第11章(1)---Android的线程和线程池

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，而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，比如AsyncTask，IntentService，同时HandlerThread也是一种特殊的线程。尽管AsyncTask，IntentService以及HandlerThread的表现形式都有别于传统的线程。对于AsyncTask来说，它的底层用到了线程池，对于IntentService以及HandlerThread来说，它们的底层则直接使用了线程。

不同形式的线程虽然都是线程，但是它们仍然具有不同的特性和使用场景。AsyncTask封装了线程池和Handler，它主要是为了方便开发者在子线程中更新UI。HandlerThread是一种具有消息循环的线程，在它的内部可以使用Handler。IntentService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，IntentService内部采用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，它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，由于这个时候进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，这就是IntentService的优点。

在操作系统中，线程是操作系统调度的最小单元，同时线程又是一种受限的系统资源，即线程不可能无限制地产生，并且线程的创建和销毁都会有相应的开销。当系统中存在大量的线程时，系统会通过时间片轮转的方式调度每个线程，因此线程不可能做到绝对的并行，除非线程数量小于等于CPU的核心数，一般来说，这是不可能的。如果在一个进程中频繁地创建和销毁线程，这显然不是高效的做法。正确的做法是采用线程池，一个线程池中会缓存一定数量的线程，通过线程池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各自的特性。

11.1 主线程和子线程

主线程是指进程所拥有的线程。在Java中默认情况下一个进程只有一个线程，这个线程就是主线程。主线程主要处理界面交互相关的逻辑，因为用户随时会和界面发生交互，因此主线程在任何时候都必须有较高的响应速度，否则就会产生一种界面卡顿的感觉。为了保持较高的响应速度，这就要求主线程中不能执行耗时的任务，这个时候子线程就派上用场了。子线程也叫工作线程，除了主线程以外的线程都是子线程。

Android沿用了Java的线程模型，其中的线程也分为主线程和子线程，其中主线程也叫UI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、IO操作等。从Android3.0开始系统要求网络访问必须在子线程中进行，否则网络访问将会失败并抛出NetworkOnMainThreadException这个异常，这样做是为了避免主线程由于被耗时操作所阻塞从而出现ANR现象。

11.2 Android中的线程形态

除了传统的Thread以外，还包含AsyncTask，HandlerThread以及IntentService，这三者的底层实现也是线程，但是它们具有特殊的表现形式，同时在使用上也各有优缺点。为了简化在子线程中访问UI的过程，系统提供了AsyncTask，AsyncTask经过几次修改，导致了对于不同的API版本AsyncTask具有不同的表现，尤其是多任务的并发执行上。

11.2.1 AsyncTask

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。从实现上来说，AsyncTask封装了Thread和Handler，通过AsyncTask可以更加方便地执行后台任务以及在主线程中访问UI，但是AsyncTask并不适合进行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, 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，如果AsyncTask确实不需要传递具体的参数，那么这三个泛型参数可以用Void来代替。

AsyncTask这个类的声明如下所示：

public abstract class AsyncTask

AsyncTask提供了4个核心方法，它们的含义如下所示

1.onPreExecute
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。

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。

3.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(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。

上面这几个方法，onPreExecute先执行，接着是doInBackground，最后才是onPostExecute。除了上述四个方法以外，AsyncTask还提供了onCancelled()方法，它同样在主线程中执行，当异步任务被取消时，onCancelled()方法会被调用，这个时候onPostExecute()方法则不会被调用。

下面提供一个典型的示例：

private class DownloadFilesTask extends AsyncTask {   @Override   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 totalSize;   }   @Override   protected void onProgressUpdate(Integer... values) {       setProgressPercent(values[0]);   }   @Override   protected void onPostExecute(Long aLong) {       showDialog("Downloaded" + aLong + "bytes");   }}

上面的代码实现了一个具体的AsyncTask类，这个类主要用于模拟文件的下载过程，它的输入参数类型为URL，后台任务的进程参数为Integer，而后台任务的返回结果为Long类型。注意到doInBackground和onProgressUpdate方法它们的参数中均包含...的字样，在Java中，...表示参数的数量不定，它是一种数组行参数，...的概念和C语言中的...是一致的。当要执行上述下载任务时，可以通过如下方式来完成。

