要点提炼|开发艺术之线程

本篇的主要内容是Android的线程和线程池：

• 概述
• 线程形态
  • AsyncTask
  • HandlerThread
  • IntentService
• 线程池

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一.概述

1.含义：线程是CPU调度的最小单元。

2.特点：线程是一种受限的系统资源。即线程不可无限制的产生且线程的创建和销毁都有一定的开销。

Q：如何避免频繁创建和销毁线程所带来的系统开销？
A：采用线程池，池中会缓存一定数量的线程，进而达到效果。

3.分类：

• 按用途可分为两类：
  • 主线程：一般一个进程只有一个主线程，主要处理界面交互相关的逻辑。
  • 子线程：除主线程之外都是子线程，主要用于执行耗时操作。
• 按形态可分为三类：
  • AsyncTask：底层封装了线程池和Handler，便于执行后台任务以及在主线程中进行UI操作。
  • HandlerThread：一种具有消息循环的线程，其内部可使用Handler。
  • IntentService：是一种异步、会自动停止的服务，内部采用HandlerThread。

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二.线程形态

对于主线程和子线程相信已经非常熟悉了，现在主要学习以下三种形态的线程：

1.AsyncTask

a.AsyncTask：一种轻量级的异步任务类。

在Android中实现异步任务机制有两种方式：Handler和AsyncTask。

• Handler机制存在的问题：代码相对臃肿；多任务同时执行时不易精确控制线程。
• 引入AsyncTask的好处：创建异步任务更简单，直接继承它可方便实现后台异步任务的执行和进度的回调更新UI，而无需编写任务线程和Handler实例就能完成相同的任务。

b.AsyncTask是抽象的泛型类，其组成成员有：

• 三个泛型参数：
  • Params：表示执行AsyncTask需要传入的参数，可用于在后台任务中使用；
  • Progress：表示后台任务执行的进度；
  • Result： 表示后台任务的返回结果的类型；
  • 若没有传递具体的参数，这三个泛型参数都可使用void。如：

//含义：在执行AsyncTask时不需要传入参数给后台任务、使用整型数据来作为进度显示单位，最后使用布尔型数据来反馈执行结果
public abstract class AsyncTask<Void, Integer, Boolean>

• 五个核心方法：
  • onPreExecute()：
    • 运行在：主线程
    • 调用时刻：在异步任务执行之前被调用
    • 作用：可用于进行一些界面上的初始化操作
  • doInBackground(Params…params)：
    • 运行在：子线程
    • 作用：可用于处理所有的耗时任务。若需要更新UI需调用 publishProgress(Progress...)方法
    • 注意：任务一旦完成就通过return语句将任务的执行结果返回，若Result被指定为void，就可不返回执行结果
  • onProgressUpdate(Progress…values)：
    • 运行在：主线程
    • 调用时刻：在后台任务中调用publishProgress(Progress...)之后该方法会被调用
    • 作用：可利用方法中携带的参数如Progress来对UI进行相应地更新
  • onPostExecute(Result result)：
    • 运行在：主线程
    • 调用时刻：在异步任务执行完毕并通过return语句返回时被调用
    • 作用：可利用方法中返回的数据来进行一些UI操作
  • onCancelled()：
    • 运行在：主线程
    • 调用时刻：当异步任务被取消时被调用
    • 作用：可用于做界面取消的更新
  • 注意：
    • 不要直接调用onPreExecute()、doInBackground()、onProgressUpdate()、onPostExecute)和onCancelled()方法
    • AsyncTask对象必须在主线程创建
• 开始和结束异步任务的方法：
  • execute(Params...params)
    • 必须在主线程中调用
    • 作用：表示开始一个异步任务
    • 注意：一个异步对象只能调用一次execute()方法
  • cancel(booleanmayInterruptIfRunning)
    • 必须在主线程中调用
    • 作用：表示停止一个异步任务

比如自定义一个AsyncTask，来模拟一个下载任务：

class DownloadTask extends AsyncTask<Void, Integer, Boolean> {  
  
    @Override//初始化一个ProgressDialog  
    protected void onPreExecute() {  
        progressDialog.show();  
    }  
  
    @Override//具体的下载逻辑
    protected Boolean doInBackground(Void... params) {  
        try {  
            while (true) {  
                int downloadPercent = doDownload();  
                publishProgress(downloadPercent);  
                if (downloadPercent >= 100) {  
                    break;  
                }  
            }  
        } catch (Exception e) {  
            return false;  
        }  
        return true;  
    }  
  
