android asyncTask多线程优化

2017-10-24 本文已影响0人田间小鹿

AsyncTask的线程优化，我们先了解线程和它在java中的怎么使用的。然后分析android中的实现方法。在模拟实验存在的问题。给出解决方法。

1.线程

单线程只有一个顺序执行流，多线程则可以包括多个顺序执行，多个顺序流之间互不干扰。

1.1进程

进程是处于运行过程中的程序，并具有一定独立功能，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。

特征：

独立性：进程是系统中独立存在的实体，可以拥有自己独立的资源，每个进程都有自己私有的地址空间（独立的代码和数据空间）。但是进程间的切换会有较大的开销。
动态性：进程是一个正在系统中动态指令集合。并在进程中加入了时间概念。进程具有自己的生命周期和各种不同的状态。
并发性：多个进程可以在单个处理器上并发执行，多个线程之间不会互相影响。并行指同一时刻，有多条指令在多个处理器上同时执行。并发指在同一时刻，只能有一条指令执行，但多个进程，使得在宏观上具有多个进程同时执行的效果。

1.2线程

线程也被称作轻量级进程。线程是进程的执行单元。就像进程在操作系统中的地位一样，线程在程序中是独立的，并发的执行流。当进程被初始化之后，主线程就被创建了。通常一个程序只有一个主进程，但我们也可以在该进程内创建多条顺序执行流，这些顺序执行流就是Thread，每条Thread也是互相独立的。

一个线程可以拥有自己的堆，栈，自己的程序计算器和自己的局部变量，但不再拥有系统资源，它与父进程的其他线程共享该进程所有的全部资源。
多个进程共享父进程全部资源，因此我们必须确保一个进程不会妨碍同一进程的其他线程。
线程是独立运行的，它并不知道进程中是否还有其他线程的存在。线程的运行是抢占式。当前运行的进程在任何时候都可能被挂起，以便另一个线程可以运行。
一个线程可以创建和撤销另一个线程，同一个进程(Process)的多个线程(Thread)之间可以并发执行。

2.Thread和Runnable

2.1 Thread创建和启动

1.定义子Thread并重写run()。
2.创建线程对象
3.线程对象用start方法启动线程

 static class FirstThread extends Thread{
        @Override
        public void run() {
            for (int i = 0; i < 20; i++) {
                System.out.println(this.getName() + " " + i);
            }
        }
    }

2.2 实现Runnable接口创建线程类

1.定义实现Runnable接口的类，重写run方法

public class SecondThread implements Runnable

2.创建Runnable实现类的对象，并以此作为Thread的target来创建Thread对象，这个Thread对象才是真正的线程对象。

 SecondThread st = new SecondThread();

3.调用线程对象的start方法来启动该线程

 new Thread(st,"TXB").start();

2.3 Thread和Runnable比较

优缺点	继承Thread	实现Runnable
优点	简单，直接使用this.getName()来获取当前线程（因为本身是一个线程类对象）	1.只是实现了Runnable接口，还可以继承其他类2.多个线程共享一个target对象，非常适合多个线程来处理同一份资源的情况
缺点	因为线程类已经继承了Thread，所以不能再继承其他父类了	略微复杂，要使用Thread.currentThread()来获取当前线程

2.4 线程的生命周期

新建（new）
就绪（runnable）
运行（running）
阻塞（blocked）
死亡（dead）

Thread生命周期

==抢占式调度策略==

系统会给每个可执行的线程一小段的时间来处理任务；当该时间段使用完，系统就会剥夺该线程所占据的资源，让其他线程获得执行的机会。在选择下一个线程时，系统会考虑线程的优先级。
就绪和运行状态之间的转换通常不受程序控制，而是由系统线程调度所导致。

2.5 join

当在某个程序执行流中A调用其他线程的join方法，A（调用join方法的那个线程）将被阻塞，知道join方法加入的join线程完成为止。

public class Join {
    
    public static class JoinThread implements Runnable{

        @Override
        public void run() {
            for (int i = 0; i < 20; i++) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
            }
        }
        
