例：

private class DownloadFilesTask extends AsyncTask<URL,Integer,Long>{

    protected Long doInBackground(URL... urls){

        int count = urls.length;

        long totalSize = 0;

       for(int i = 0;i <count;i++){

          totalSize +=Downloader.downloadFile(urls[i]);

          publishProgress((int)((i/(float)count)*100));

          If(isCancelled())

             break;

       }

       return tatalSizes;

    }

    protected void onProgressUpdate(Integer... progress){

        setProgessPercent(progress[0]);

    }

    protected void onPostExecute(Long result){

        showDialog(“Downloaded”+result+”bytes”);

    }

}

   上面代码中...表示参数的数量不定，它是一种数组型参数。所以当要执行下载任务时就可以用如下的方式来完成：

           new DownloadFilesTask().execute(url1,url2,url3);

           AsyncTask在使用过程中需要注意以下几点：

(1)AsyncTask的类必须在主线程中加。在ActivityThread的main方法中会调用AsyncTask的init方法，也就瞒住了这条要求。

(2)AsyncTask的对象必须在主线程中创建。

(3)execute方法必须在UI线程调用。

(4)不要再程序中调用上面说的四个核心方法。

(5)一个AsyncTask方法只能被执行一次，也就是说execute方法只能调用一次，否则会报出异常。

   在Android1.6之前，AsyncTask是穿行执行任务的，Android1.6的时候开始在线程池并行处理，但是从Android3.0开始，为了避免AsyncTask带来的并发错误，AsyncTask有采用一个线程串行执行任务。但是，我们依然可以通过AsyncTask的executeOnExecutor方法并行的执行任务。

 

1.1 AsyncTask的工作原理

   从他的execute方法开始分析，该方法只有一句方法体：return executeOnExecutor(sDefaultExecutor,params);

在executeOnExecutor方法中会依次执行onPreExecute和exec.execute(mFuture)，系统把params参数封装成了FutureTask类型的实例mFuture。代码中sDefaultExecutor是一个串行的线程池，一个进程中所有的AsyncTask都会在这个线程池中排队执行。exec是一个SerialExecutor类型线程池的对象，也就是前面的sDefaultExecutor。SerialExecutor维护一个Runnable类型的队列mTask，在execute方法中，先把mFuture任务插入到这个队列，如果没有正在活动的AsyncTask就会调用schedualNext方法来执行下一个AsyncTask。同时当一个AsyncTask执行完后AsyncTask会执行下一个任务直到所有的任务执行完。从这一点来看，AsyncTask是默认串行执行的。下面是SerialExecutor的execute方法片段，便于理解：

public synchronized void execute(final Runable r){

    mTask.offer(new Runnable()){

        public void run(){

           try{

                  r.run();

               }finally{

                   schdualNext();

                }

        }

    });

    If(mActivte == null){

         schdualNext();

    }

}

  schdualNext()的方法体如下：

      if((mActive == mTask.poll()!=null)){

          THREAD_POLL_EXECUTOR.execute(mActive);

      }

   由此可见AsyncTask中有两个线程池(SerialExecutor和THREAD_POLL_EXECUTOR)，还有一个Handler(InternalHandler)。线程池SerialExecutor用于任务的排队，线程池THREAD_POLL_EXECUTOR用于真正的执行任务，InternalHandler用于将执行环境从线程池切换到主线程。

下面通过一系列的实验观察AsyncTask到底是串行执行还是并行执行：

pubilc void onClick(View v){

    If(v ==Button){

       new MyAsyncTask(“AsyncTask#1”).execute(“”);

       new MyAsyncTask(“AsyncTask#1”).execute(“”);

       new MyAsyncTask(“AsyncTask#1”).execute(“”);

       new MyAsyncTask(“AsyncTask#1”).execute(“”);

       new MyAsyncTask(“AsyncTask#1”).execute(“”);

    }

}

private static class MyAsyncTask extends AsyncTask<String,Integer,String>{

    private String mName = “AsyncTask”;

    public MyAsyncTask(String name){

        super();

        mName = name;

    }

    @Override

    protected String doInBackground(String... params){

        try{

           Thread.sleep(3000);

