【Android】线程和线程池
子曰：“温故而知新，可以为师矣。我们都是站在巨人的肩膀上一点点的前进，最近翻翻以前看的书，决定整理一下读书笔记，希望对一些人会有帮助。
言归正传，我们一起进入正题。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和IntentService，同时HandlerThread也是种特殊的线程。 尽管AsyncTask、IntentService以及HandlerThread的表现形式和传统的线程不同， 但是它们的本质仍然是传统的线程。 对于AsyncTask来说， 它的底层用到线程池，它用到了两个线程池，一个是给任务排队，另一个是真的的去执行任务。对于IntentService和HandlerThread来说，它们底层直接使用了线程。
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 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， 除非线程数量小手等于CPU的核心数，一般来说这是不可能的。试想一下， 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。 正确的做法是采用钱程池，线程池会缓存一定数量的线程，通过线程池可以避免因为频繁的创建和销毁线程所带来的开销。
Android中主要分为主线程和子线程，主线程也就是UI线程。主线程主要处理界面的交互逻辑以及运行四大组件，不能执行耗时操作。这个时候我们就把所有的耗时操作都交给子线程，比如网络请求，I/O操作等。
AsyncTask
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UI。AsyncTask属于比较轻量的异步任务类，它并不适合进行特别耗时的后台任务。特别耗时的任务建议直接使用线程池。
AsyncTask是一个抽象泛型类，它有三个泛型参数。分别是Params,Progress,Result。
a.Params表示参数的类型
b.Progress表示后台任务执行的进度类型
c.Result表示后台任务的返回结果类型。
AsyncTask的四个核心方法
1.onPreExecute(),主线程中执行，在异步任务执行之前，一般用于做一些准备工作
/**
* Runs on the UI thread before {@link #doInBackground}.
* @see #onPostExecute
* @see #doInBackground
*/
@MainThread
protected void onPreExecute() {
}
2.doInBackground(Params... params)在线程池中执行，用于执行异步任务。此方法可以通过publishProgress方法进行更新进度，publishProgress会调用OnProgressUdat方法，另外该方法需要返回计算结果给onPostExecute方法
/**
* Override this method to perform a computation on a background thread. The
* specified parameters are the parameters passed to {@link #execute}
* by the caller of this task.
* This method can call {@link #publishProgress} to publish updates
* on the UI thread.
* @param params The parameters of the task.
* @return A result, defined by the subclass of this task.
*/
@WorkerThread
protected abstract Result doInBackground(Params... params);
3.onProgressUpdate(Progress... values)在主线程中执行，后台任务执行进度发生改变时，此方法会被调用（例如下载文件进度实现）
/**
* Runs on the UI thread after {@link #publishProgress} is invoked.
* The specified values are the values passed to {@link #publishProgress}.
* @param values The values indicating progress.
*/
@SuppressWarnings({"UnusedDeclaration"})
@MainThread
protected void onProgressUpdate(Progress... values) {
}
4.onPostExecute(Result result)在主线程中执行，在异步任务执行之后执行，result代表返回值
/**
* <p>Runs on the UI thread after {@link #doInBackground}. The
* specified result is the value returned by {@link #doInBackground}.</p>
* <p>This method won't be invoked if the task was cancelled.</p>
* @param result The result of the operation computed by {@link #doInBackground}.