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        JoinThread jt = new JoinThread();
        new Thread(jt,"TXB").start();

        for(int i=0;i<100;i++){
            System.out.println("i:" + i);
            if(i == 20){
                Thread joinThread = new Thread(jt, "joinThread");
                joinThread.start();
                
                try {
                    joinThread.join();
                } catch (InterruptedException e) {
                    System.out.println("e:" + e);
                }
            }
        }
    }
}

上面程序一共有3条线程：

主线程开始之后启动了名为“TXB”的线程，该子线程将会和main线程并发执行

当主线程的循环变量i等于20时，启动了名为“joinThread”的线程，然后这个线程join进了main线程。注意：此时“joinThread”不会和main线程并发执行，而是main线程必须等该线程执行结束后才可以向下执行。在“joinThread”执行时，实际上只有两条子线程（“TXB” 和 “joinThread”）并发执行，而main线程处于等待（阻塞）状态知道“joinThread”执行完。

执行结果

2.6 后台程序（Daemon Thread）

指在后台运行的线程，任务是为其他的线程提供服务。 JVM的垃圾回收线程就是典型的后台线程。
特征：如果所有的前台线程都死亡，那么后台线程会自动死亡。当整个虚拟机中只剩下后台线程时，程序就没有继续运行的必要了，所以虚拟机也就退出了。
设置指定线程为后台线程：调用Thread对象的setDaemon()方法
前台线程创建的子线程默认是前台线程，后台线程创建的子线程默认是后台线程

public class DaemonThread {
    
    public static class Daemon implements Runnable{

        @Override
        public void run() {
            for (int i = 0; i < 100; i++) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
            }
        }
        
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        
        Daemon d = new Daemon();
        Thread t = new Thread(d, "DaemonThread");

        t.setDaemon(true);

        t.start();

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);
        }

    }
}

执行结果

上面代码在main方法里先将t设置为后台线程，然后启动该线程（==要将某个线程设置为后台线程，必须在该线程启动之前设置，setDaemon(true)必须在start()之前调用，否则会引发IllegalThreadStateException==）。本来该线程和ing该执行到i = 99才会结束，但是实际上它无法运行到99，因为主线程（程序中唯一的前台线程）运行结束后，JVM会自动退出，后台线程也就自动死亡了。

2.7 sleep和yield

sleep方法：Thread类的静态方法，让当前正在执行的线程暂停一段时间，并且进入阻塞状态。当当前线程调用sleep方法进入阻塞状态之后，在它sleep的时间里，它不会获得执行的机会。就算系统中没有其他可运行的程序，处于sleep的线程也不会运行，因此sleep方法常用于暂停程序的运行。

static void sleep(long millis)
 
static void sleep(long millis,int nanos)

yield:和sleep有点类似，也是Thread类的一个静态方法。它也可以让当前正在执行的线程暂停，但不会使线程阻塞，只是将线程转入就绪状态。

sleep	yield
sleep暂停当前线程之后，会给其他线程执行机会，并不考虑线程优先级	yield方法暂停当前线程之后，==只有和当前线程优先级相同或者更高的处于就绪状态（runnable）的线程才能有执行的机会==
sleep方法会将线程转入阻塞状态，知道经过了设定的阻塞时间才会转到就绪状态	yield方法不会将线程转入阻塞状态，它只是强制让当前线程从运行状态（runnig）转到就绪状态（runnable）。因此完全有可能某个线程调用yield暂停之后又马上获得CPU资源被执行
sleep方法会抛出InterruptedException异常	不抛异常
sleep方法比yiled方法具有更好的移植性	通常不要依靠yield来控制并发线程的执行

2.9生产者和消费者

死锁出现的原因

产生死锁必须同时满足以下四个条件,只要其中任一条件不成立,死锁就不会发生.