    @Override//显示当前的下载进度
    protected void onProgressUpdate(Integer... values) {  
        progressDialog.setMessage("当前下载进度：" + values[0] + "%");  
    }  
  
    @Override//提示任务的执行结果  
    protected void onPostExecute(Boolean result) {  
        progressDialog.dismiss();  
        if (result) {  
            Toast.makeText(context, "下载成功", Toast.LENGTH_SHORT).show();  
        } else {  
            Toast.makeText(context, "下载失败", Toast.LENGTH_SHORT).show();  
        }  
    }  
}  

任务的启动和停止只需要以下几行代码：

// 开始任务  
DownloadTask mDownloadTask  = new DownloadTask();  
mDownloadTask .execute();  
   
// 停止任务  
mDownloadTask .cancel(true);  

补充实例：详解Android中AsyncTask的使用

c.工作原理

• 内部有一个静态的Handler对象即InternalHandler：
  • 作用：将执行环境从线程池切换到主线程；通过它来发送任务执行的进度以及执行结束等消息。
  • 注意：必须在主线程中创建
• 内部有两个线程池：
  • SerialExecutor：用于任务的排队，默认是串行的线程池
  • THREAD_POOL_EXECUTOR：用于真正执行任务。
• 排队执行过程：
  • 把参数Params封装为FutureTask对象，相当于Runnable；
  • 调用SerialExecutor.execute()将FutureTask插入到任务队列tasks；
  • 若没有正在活动的AsyncTask任务，则就会执行下一个AsyncTask任务。执行完毕后会继续执行其他任务直到所有任务都完成。即默认使用串行方式执行任务。

注意：AsyncTask不适用于进行特别耗时的后台任务，而是建议用线程池。

推荐阅读：Android AsyncTask完全解析，带你从源码的角度彻底理解、AsyncTask原理及不足

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2.HandlerThread

a.HandlerThread是一个线程类，它继承自Thread

与普通Thread的区别：具有消息循环的效果。原理：

• 内部HandlerThread.run()方法中有Looper，通过Looper.prepare()来创建消息队列，并通过Looper.loop()来开启消息循环。

b实现方法

• 实例化一个HandlerThread对象，参数是该线程的名称；
• 通过 HandlerThread.start()开启线程；
• 实例化一个Handler并传入HandlerThread中的looper对象，使得与HandlerThread绑定；
• 利用Handler即可执行异步任务；
• 当不需要HandlerThread时，通过HandlerThread.quit()/quitSafely()方法来终止线程的执行。

private HandlerThread myHandlerThread ;  
private Handler handler ;  
@Override  
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {  
    super.onCreate(savedInstanceState);  
   setContentView(R.layout.activity_main);  
   //实例化HandlerThread
   myHandlerThread = new HandlerThread("myHandler") ;  
   //开启HandlerThread
   myHandlerThread.start();  
   //将Handler对象与HandlerThread线程绑定
   handler =new Handler(myHandlerThread.getLooper()){  
       @Override  
        publicvoid handleMessage(Message msg) {  
           super.handleMessage(msg);  
            // 这里接收Handler发来的消息，运行在handler_thread线程中  
            //TODO...  
        }  
    };  
   
   //在主线程给Handler发送消息  
   handler.sendEmptyMessage(1) ;  
   new Thread(new Runnable() {  
       @Override  
        publicvoid run() {  
           //在子线程给Handler发送数据  
           handler.sendEmptyMessage(2) ;  
        }  
    }).start();  
}  
@Override  
protected void onDestroy() {  
   super.onDestroy();  
   //终止HandlerThread运行
   myHandlerThread.quit() ;  
}  

补充实例：Android 多线程之HandlerThread 完全详解

c.用途：

• 进行串行异步通信
• 构造IntentService

在之前学习Handler机制时知道在子线程使用Handler的方法，其实HandlerThread的出现使得这一过程变得更加简便，更多解析见浅析HandlerThread

