淺談Android 的線程和線程池的使用

Android 的線程和線程池

從用途上分，線程分為主線程和子線程；主線程主要處理和界面相關的事情，子線程則往往用于耗時操作。

主線程和子線程

主線程是指進程所擁有的線程。Android 中主線程交 UI 線程，主要作用是運行四大組件以及處理它們和用戶的交互；子線程的作業則是執行耗時任務。

Android 中的線程形態

1、AsyncTask AsyncTask 是一種輕量級的異步任務類，可以在線程池中執行后臺任務，然后把執行的進度和最終結果傳遞給主線程并在主線程中更新 UI， AsyncTask 是一個抽象的泛型類，提供了 Params(參數的類型)、Progress(后臺任務執行進度的類型) 和 Result(后臺任務的返回結果的類型) 這三個泛型參數， AsyncTask 提供了4個核心方法

• onPreExcute()，在主線程中執行，在異步任務執行之前，此方法會被調用，一般可以用于做一些準備工作。
• doInBackground(Params...params)，在線程池中執行，此方法用于執行異步任務，params 參數表示異步任務的輸入參數。在此方法中可以通過 publishProgress 方法來更新任務的進度，publishProgress 方法會調用 onProgressUpdate 方法，另外此方法需要返回計算結果給 onPostExecute 方法。
• onProgressUpdate(Progress...values)，在主線程中執行，當后臺任務的執行進度發生改變時此方法會被調用。
• onPostExecute(Resukt result)，在主線程中執行，在異步任務執行之后，此方法會被調用，其中 result 參數是后臺任務的返回值，即 doInBackground 的返回值。

onPreExcute 先執行，接著是 doInBackground，最后才是 onPostExecute。 當異步任務被取消時，onCancelled() 方法會被調用，這個時候 onPostExecute 則不會被調用。

2、AsyncTask 在具體的使用過程中的一些限制條件

• AsyncTask 的類必須在主線程中加載；
• AsyncTask 的對象必須在 UI 線程中創建；
• 不要在程序中直接調用 onPreExecute、onPostExecute、doInBackground 和 onProgressUpdate 方法。
• 一個 AsyncTask 對象只能執行一次，即只能調用一次 execute 方法，否則會報運行時異常。
• 在 Android 1.6之前，AsyncTask 是串行執行任務的，Android 1.6的時候 AsyncTask 開始采用線程池處理并行任務，但是從 Android 3.0開始為了避免 AsyncTask 所帶來的并發錯誤，AsyncTask 又采用一個線程來串行執行任務。但是在 Android 3.0 以及后續的版本中，仍然可以通過 AsyncTask 的 executeOnExecutor 方法來并行地執行任務。

3、AsyncTask 的工作原理 AsyncTask 中有兩個線程池(SerialExecutor 和 THREAD_POOL_EXECUTOR) 和一個 Handler(InternalHandler)，線程池 SerialExecutor 用于任務的排隊，線程池 THREAD_POOL_EXECUTOR 用于真正地執行任務，InternalHandler 用于將執行環境從線程池切換到主線程。

4、HandlerThread HandlerThread 繼承了 Thread，是一種可以使用 Handler 的 Thread, 它的實現就是在 run 方法中通過 Looper.prepare() 來創建消息隊列，并通過 Looper.loop() 來開啟消息循環。

與普通的 Thread 相比，普通 Thread 主要用于在 run 方法中執行一個耗時任務，而 HandlerThread 在內部創建了消息隊列，外界需要通過 Handler 的消息方式來通知 HandlerThread 執行一個具體的任務。

由于 HandlerThread 的 run 方法是一個無限循環，因此當明確不需要在使用 HandlerThread 時，可以通過它的 quit 或者 quitSafely 方法來終止線程的執行。

5、IntentService IntentService 是一種特殊的 Service，繼承了 Service 并且是一個抽象類，必須創建它的子類才能使用 IntentService。IntentService可用于執行后臺耗時任務，任務執行后會自動停止，并且它的優先級比單純的線程要高很多，不容易被系統殺死。在實現上，IntentService 封裝了 HandlerThread 和 Handler。

