Android 线程池ThreadPoolExecutor详解
前言
多线程并发是我们在开发中经常遇到的问题，提及线程池，首先我们得了解线程的相关知识。关于线程的详情介绍本文就不提及了，有不太清楚的朋友可以自行查找相关资料，下面简要概述一下进程和线程的概念，为后续内容（线程池）做铺垫。
进程：
每个app运行时前首先创建一个进程，该进程是由Zygote fork出来的，用于承载App上运行的各种Activity/Service等组件。
进程对于上层应用来说是完全透明的，这也是google有意为之，让App程序都是运行在Android Runtime。大多数情况一个App就运行在一个进程中，除非在AndroidManifest.xml中配置Android:process属性，或通过native代码fork进程。
线程：
线程对应用来说非常常见，比如每次new Thread().start都会创建一个新的线程。该线程与App所在进程之间资源共享，从Linux角度来说进程与线程除了是否共享资源外，并没有本质的区别，都是一个task_struct结构体，在CPU看来进程或线程无非就是一段可执行的代码，CPU采用CFS调度算法，保证每个task都尽可能公平的享有CPU时间片。
上述引自 ：知乎 Gityuan的回答
本文就以下几个问题展开讲解：
1.线程池的基本概念。
2.采用线程池的优势。
3.Android 中常用的几种线程池。
4.如何终止某个线程任务。
一、关于线程池
Android中的线程池的概念来源于Java中的Executor，它们的使用基本是一致的。Executor是一个接口，真正的线程池的实现为ThreadPoolExecutor。ThreadPoolExecutor提供了一系列参数来配置线程池，Android中常用的几种线程池都是通过对ThreadPoolExecutor进行不同配置来实现的。
ThreadPoolExecutor 构造方法
ThreadPoolExecutor 有多个重载方法，但最终都调用了这个构造方法：
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
int maximumPoolSize,
long keepAliveTime,
TimeUnit unit,
BlockingQueue<Runnable> workQueue,
ThreadFactory threadFactory)
我们可以看到，这个构造方法里一共有7个参数，其参数的含义如下：
corePoolSize: 线程池中核心线程的数量，能够同时执行的任务数量。
maximumPoolSize:除去缓冲队列中等待的任务，最大能容纳的任务数(其实是包括了核心线程池数量)。
keepAliveTime: 非核心线程超出workQueue的等待任务的存活时间，就是指maximumPoolSize里面的等待任务的存活时间。当系统中非核心线程闲置时间超过keepAliveTime之后，则会被回收。如果ThreadPoolExecutor的allowCoreThreadTimeOut属性设置为true，则该参数也表示核心线程的超时时长。
unit: keepAliveTime这个参数的单位，有纳秒、微秒、毫秒、秒、分、时、天等。
workQueue: 阻塞等待线程的队列，一般使用new LinkedBlockingQueue<Runnable>()这个，如果不指定容量，会一直往里边添加，没有限制,workQueue永远不会满,一般选择没有容量上限的队列。该队列主要用来存储已经被提交但是尚未执行的任务。存储在这里的任务是由ThreadPoolExecutor的execute方法提交来的。
threadFactory: 为线程池提供创建新线程的功能，这个我们一般使用默认即可。
handler: 当任务数超过maximumPoolSize时，对任务的处理策略，默认策略是拒绝添加
执行流程：当线程数小于corePoolSize时，每添加一个任务，则立即开启线程执行
当corePoolSize满的时候，后面添加的任务将放入缓冲队列workQueue等待；
当workQueue也满的时候，看是否超过maximumPoolSize线程数，如果超过，默认拒绝执行,如果没有超过，则创建线程立即执行。默认情况下，当线程池无法处理新线程时，会抛出一个RejectedExecutionException。
举例说明：
假如：corePoolSize=2，maximumPoolSize=3，workQueue容量为8;
最开始，执行的任务A，B，此时corePoolSize已用完，再次执行任务C，则
C将被放入缓冲队列workQueue中等待着，如果后来又添加了7个任务，此时workQueue已满，
则后面再来的任务将会和maximumPoolSize比较，由于maximumPoolSize为3
因为有2个在corePoolSize中运行了，所以只能容纳1个了，那么会立即创建线程执行。那么后面来的任务默认都会被拒绝--通常都会报异常。
线程池创建：
executor = new ThreadPoolExecutor(
corePoolSize, //3
maximumPoolSize,//5,当缓冲队列满，但是未达到最大线程数，创建线程立即执行，否则报异常。
keepAliveTime, //最大线程数中的线程执行完后，会继续等待一段时间。
unit, //等待时间的单位
new LinkedBlockingQueue<Runnable>(),//缓冲队列,超出核心线程池的任务会被放入缓存队列中等待
Executors.defaultThreadFactory(),//创建线程的工厂类
new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()//当最大线程池也超出的时候，则拒绝执行
);
两个执行的方法
ThreadPoolExecutor有两个方法可以供我们执行，分别是submit()和execute()，我们先来看看这两个方法到底有什么差异
execute()方法源码：
public void execute(Runnable command) {
if (command == null)
throw new NullPointerException();
//获得当前线程的生命周期对应的二进制状态码
int c = ctl.get();
//判断当前线程数量是否小于核心线程数量,如果小于就直接创建核心线程执行任务,创建成功直接跳出,失败则接着往下走.