1.互斥条件：线程要求对所分配的资源进行排他性控制,即在一段时间内某资源仅为一个进程所占有.此时若有其他进程请求该资源.则请求进程只能等待.
2.不剥夺条件：进程所获得的资源在未使用完毕之前,不能被其他进程强行夺走,即只能由获得该资源的线程自己来释放（只能是主动释放).
3.请求和保持条件：线程已经保持了至少一个资源,但又提出了新的资源请求,而该资源已被其他线程占有,此时请求线程被阻塞,但对自己已获得的资源保持不放.
4.循环等待条件：存在一种线程资源的循环等待链,链中每一个线程已获得的资源同时被链中下一个线程所请求。

 // 产品
    static class ProductObject {
        // 线程操作变量可见
        public volatile static String value;
    }

    // 生产者线程
    static class Producer extends Thread {
        Object lock;

        public Producer(Object lock) {
            this.lock = lock;
        }

        @Override
        public void run() {
            // 不断生产产品
            while (true) {
                synchronized (lock) { // 互斥锁
                    // 产品还没有被消费，等待
                    if (ProductObject.value != null) {
                        try {
                            lock.wait();
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                    // 产品已经消费完成，生产新的产品
                    ProductObject.value = "NO:" + System.currentTimeMillis();
                    System.out.println("生产产品：" + ProductObject.value);
                    lock.notify(); // 生产完成，通知消费者消费
                } 
            }
        }
    }

    // 消费者线程
    static class Consumer extends Thread {
        Object lock;

        public Consumer(Object lock) {
            this.lock = lock;
        }

        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                synchronized (lock) {
                    // 没有产品可以消费
                    if (ProductObject.value == null) {
                        // 等待，阻塞
                        try {
                            lock.wait();
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                    System.out.println("消费产品：" + ProductObject.value);
                    ProductObject.value = null;
                    lock.notify(); // 消费完成，通知生产者，继续生产
                }
            
            }
        }
    }

3. Callabe ， Future ，线程池

Callable是Runnable接口的增强版，Callable也提供了一个call()方法作为线程执行体

call()方法可以有返回值

call()方法可以声明抛出异常

Callable问题：

Callable接口并不是Runnable接口的子接口，而Thread的构造方法里形参的类型Runnable，所以Callable对象不能直接做为Thread的target；而且call方法不能直接调用，而是作为线程执行体被调用。

为了解决这几个问题：

java提供了Future接口来代替Callable接口的call方法，并为Futrue接口提供一个FutureTast实现类，这个实现了Future接口，也实现了Runnable接口。

线程池

线程池在系统启动时就创建了大量空闲的线程，程序将一个Runnable对象传给线程池，线程池就会启动一条线程来执行该对象的run方法，当run方法执行结束之后，该线程不会死亡，而是再次返回线程池中成为空闲状态，等待执行下一个Runnable对象的run方法。

Executors工厂类来生产线程池

方法	描述
newCachedThreadPool()	创建一个具有缓存功能的线程池，系统根据需要创建线程，这线程会被缓存在线程池中
newFixedThreadPool(int nThreads)	创建一个可重用的、具有固定线程数的线程池
newSingleThreadExecutor()	创建一个只有单线程的线程池，相当于newFixedThreadPool(int nThreads)传入参数为1
newScheduledThreadPool(int corePoolSize)	创建具有固定线程数的线程池，可以在指定延迟后执行线程任务。corePoolSize指池中所保存的线程数，即使线程是空闲的也被保存在线程池里
newSingleThreadScheduledExecutor()	创建只有固定线程的线程池，可以在指定延迟后执行线程任务。