Android 中的線程池

線程池的優點

• 重用線程池中的線程，避免因為線程的創建和銷毀所帶來的性能開銷；
• 能有效控制線程池的最大并發數，避免大量的線程之間因互相搶占系統資源而導致的阻塞現象；
• 能夠對線程進行簡單的管理，并提供定時執行以及指定間隔循環執行等功能。

ThreadPoolExecutor ThreadPoolExecutor 是線程的真正實現。

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
              int maximumPoolSize,
              long keepAliveTime,
              TimeUnit unit,
              BlockingQueue<Runnable> workQueue,
              ThreadFactory threadFactory)

• corePoolSize 線程池的核心線程數，默認情況下，核心線程會在線程池中一直存活，及時處于閑置狀態。
• maximumPoolSize 線程池所能容納的最大線程數，當活動線程數達到這個數值后，后續的新任務將會被阻塞。
• keepAliveTime 非核心線程閑置時的超時時長，超過這個時長，非核心線程就會被回收。
• unit 用于指定 keepAliveTime 參數的時間單位，這是一個枚舉，常用的有 TimeUnit、MILLSECONDS(毫秒)、TimeUnit.SECONDS(秒) 以及 TimeUnit.MINUTES(分鐘)。
• workQueue 線程池中的任務隊列，通過線程池的 execute 方法提交的 Runnable 對象會存儲在這個參數中。
• threadFactory 線程工廠，為線程池通過創建新線程的功能。ThreadFactory 是一個接口，只有 一個方法：Thread newThread(Runnable r)。

ThreadPoolExecutor 執行任務時遵循的規則

• 如果線程池中的線程數量未達到核心線程的數量，那么會直接啟動一個核心線程來執行任務；
• 如果線程池中的線程數量已經達到或者超過核心線程的數量，那么任務會被插入到任務隊列中排隊等待執行；
• 如果在步驟2中無法將任務插入到任務隊列中，這往往是由于任務隊列已滿，這個時候如果線程數量為達到線程池規定的最大值，那么會立刻啟動一個非核心線程來執行任務。
• 如果步驟3中線程數量已經達到線程池規定的最大值，那么就拒絕執行此任務， ThreadPoolExecutor 會調用 RejectedExecutionHandler 的 rejectedExecution 方法來通知調用者。

線程池的分類

• FixedThreadPool 通過 Executors 的 newFixedThreadPool 方法來創建。是一種線程數量固定的線程池，當線程處于空閑狀態時并不會被回收，除非線程池被關閉。FixedThreadPool 中只有核心線程并且這些核心線程沒有超時機制，另外任務隊列也是沒有大小限制。
• CachedThreadPool 通過 Executors 的 newCachedThreadPool 方法來創建。是一種線程數量不定的線程池，只有非核心線程，最大線程數為 Integer.MAX_VALUE。線程池中的空閑線程都有超時機制，這個超時時長為60秒，超過60秒閑置線程就會被回收。CachedThreadPool 的任務隊列相當于一個空集合，這樣會導致任何任務都會被立即執行。
• ScheduledThreadPool 通過 Executors 的 newScheduledThreadPool 方法來創建。它的核心線程數量是固定的，而非核心線程數是沒有限制的，并且當非核心線程閑置時會被立即回收。ScheduledThreadPool 這類線程池主要用于執行定時任務和具有固定周期的重復任務。
• SingleThreadExecutor 通過 Executors 的 newSingleThreadExecutor 方法來創建。這類線程池內部只有一個核心線程，它確保所有的任務都在同一個線程中按順序執行。SingleThreadExecutor 的意義在于統一所有的外界任務到一個線程中，這使得在這些任務之間不需要處理線程同步的問題。
  

系統預置4種線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 后執行 command
  scheduledThreadPool.schedule(command,2000,TimeUnit.MILLISECONDS);
  // 延遲10ms，每個1000ms執行一次 command
  scheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(command,10,1000,TimeUnit.MILLISECONDS);

  ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
  singleThreadExecutor.execute(command);

  }

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