if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
if (addWorker(command, true))
return;
c = ctl.get();
}
//判断线程池是否为RUNNING状态,并且将任务添加至队列中.
if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
int recheck = ctl.get();
//审核下线程池的状态,如果不是RUNNING状态,直接移除队列中
if (! isRunning(recheck) && remove(command))
reject(command);
//如果当前线程数量为0,则单独创建线程,而不指定任务.
else if (workerCountOf(recheck) == 0)
addWorker(null, false);
}
//如果不满足上述条件,尝试创建一个非核心线程来执行任务,如果创建失败,调用reject()方法.
else if (!addWorker(command, false))
reject(command);
}
submit()方法源码:
public <T> Future<T> submit(Callable<T> task) {
if (task == null) throw new NullPointerException();
RunnableFuture<T> ftask = newTaskFor(task);
//还是通过调用execute
execute(ftask);
//最后会将包装好的Runable返回
return ftask;
}
//将Callable<T> 包装进FutureTask中
protected <T> RunnableFuture<T> newTaskFor(Callable<T> callable) {
return new FutureTask<T>(callable);
}
//可以看出FutureTask也是实现Runnable接口,因为RunableFuture本身就继承了Runnabel接口
public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V> {
.......
}
public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> {
/**
* Sets this Future to the result of its computation
* unless it has been cancelled.
*/
void run();
}
从上面两个方法的源码我们可以分析出几个结论，
submit()其实还是需要调用execute()去执行任务的,不同是submit()将包装好的任务进行了返回，他会返回一个Future对象。
从execute()方法中,不难看出addWorker()方法, 是创建线程(核心线程,非核心线程)的主要方法,而reject()方法为线程创建失败的回调。
所以，通常情况下，在不需要线程执行返回结果值时，我们使用execute 方法。 而当我们需要返回值时，则使用submit方法，他会返回一个Future对象。Future不仅仅可以获得一个结果，他还可以被取消，我们可以通过调用future的cancel（）方法，取消一个Future的执行。 比如我们加入了一个线程，但是在这过程中我们又想中断它，则可通过sumbit 来实现。
二、采用线程池的优势？
- 避免线程频繁创建消毁。
虽然采用Thread 创建线程可以实现耗时操作，但线程的大量创建和销毁，会造成过大的性能开销。
2.避免系统资源紧张。
当大量的线程一起运作的时候，可能会造成资源紧张，上面也介绍过线程底层的机制就是切分CPU的时间，而大量的线程同时存在时可能造成互相抢占资源的现象发生，从而导致阻塞的现象。
3.更好地管理线程。
以下载功能为例，一般情况下，会有限制最大并发下载数目，而利用线程池我们可以灵活根据实际需求来设置同时下载的最大量、串行执行下载任务顺序、实现队列等待等功能。
三、Android 中常用的几种线程池。
3.1 FixedThreadPool
它的源码如下:
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}
从源码我们可以看出两个特征：
1.它只有一个传入参数，即固定核心线程数
它只提供了一个nThreads，供外部传入进来，并且它的核心线程数和最大线程数是一样的。这说明在FixedThreadPool中没有非核心线程，所有的线程都是核心线程。
- 线程的超时时间为0。
这说明核心线程即使在没有任务可执行的时候，也不会被销毁，这样可让FixedThreadPool更快速的响应请求。最后的线程队列是一个LinkedBlockingQueue，但是LinkedBlockingQueue却没有参数，这说明线程队列的大小为Integer.MAX_VALUE（2^31 - 1）
从以上源码参数我们对FixedThreadPool的工作特点应该也有大体的理解了，接下来我们继续分析其他几个线程池。
3.2 SingleThreadExecutor
它的源码如下:
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
return new FinalizableDelegatedExecutorService
(new ThreadPoolExecutor(1, 1,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
从源码我们可以很容易发现 SingleThreadExecutor和FixedThreadPool很像，不同的是SingleThreadExecutor的核心线程数只有1, 也就是只能同时有一个线程被执行。使用它可以避免我们处理线程同步问题。