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3.IntentService

a.IntentService是一个继承自Service的抽象类

b.优点：

• 相比于线程：由于是服务，优先级比线程高，更不容易被系统杀死。因此较适合执行一些高优先级的后台任务。
• 相比于普通Service：可自动创建子线程来执行任务，且任务执行完毕后自动退出。

c.IntentService内部封装了HandlerThread和Handler，工作原理：

• 在IntentService.onCreate()里创建一个Handle对象即HandlerThread，利用其内部的Looper会实例化一个ServiceHandler对象；
• 任务请求的Intent会被封装到Message并通过ServiceHandler发送给Looper的MessageQueue，最终在HandlerThread中执行；
• 在ServiceHandler.handleMessage()中会调用IntentService.onHandleIntent()，可在该方法中处理后台任务的逻辑。

流程图

图片来源：Android IntentService的使用和源码分析

d.使用方法：

• 新建类并继承IntentService，重写onHandleIntent()方法，该方法：
  • 运行在：子线程，因此可以去处理一些耗时操作。
  • 作用：从Intent参数中区分具体的任务并执行这些任务
• 在配置文件中进行注册。
• 在活动中利用Intent实现IntentService的启动：

Intent intent = new Intent(this, MyService.class);
intent.putExtra("xxx",xxx);  
startService(intent);//启动服务

具体实例见Service篇之IntentService

注意：无需手动停止服务，onHandleIntent()执行结束之后，IntentService会自动停止。

推荐阅读：Android多线程：IntentService用法&源码分析

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三.线程池

1.优点

• 重用线程池中的线程，避免线程的创建和销毁带来的性能消耗；
• 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阻塞现象；
• 进行线程管理，提供定时/循环间隔执行等功能。

• 线程池的概念来源：Java中的Executor，它是一个接口。
• 线程池的真正实现：ThreadPoolExecutor，提供一系列参数来配置线程池。

//构造参数
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                              ThreadFactory threadFactory,
                              RejectedExecutionHandler handler) {

• corePoolSize：核心线程数
  • 默认情况下，核心线程会在线程中一直存活。
  • 当设置ThreadPoolExecutor的allowCoreThreadTimeOut属性为
    • true：表示核心线程闲置超过超时时长，会被回收；
    • false：表示核心线程不会被回收，会在线程池中一直存活。
• maximumPoolSize：最大线程数
  • 当活动线程数达到这个数值后，后续的任务将会被阻塞。
• keepAliveTime：非核心线程超时时间
  • 超过这个时长，闲置的非核心线程就会被回收。
  • 当设置ThreadPoolExecutor的allowCoreThreadTimeTout属性为true时，keepAliveTime对核心线程同样有效。
• unit：用于指定keepAliveTime参数的时间单位
  • 单位有：TimeUnit.MILLISECONDS、TimeUnit.SECONDS、TimeUnit.MINUTES等；
• workQueue：任务队列
  • 通过线程池的execute()方法提交的Runnable对象会存储在这个参数中。
• threadFactory：线程工厂，可创建新线程
  • 是个接口，只有一个方法Thread newThread(Runnable r)。
• handler：在线程池无法执行新任务时进行调度。

实例：线程池的原理及实现

3.ThreadPoolExecutor的默认工作策略：

• 若程池中的线程数量未达到核心线程数，则会直接启动一个核心线程执行任务。
• 若线程池中的线程数量已达到或者超过核心线程数量，则任务会被插入到任务列表等待执行。
  • 若任务无法插入到任务列表中，往往由于任务列表已满，此时如果
    • 线程数量未达到线程池最大线程数，则会启动一个非核心线程执行任务；
    • 线程数量已达到线程池规定的最大值，则拒绝执行此任务，ThreadPoolExecutor会调用RejectedExecutionHandler的rejectedExecution方法来通知调用者。

4.ThreadPoolExecutor线程池的分类：

• FixThreadPool：
  • 含义：线程数量固定的线程池，所有线程都是核心线程，当线程空闲时不会被回收。
  • 特点：能快速响应外界请求。
• CachedThreadPool：
  • 含义：线程数量不定的线程池（最大线程数为Integer.MAX_VALUE），只有非核心线程，空闲线程有超时机制，超时回收。
  • 特点：适合于执行大量的耗时较少的任务
• ScheduledThreadPool：
  • 含义：核心线程数量固定，非核心线程数量不定。
  • 特点：定时任务和固定周期的任务。
• SingleThreadExecutor：
  • 含义：只有一个核心线程，可确保所有的任务都在同一个线程中按顺序执行。
  • 特点：无需处理线程同步问题。

推荐阅读：Java四种线程池的使用

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希望这篇文章对你有帮助~