Android开发艺术探索—— Android的线程和线程池

Android中除了Thread本身外，还有AsyncTask、IntentService以及相对比较特殊的HandlerThread。

AsyncTask底层用到了线程池。
IntentService和HandlerThread底层直接使用了线程。

AsyncTask封装了线程池和Handler，主要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是一种服务，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，这个进程的优先级会非常低，会很容易被杀死。而IntentService则不会。

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的资源，即线程不可能无限产生，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，除非线程小于等于CPU的核心数，一般来说这是不可能的。在一个进程中需要反复创建线程和销毁线程，就需要采用线程池，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，所以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的卡顿的感觉。为了保持较高的响应速度，这就要求主线程不能执行耗时的操作，这个时候就需要子线程。子线程也叫工作线程，除了主线程外的线程都是子线程。

Android沿用了Java的线程模型。Andorid中的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。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。这样的目的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

11.2.1 AsyncTask

通过AsyncTask可以更加更加方便地执行后台任务以及主线程访问UI，但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，如果AsyncTask确实不需要要传递具体的参数，那么这三个泛型参数可以用Void来代替。
AsyncTask类:public abstract class AsyncTask

AsyncTask提供了4个核心方法：

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。
doInBackground(Params…params),在线程中执行，此用法用于执行异步任务，params参数表示异步任务输入参数。在此方法可以通过publicProgress方法来更新任务进度，publicProgress方法来更新任务的进度，publiProgress方法会调用onPressUpdate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，当后台任务执行进度发生改变此时会被调用。
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。

onPreExecute先执行，接着是doInBackgroud，最后才是onPostExcute。除了上述四个方法以外，AsyncTask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，这时onPostExecute则不会被调用。

private class DownloadFilesTask extends AsyncTask<URL,Integer,Long>{   proteected 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));            //Excape early if cancel() is called           if(isCancelled()){                break;           }       }       return totalSize;   }   protexted void onProgressUpdata(Integer...progerss){       setProgressPercent(progress[0]);   }   protected void onPostExecute(Long result){       showDialog("Downloaded" + result + "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，它的输入的参数类型为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，它是一种数组型参数。

new DownloanFilesTack().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。当任务下载完成后，onPostEcecute方法就会被调用，它也是运行在主线程中，这里可以在界面给出一些提示，比如弹出一个对话框告知用户下载已经完成。

AsynTask的限制条件：
1.AsynTask的类必须在主线程中加载，这就意味着第一次访问AsynTask必须发生在主线程，当然这个过程在Android4.1及以上版本中已经被系统自动完成。在Android5.0的源码中，ActivityThread的main方法，main调用AsynTask的init方法。
2.AsynTask的对象必须在主线程中创建。
3.execute方法必须在UI线程中调用
4.不要在程序中直接调用onPreExecute()、onPostExecute、doInBackground和onProgressUpdate方法
5.一个AsynTask对象只执行一次，就是说只要调用一次execute方法，否则会报异常

11.2.2AsynTask的工作原理

多看几遍

11.2.3HandlerThread

HandlerThread继承Thread，它是一种可以使用Handler的Thread，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。

public void run(){  mTid = Process.myTid();  Looper.prepare();  synchronized(){     mLooper = Looper.myLooper();     notifyAll();  }  Process.setThreadPriority(mPriority);  onLooperPrepared();  Looper.loop();  mTid = -1;}

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

11.2.4 IntentService

IntentService是一种特殊的Service，它继承了Service并且它是一个抽象类，要使用IntentService必须创建它的子类。
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，它的优先级会比单纯的线程的优先级要高很多。IntentService封装了HandlerThread和Handler。

public void onCreate(){  super.onCreate();  HandlerThread thread = new HandlerThread("IntentService["+mName+"]");  thread.start();  mServiceLooper  = thread.getLooper();  mServiceHanderl = new ServiceHandler(mServiceLooper); }

当IntentService被第一次启动时，它的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。

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。onStartCommand中调用了onStart。

public void onStart(Intent intent, int startId){  Message msg = mServiceHandler.obtainMessage();  msg.arg1 = startId;  msg.obj  = intent;  mServiceHandler.sendMessage(msg);}

上面的代码，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。注意这个Intent的对象的内容和外界的startService(intent)中的intent的内容是完全一致的，通过这个Intent对象即可解析出外界启动IntentService时所传递的参数，通过这些参数来区分具体的后台任务，这样在onHandleIntent方法中就可以对不同的后台任务处理了。当onHandleIntent方法执行结束后，IntentService会通过stopSelf(int startId)方法来尝试停止服务。
这里之所以采用stopSelf(int startId)而不是stopSelf()来停止服务，那是应为stopSelf()会立刻停止服务，而这个时候可能还有其他的消息未处理，stopSelf(int startId)则会等待所有的消息都处理完在停止服务。