        }catch(InterruptrfExcepion e){

            e.printStacjTrace();

        }

       return mName;

    }

    @Override

    protected void onPostExecute(String result){

       super.onPostExecete(result);

       SimpleDateFormat date = new SimpleDateFormat(“yyyy-MM-dd HH:mm:ss”);

       Log.e(TAG,result+”execute finish at ”+date.format(new Date()));

    }

}

按前面的说法，AsyncTask在Android2.3.3上面的执行结果应该是并行的，在Android4.1.1上面执行的结果应该是串行的。

Android4.1.1的结果如图所示，一共用时15秒且时间间隔是3秒，很显然是串行执行的。

 

Android2.3.3的结果如图所示，五个AsyncTask结束时间是一致的，显然是并行执行的。

 

那为了让AsyncTask在And4roid3.0及以上版本中可以并行执行，可以用采用executeOnexecutor方法。

onClick方法体改为：

if(v == mButton){

    if(Build.VERSION.SDK_INT>=Build.VERSION_CODES.HONEYCOMB){

         new MyAsyncTask(“AsyncTask#1”).executeOnExecutor(AsyncTask.THREAD_POLL_EXECUTOR,””);

         .......//按上述方式声明5个MyAsyncTask

    }

}

MyAsyncTask类不变，在Android4.1.1的执行结果如下，显然目的达到了。

 

2.IntentService

       HandlerThread要介绍的内容并不多，合并到IntentService一起说吧。HandlerThread继承了Thread，从HandleraThread的实现方式来看，普通的Thread只是在run方法执行一个耗时任务，而它则在run方法中通过Looper.perpare创建了一个消息队列。外界需要通过Handler的消息方式通知HandlerThread执行一个具体的任务。它在Android中的一个具体使用就是IntentService。

        IntentService继承了Service，但他是一个抽象类，所以必须创建它的子类才能使用IntentService。前面也介绍过，IntentService适合执行一些高优先级的后台任务，当任务执行后他会自动停止。IntentService封装了HandlerThread和Handler，从他的onCreate方法就可以看出来：

pubilc void onCreate(){

   ......

   super.onCreate();

       HandlerThread.thread = new HandlerThread(“IntentService[“=mName+”]”);

       Thread.start();

       mServiceLooper = thread.getLooper();

       mServiceHandler = new ServiceHandler(mServiceLooper);

}

private final class ServiceHandler extends Handler{

    public ServiceHandler(Looper looper){

        super(looper);

    }

    @Override

    public void handleMessage(Message msg){

        onHandlerIntent((Intent)msg.obj);

        stopSelf(msg.arg1);

    }

}

        onCreate方法中通过HandlerThread的Looper构造一个Handler对象，这样通过mServiceHandler发送的消息最终都会在HandlerThread中执行。外界通过startService(intent)启动IntentService，每次启动IntentService都会调用他的onStartCommand方法，onStartCommend方法调用了onStart，onStart仅仅通过mServiceHandler发送了一个消息msg，这个消息的内容就是外界的intent。通过intent即可解析出外界启动IntentService所传递的参数，这些参数可以区分不同的后台任务，这样就可以在IntentService的onHandlerIntent方法中对不同的后台任务做处理了。onHandlerIntent是一个抽象方法，需要在子类中实现。既然消息是由mServiceHandler发送的，所以从系统而言最终还是在HandlerThread中得到执行。

   由于每执行一个后台任务就必须启动一次IntentService，而IntentService内部是通过消息的方式向HandlerThread请求执行任务，Handler的Looper是顺序处理消息的，这就意味着IntentService也是顺序执行后台任务的。下面派生一个IntentService的子类：

public class MyIntentService extends IntentService{

    private static final String TAH = “MyIntentService”;

    public MyIntentService(){

        super(TAG);

    }

    @Override

    protected void onHandlerIntent(Intent intent){

       String action = intent.getStringExtra(“task_action”);

       Log.d(TAG,”receive task:”+action);

       SystemClock.sleep(3000);

       if(“com.ryg.action.TASK1”.equals(action)){

           Log.d(TAG,”handle task:”+action);    

       }

   }

   public void onDestroy(){

       Log.e(TAG,”service destroyed.”);

       super.onDestroy();