*/
@SuppressWarnings({"UnusedDeclaration"})
@MainThread
protected void onPostExecute(Result result) {
}
注：使用过程中注意通过isCancelled()方法，判断任务是否被取消，一般可以在doInBackground中做。另外需要注意：1.AsyncTask的对象必须在主线程中创建。2.执行任务调用execute方法，必须在UI线程调用。3.不要在程序中直接调用AsyncTask的那四个核心方法。4.一个AsyncTask只能执行一次，也就是说只能调用一次execute方法。5.Android3.0以后AsyncTask都是串行运行的
至于为什么AsyncTask要在主线程加载？相信大家也会有疑问。
由于AsyncTask会通过handler发送一个消息，为了能过将执行的环境切换到主线程，就要求这个handler对象必须在主线程创建，因此变相的要求AsyncTask必须在主线程加载
HandlerThread
普通Thread主要是在run方法中执行一个耗时任务，而HandlerThread是在它的内部创建了一个消息队列，外部需要通过Handler的消息方式来通知HandlerThread去执行任务。HanlderThread的run方法是一个无限循环，因此当我们不需要用到它的时候，可以通过quit或quitSafely方法来终止线程。HandlerThread的run方法源码如下：
@Override
public void run() {
mTid = Process.myTid();
Looper.prepare();
synchronized (this) {
mLooper = Looper.myLooper();
notifyAll();
}
Process.setThreadPriority(mPriority);
onLooperPrepared();
Looper.loop();
mTid = -1;
}
IntentService
IntentService是一种特殊的Service，它是继承Service的一个抽象类，我们要使用IntentService必须创建IntentService的子类。IntentService内部使用HandlerThread来执行任务，当任务执行完毕的时候IntentService会自动退出。IntentService很像是一个后台的线程，但是由于它是服务，所以不容易被系统杀死，能保证任务的执行。如果是一个后台线程，这个时候进程中没有四大组件活动，那么这个线程的优先级就会变得非常低，从而很容易被系统杀死。IntentService封装了HandlerThread和Handler，我们从它的源码中就可以分析出来，
@Override
public void onCreate() {
// TODO: It would be nice to have an option to hold a partial wakelock
// during processing, and to have a static startService(Context, Intent)
// method that would launch the service & hand off a wakelock.
super.onCreate();
HandlerThread thread = new HandlerThread("IntentService[" + mName + "]");
thread.start();
mServiceLooper = thread.getLooper();
mServiceHandler = 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穿件一个Handler对象。我们知道每次启动服务，它的onStartCommand方法都会被调用。在IntentService中，onStartCommand方法会处理外界的Intent，然后调用onStart方法，
/**
* You should not override this method for your IntentService. Instead,
* override {@link #onHandleIntent}, which the system calls when the IntentService
* receives a start request.
* @see android.app.Service#onStartCommand
*/
@Override
public int onStartCommand(@Nullable Intent intent, int flags, int startId) {
onStart(intent, startId);
return mRedelivery ? START_REDELIVER_INTENT : START_NOT_STICKY;
}
@Override
public void onStart(@Nullable Intent intent, int startId) {
Message msg = mServiceHandler.obtainMessage();
msg.arg1 = startId;
msg.obj = intent;
mServiceHandler.sendMessage(msg);
}
可以看出IntentService是通过handler发送消息，然后这个消息有HandlerThread处理，handler收到消息以后，会通过onHandlerIntent方法处理Intent。onHandlerIntent方法执行以后，IntentService会尝试通过stopSelf(int startId)方法来停止服务。为什么不使用stopself()方法呢？因为stopself()方法会立刻停止服务，这样可能导致其它消息未被处理。ServiceHandler实现如下：
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);
}
}
onHandlerIntent方法是一个抽象方法，它要在子类中实现，它的作用是根据Intent参数来区分要执行的任务。如果目前只有一个后台任务， 那么onHandlelntent方法执行完这个任务后， stopSelf(intstartld）就会直接停止服务；如果目前存在多个后台任务，那么onHandleintent方法执行完最后一个任务是停止服务。使用IntentService执行任务的时候要求每执行一个任务就要启动一次IntentService，由于IntentService内部实现是Handler，意味着IntentService执行任务也是顺序执行后台任务的。调用方式如下：
Intent service = new Intent(this, MinelntentService.class);
service.putExtra("action","com.renkuo.example.action.ONE");
startService(service);
service.putExtra("action","com.renkuo.example.action.TWO");
startService(service);
service.putExtra("action","com.renkuo.example.action.Three");
startService(service);
线程池
线程池的好处
1.重用线程池中的线程，避免因为线程的创建和销毁所带来的性能开。
2.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资源而导致的阻塞现象。
3.能够对线程进行管理，并提供定时执行以及指定间隔循环执行等功能。
ThreadPoolExecutor
ThreadPoolExecutor是真正的线程池的实现，ThreadPoolExecutor的一个很常用的构造方法
/**
* Creates a new {@code ThreadPoolExecutor} with the given initial
* parameters and default rejected execution handler.