ServiceHandler的实现：

private final class ServiceHandler extends Handler{  public ServiceHandler(Looper looper){    super(looper);  }  @Override  public void handleMessage(Message msg){    onHandleIntent((Intent)msg.obj);    stopSelf(msg.arg1);  }}

IntentService的onHandleIntent方法是一个抽象方法。如果目前只有一个后台任务，那么onHandleIntent方法执行完这个任务后，stopSelf(int startId)就会立刻停止服务；如果目前后台存在多个后台任务，那么当onHandleIntent方法执行完最后一个任务后，stopSelf(int startId)才会直接停止服务。另外，由于每执行一个后台任务就必须启动一次IntentService，而IntentService内部则通过消息的方式向HandlerThread请求执行任务，Handler中的Looper顺序处理消息的，也就是着IntentService也顺序执行后台任务的，当有多个后台任务同时存在时，这些任务会按照外界发起的顺序排队执行。

示例：

public class LocalIntentService extends IntentService{  private static final String TAG = "LoaclIntentService";  public LocalIntentService(){    super(TAG);  }  @Override  protected void onHandleIntent(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);    }  }  @Override  public void onDestroy(){     Log.d(TAG,"service destroyed...");     super.onDestroy();  }}

11.3Android中的线程池

优点:

重用线程池中的线程，避免因为线程的创建和销毁带来的性能开销
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制定间隔循环执行等功能

Android中的线程池的概念来源于Java中的Executor。Executor是一个接口，真正的线程池的实现为ThreadPoolExecutor。从线程池的功能特性上，Android的线程池主要分为4类。

11.3.1ThreadPoolExecutor

ThreadPoolExecutor常用构造方法

public ThreadPoolExecutor(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，核心线程就会终止。

maxmumPoolSize
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，keepAliveTime同样会对作用于核心线程。

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.MINUTES(分钟)

workQueue
线程池中任务队列，通过线程池的execut方法提交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，它只有一个方法：Thread newThread(Runnable r)

ThreadPoolExecutor执行任务时遵循：
1.如果线程池中的线程数量未达到核心线程的数量，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，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，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，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，就会拒绝执行此任务，ThreadPoolExecutor会调用RejectedExecutionHandler的rejectedExecution方法来通知调用者

11.3.2线程池的分类

1.FixedThreadPool
通过Executor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。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FixedThreadPool只有核心线程并且这些核心线程不会被回收，这就意味着它能够更加快速地响应外界的请求。newFixedThreadPool方法的实现如下，可以发现FixedThreadPool中只有核心线程并且这些核心线程没有超时的机制，任务队列也没有大小的限制。

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads){  return new ThreadPoolExecutor(nThreads,nThreads,                                0L,TimeUnitl.MILLISECONDS,                                new LinkedBlockingQueue()  );}

2.CachedThreadPool
通过Executors的newCachedThreadPool方法。它是一种线程数量不定的线程池，它只有非核心线程，并且其最大线程数为Integer.MAX_VALUE。由于Integer.MAX_VALUE是一个很大的数，实际上就相当于最大线程数可以任意大。当线程池中的线程处于活动状态时，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机制，这个超时时长为60秒，超过60秒闲置线程就会被回收。和FixedThreadPool不同的是，CachedThreadPool任务队列其实相当于一个空集合，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。SynchronousQueue是一个非常特殊的队列，在很多情况下可以理解为一个无法存储元素的队列。

从CachedThreadPool的特性来看，这类线程比较适合执行大量的耗时较少的任务。当整个线程池都处于闲置状态时，线程池中的线程都会超时而被停止，这个时候CachedThreadPool之中实际中实际上是没有任何线程的，它几乎是不占用任何系统资源的。

newCachedThreadPool方法：

public static ExeutorService newCachedThreadPool(){  return new ThreadPoolExecutor(0,Integer.MAX_VALUE,                                60L,TimeUnit.SECONDS,                                new SynchronusQueue()  );}

3.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这类线程主要用于执行定时任务和具有固定周期的重复任务。

newScheduledThreadPool方法的实现：

public static ScheduledThreadPool (int corePoolSize){  return new ScheduledThreadPoolExcutor(corePoolSize);}public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize){  super(corePoolSize,Integer.MAX_VALUES,0,NANOSECONDS,        new DelayWorkQueue()  );}

4.SingleThreadExecutor
通过Executors的newSingleThreadExcutor方法创建。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。SingleThreadExcutor的意义在于统一所有的界面任务到一个线程中，这使得在这些任务之间不需要处理线程同步的问题。

newSingleThreadExecutor方法：

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor(){  return new FinalizableDelegatedExecutorService(      new ThreadPoolExecutor(1,1,0L,TimeUnit.MILLISECONDS,      new LinkedBlockingQueue())  );}

最后

看了一遍啥p都没记住。。。多看几遍

Android开发艺术探索—— 第十一章Android的线程和线程池