打个比喻，它就类似于排队买票，一次只能同时处理一个人的事务。其实如果我们把FixedThreadPool的参数传为1，就和SingleThreadExecutor的作用一致了。
3.3 CachedThreadPool
它的源码如下：
public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
60L, TimeUnit.SECONDS,
new SynchronousQueue<Runnable>());
}
从源码可以看到，CachedThreadPool中是没有核心线程的，但是它的最大线程数却为Integer.MAX_VALUE，另外，CachedThreadPool是有线程超时机制的，它的超时时间为60秒。
由于最大线程数为无限大，所以每当添加一个新任务进来的时候，如果线程池中有空闲的线程，则由该空闲的线程执行新任务；如果没有空闲线程，则创建新线程来执行任务。
根据CachedThreadPool的特点，在有大量耗时短的任务请求时，可使用CachedThreadPool，因为当CachedThreadPool中没有新任务的时候，它里边所有的线程都会因为60秒超时而被终止。
3.4 ScheduledThreadPool
它的源码如下：
public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE,
DEFAULT_KEEPALIVE_MILLIS, MILLISECONDS,
new DelayedWorkQueue());
}
从源码可以看出，它的核心线程数量是固定的，但是非核心线程无穷大。当非核心线程闲置时，则会被立即回收。
ScheduledThreadPool也是四个当中唯一一个具有定时定期执行任务功能的线程池。它适合执行一些周期性任务或者延时任务。
延时启动任务示例：
ScheduledExecutorService scheduledExecutorService = Executors.newScheduledThreadPool(2);
Runnable runnable = new Runnable(){
@Override
public void run() {
//TODO method();
}
};
//延迟一秒执行
scheduledExecutorService.schedule(runnable, 1, TimeUnit.SECONDS);
延时周期启动任务示例：
ScheduledExecutorService scheduledExecutorService = Executors.newScheduledThreadPool(2);
Runnable runnable = new Runnable(){
@Override
public void run() {
//TODO method();
}
};
//延迟三秒后，执行周期一秒的定时任务
scheduledExecutorService.scheduleAtFixedRate(runnable, 3, 1, TimeUnit.SECONDS);
四、如何终止线程池中的某个线程任务？
一般线程执行完run方法之后，线程就正常结束了，因此有如下几种方式来实现：
4.1 利用 Future 和 Callable。
步骤：
实现 Callable 接口
调用 pool.submit() 方法，返回 Future 对象
用 Future 对象来获取线程的状态。
private void cancelAThread() {
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);
Callable<String> callable = new Callable<String>() {
@Override
public String call() throws Exception {
System.out.println("test");
return "true";
}
};
Future<String> f = pool.submit(callable);
System.out.println(f.isCancelled());
System.out.println(f.isDone());
f.cancel(true);
}
关于 Future 和 Callable 的介绍，推荐看这篇文章，内容很详细： 《Android并发编程之白话文详解Future,FutureTask和Callable》
4.2 利用 volatile 关键字，设置退出flag， 用于终止线程。
public class ThreadSafe extends Thread {
public volatile boolean isCancel = false;
public void run() {
while (!isCancel){
//TODO method();
}
}
}
4.3 interrupt()方法终止线程,并捕获异常。
public class ThreadSafe extends Thread {
@Override
public void run() {
while (!isInterrupted()){ //非阻塞过程中通过判断中断标志来退出
try{
//TODO method();
//阻塞过程捕获中断异常来退出
}catch(InterruptedException e){
e.printStackTrace();
break;//捕获到异常之后，执行break跳出循环。
}
}
}
}
参考文献：
书籍 -《Android 开发艺术探索》（作者：任玉刚）
CSDN 博客 - 《Android并发编程之白话文详解Future,FutureTask和Callable》
CSDN 博客 - 《深入理解在Android中线程池的使用》