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

在DownloadFilesTask中，doInBackground用来执行具体的下载任务并通过publishProgress方法来更新下载的进度，同时还要判断下载任务是否被外界取消了。当下载任务完成后，doInBackground会返回结果，即下载的总字节数。需要注意的是，doInBackground是在线程池中执行的。onProgressUpdate用于更新界面中下载的进度，它运行在主线程，当publishProgress被调用时，此方法就会被调用。当下载任务完成后，onPostExecute方法就会被调用，它也是运行在主线程中，这个时候我们就可以在界面上做出一些提示，比如弹出一个对话框告知用户下载已经完成。

AsyncTask在具体的使用过程中也是有一些条件限制的，主要有如下几点：

AsyncTask的类必须在主线程中加载，这就意味着第一次访问AsyncTask必须发生在主线程，当然这个过程在Android 4.1 及以上版本中已经被系统自动完成。
AsyncTask的对象必须在主线程中创建
execute方法必须在UI线程调用
不要在程序中直接调用onPreExecute，doInBackground，onProgressUpdate，onPostExecute。
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 3.0以及后续的版本中，我们仍然可以通过AsyncTask的executeOnExecutor方法来并行地执行任务。

用阿里巴巴的Java规范插件创建线程池时，发现有这么一条，强制线程池不允许使用Executors去创建，而是通过ThreadPoolExecutor的方式，这样的处理方式让写的同学更加明确线程池的运行规则，规避资源耗尽的风险。

下面这段代码是规约上的

ThreadFactory namedThreadFactory = new ThreadFactoryBuilder().setNameFormat("demo-pool-%d").build();ExecutorService singleThreadPool = new ThreadPoolExecutor(1, 1,0L, TimeUnit.MILLISECONDS,new LinkedBlockingQueue(1024), namedThreadFactory, new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());singleThreadPool.execute(()->System.out.println(Thread.currentThread().getName()));singleThreadPool.shutdown();

ThreadPoolExecutor

先看看如何使用ThreadPoolExecutor创建线程池

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,                          int maximumPoolSize,                          long keepAliveTime,                          TimeUnit unit,                          BlockingQueue workQueue,                          ThreadFactory threadFactory,                          RejectedExecutionHandler handler)

corePoolSize
线程池核心池的大小
maximumPoolSize
线程池的最大线程数
keepAliveTime
当线程数大于核心线程数时，此为终止前多余的空闲线程等待新任务的最长时间
unit
keepAliveTime的时间单位
workQueue
用来存储等待执行任务的队列
threadFactory
线程工厂
handler
拒绝策略

ArrayBlockingQueue ：一个由数组结构组成的有界阻塞队列。
LinkedBlockingQueue ：一个由链表结构组成的有界阻塞队列。
PriorityBlockingQueue ：一个支持优先级排序的无界阻塞队列。
DelayQueue：一个使用优先级队列实现的无界阻塞队列。
SynchronousQueue：一个不存储元素的阻塞队列。
LinkedTransferQueue：一个由链表结构组成的无界阻塞队列。
LinkedBlockingDeque：一个由链表结构组成的双向阻塞队列。

拒绝策略

ThreadPoolExecutor.AbortPolicy: 丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常。 (默认)
ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：也是丢弃任务，但是不抛出异常。
ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：丢弃队列最前面的任务，然后重新尝试执行任务（重复此过程）
ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：由调用线程处理该任务

@Overrideprotected void onResume() {    super.onResume();    ThreadFactory namedThreadFactory = new ThreadFactoryBuilder().setNameFormat("demo-pool-%d").build();    ExecutorService singleThreadPool = new ThreadPoolExecutor(1,1,            0L,TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue(1024),            namedThreadFactory,new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());    singleThreadPool.execute(new Task());    singleThreadPool.shutdown();}public class Task implements Runnable{    @Override    public void run() {        SystemTimeUtil.hideNavigation(SplashActivity.this);        CrashHandler.getInstance().init(SplashActivity.this);        ConnectionManager.connect();        SerialSlave.start();        // 开机运动        if (ConnectionManager.is_Connected()) {            CommandSender.get_cmdSender().putInStore();            CommandSender.get_cmdSender().takeOutStore();        }    }}