   }

}

通过下面的代码先后发起三个后台任务的请求;

Intent service = new Intent(this,MyIntentService.class);

service.putExtra(“task_action”,”com.ryg.action.TASK1”);

startService(service);

service.putExtra(“task_action”,”com.ryg.action.TASK2”);

startService(service);

service.putExtra(“task_action”,”com.ryg.action.TASK3”);

startService(service);

运行后的日志如下所示：

 

   可见三个后台任务是排队执行的，执行的顺序和他们发起请求的顺序是一样的，当最后一个执行后MyIntentService才真正停止，从日志中可以看到调用了onDestroy。

 

3.Android中的线程池

          提到线程池就避不开说说他的好处，概括一下大概是以下三点：

(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。

(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循环执行等功能。

           Android中线程池的概念来源于Java中的Executor，Executor是一个接口，真正线程池的实现是ThreadPoolExecutor。ThreadPoolExecutor提供一系列参数来配置线程池，通过不同的参数可以创建不同的线程池，从线程池的功能来说，Android的线程池主要分为4类，这4类线程池可以通过Executor所提供的工厂方法得到。下面展示一个ThreadPoolExecutor常用的构造方法：

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，即使他们处于闲置状态；也可以将ThreadPoolExecutor的allowCoreThreadTimeOut属性设置为true，那么闲置的核心线程等待时间超过keepAlieTime后就会被终止。

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，后续的任务会被阻塞。

keepAliveTime：

非核心线程闲置时间的超时时长，超过这个时常，非核心线程就会被回收。

unit：

指定keepAliveTime参数的时间单位，这是一个枚举。

workQueue:

线程池中的任务队列，通过线程池的execute方法提交的Runnable的对象会存储在这个参数中。

threadFactory：

线程工厂，为线程池创建新线程的功能。他只有一个方法：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达到corePoolSize，那么会直接启动一个核心线程数；

(2) 如果线程池中的线程数量已经达到或超过corePoolSize，那么任务会被插入到任务队列中排队等待执行；

(3) 如果在步骤2中无法将任务查无到任务队列中，这往往是因为任务队列已满，这个时候如果线程数量未达到maximumPoolSize，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maximumPoolSize，那么就拒绝执行此任务，并且会通知调用者。

 

3.1 线程池的分类

   下面介绍Android中最常用的四类具有不同功能特性的线程池，他们都直接或间接的通过配置ThreadPoolExecutor来实现自己的功能特性。

(1) FixedThreadPool

   通过Executors的newFixedThreadPool方法来创建。他是一种线程数量固定的线程池，当线程处于空闲状态时，线程并不会被回收，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。FixedThreadPool只有核心线程并且这些线程不会被回收，这意味着他能够较快的响应外界的请求。FixedThreadPool的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的。

(2) CachedThreadPool

       通过Executors的newCachedThreadPool方法来创建。他是一种线程数不定的线程池，而且它只有非核心线程，并且最大线程数是Integer.MAX_VALUE，也就是说可以任意大。当线程池的线程都处于活动状态时，线程池会创建新的线程处理新任务，否则就利用空闲的线程来处理新任务。线程池中的线程都有超时机制。那这样看，在这中线程池中任务队列实际就是个空队列了。所以CachedThreadPool比较适合执行大量的耗时较少的任务。当整个线程池中的线程都处于闲置状态时，线程池中的线程都会超时而被停止，这个时候由于线程池中已经没有线程了，所以是几乎不占用系统资源的。

(3) ScheduledThreadPool

   通过Executors的newSchedualThreadPool方法创建。他的核心线程数是固定的，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。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。

(4) SingleThreadExecutor

   通过Executors的newSingleThreadExecutor来创建。这类线程池只有一个核心线程，他确保所有的任务都在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。

除了上面系统提供的4类线程池外，也可以根据实际需要灵活配置线程池。下面是一段简单的代码演示一下上面几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);

scheduledThreadPool.schedule(command,2000,TimeUnit.MILLSECONDS);//2000ms后执行command

scheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(command,10,1000,TimeUnnit.MILLSECONDS);//延迟10ms后每隔1000ms执行一次command

 

ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();

singleThreadExecutor.execute(command);