前三个方法返回一个ExecutorService对象，该对象代表一个线程池，可以执行Runnable或Callable对象所代表的线程。

后两个方法返回一个ScheduledExecutorService，是ExecutorService的子类，可以在指定延迟后执行线程任务。

使用线程池来执行线程任务的步骤：

调用Executors类的静态工厂方法创建一个ExecutorService对象，该对象代表一个线程池。
创建Runnable或Callable实现类的实例，作为线程任务
调用ExecutorService对象的submit方法来提交Runnable或Callable任务
当不想再提交任何任务时调用ExecutorService对象的shutdown方法来关闭线程池

public static void main(String[] args) {
        Task work = new Task();
        FutureTask<Integer> future = new FutureTask<Integer>(work){
            //异步任务执行完成，回调
            @Override
            protected void done() {
                try {
                    System.out.println("done:"+get());
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } catch (ExecutionException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        };
        //线程池（使用了预定义的配置）
        ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();
        //executor.submit(future);
        executor.execute(future);
//      new Thread(future,"TXB").start();
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e1) {
            e1.printStackTrace();
        }
        //取消异步任务
        //future.cancel(true);
        
        try {
            //阻塞，等待异步任务执行完毕
            System.out.println(future.get()); //获取异步任务的返回值
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    
    //异步任务
    static class Task implements Callable<Integer>{

        //返回异步任务的执行结果
        @Override
        public Integer call() throws Exception {
            int i = 0;
            for (; i < 10; i++) {
                try {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "_"+i);
                    Thread.sleep(500);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            return i;
        }   
    }

4.android中的AsyncTask

在android中调用流程

AsyncTask流程

模拟android中的AsyncTask

public static void main(String[] args) {
        int CPU_COUNT = Runtime.getRuntime().availableProcessors();  //可用的CPU个数
        int CORE_POOL_SIZE = CPU_COUNT + 1; //5
        int MAXIMUM_POOL_SIZE = CPU_COUNT * 2 + 1; //9
        int KEEP_ALIVE = 1;
        
        //任务队列（128）
        final BlockingQueue<Runnable> sPoolWorkQueue =
                new LinkedBlockingQueue<Runnable>(128);
        
        //线程工厂
        ThreadFactory sThreadFactory = new ThreadFactory() {
            private final AtomicInteger mCount = new AtomicInteger(1);

            public Thread newThread(Runnable r) {
                String name = "Thread #" + mCount.getAndIncrement();
                System.out.println(name);
                return new Thread(r, name);
            }
        };
        
        //线程池
        Executor THREAD_POOL_EXECUTOR
        = new ThreadPoolExecutor(CORE_POOL_SIZE, MAXIMUM_POOL_SIZE, KEEP_ALIVE,
                TimeUnit.SECONDS, sPoolWorkQueue, sThreadFactory);
        
        //执行异步任务
        //如果当前线程池中的数量大于corePoolSize，缓冲队列workQueue已满，
        //并且线程池中的数量等于maximumPoolSize，新提交任务由Handler处理。
        //RejectedExecutionException
        for (int i = 0; i < 200; i++) {
            //相当于new AsyncTask().execute();
            THREAD_POOL_EXECUTOR.execute(new MyTask());
        }
    }
    
    static class MyTask implements Runnable{

        @Override
        public void run() {
            //System.out.println(Thread.currentThread().getName());
            while(true){
                try {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName());
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
        
    }

问题

会出现这问题：这个问题产生的原因是默认情况任务队列只分配了128，如果我们生存了200个任务，就会出现这个问题。还有一个关键是任务阻塞了，也就是很耗时的时候。

怎么解决了：我们可以进行线程池扩容
Executor THREAD_POOL_EXECUTOR = Executors.newFixedThreadPool(25);

在android中调用异步任务时使用new MyTask().executeOnExecutor(exec);

在这有可能出现内存泄露的问题。

产生的原因是如果在子线程中一直处理一些事情，时间比较长，activity在旋转或退出的时候，这个线程还好执行，并保存activity的引用，让其无法释放。

解决方法：

  @Override
    protected void onDestroy() {
        super.onDestroy();
        task.cancel(true); // 取消任务
    }
    
  class MyTask extends AsyncTask<Void, Integer, Void> {
        int i = 0;

        @Override
        protected Void doInBackground(Void... params) {
            while (!isCancelled()) {
                // Log.d("jason", String.valueOf(i++));
                SystemClock.sleep(1000);
            }
            return null;
        }
    }