*
* @param corePoolSize the number of threads to keep in the pool, even
* if they are idle, unless {@code allowCoreThreadTimeOut} is set
* @param maximumPoolSize the maximum number of threads to allow in the
* pool
* @param keepAliveTime when the number of threads is greater than
* the core, this is the maximum time that excess idle threads
* will wait for new tasks before terminating.
* @param unit the time unit for the {@code keepAliveTime} argument
* @param workQueue the queue to use for holding tasks before they are
* executed. This queue will hold only the {@code Runnable}
* tasks submitted by the {@code execute} method.
* @param threadFactory the factory to use when the executor
* creates a new thread
* @throws IllegalArgumentException if one of the following holds:<br>
* {@code corePoolSize < 0}<br>
* {@code keepAliveTime < 0}<br>
* {@code maximumPoolSize <= 0}<br>
* {@code maximumPoolSize < corePoolSize}
* @throws NullPointerException if {@code workQueue}
* or {@code threadFactory} is null
*/
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
int maximumPoolSize,
long keepAliveTime,
TimeUnit unit,
BlockingQueue<Runnable> workQueue,
ThreadFactory threadFactory) {
this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
threadFactory, defaultHandler);
}
ThreadPoolExecutor参数含义：
1.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时，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， 核心线程会被终止。
2.maximumPoolSize：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。
3.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 时，keepAliveTime同样会作用于核心线程。
4.unit：时于指定keepAliveTime 参数的时间单位， 这是一个枚举。
5.workQueue：线程池中的任务队列，通过线程池的execute方法 提交的Runnable对象会存储在这个参数中。
6.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）。
除了这几个参数以外，还有一个RejectedExceptionHandler handler。这个参数基本用不到，一个很不常用的参数。当线程池无法执行新任务时，这可能是由于任务队列己满或者是无法成功执行任务， 这个时候ThreadPoolExecutor会调用handler 的rejectedExecution方法来通知调用者， 默认情况下rejectedExecution方法会直接抛出 个RejectedExecutionException 。 ThreadPoolExecutor为RejectedExecutionHandler提供了几个可选值：CallerRunsPolicy、 AbortPolicy、 DiscardPolicy和DiscardOldestPolicy， 其中AbortPolicy是 默认值， 它会直接抛出RejectedExecutionException 。
ThreadPoolExecutor执行任务时有以下几条规则：
1.如果线程池中的线程数量未达到核心线程的数量，那么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己经达到或者越过核心线程的数量，那么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中无法将任务插入到任务队列中，这往往是由于任务队列己满，这个时候如果线程数量未达到线程地规定的最大值， 那么会立刻启动一个非核心线程来执行任务任务。
4.如果步骤3中线程数量已经达到线程池规定的最大值， 那么就拒绝执行此任务， ThreadPoolExecutor会调用RejectedExecutionHandler的rectedExecution方法来通知调用者。
如何配置一个线程池
通过一些android源码(AsyncTask源码)发现配置后的线程池规格如下：
- 核心线程数量为CPU的核心数+1
- 线程池的最大线程数为CPU的核心数*2 + 1
- 核心线程无超时机制，非核心线程的闲置时超时时间为1秒
- 任务队列容量为128
常用的线程池
FixedThreadPool，CachedThreadPool，ScheduledThreadPool，SingleThreadExecutor
FixedThreadPool
通过Executors的newFixedThreadPool方法创建。 这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， 除非线程池被关闭了。 当所有的线程都处于活动状态时， 新任务会处于等待状态， 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机制， 另外任务队列也是没有大小限制的。
/**
* Creates a thread pool that reuses a fixed number of threads
* operating off a shared unbounded queue. At any point, at most
* {@code nThreads} threads will be active processing tasks.
* If additional tasks are submitted when all threads are active,
* they will wait in the queue until a thread is available.
* If any thread terminates due to a failure during execution
* prior to shutdown, a new one will take its place if needed to
* execute subsequent tasks. The threads in the pool will exist
* until it is explicitly {@link ExecutorService#shutdown shutdown}.
*
* @param nThreads the number of threads in the pool
* @return the newly created thread pool
* @throws IllegalArgumentException if {@code nThreads <= 0}
*/
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}
CachedThreadPool
通过Executors的newCachedThreadPool方法创建。它只有非核心线程池，并且最大线程数为Integer.MAX_VALUE，实际相当于线程数可以无限大。当线程池中的线程都处于活跃状态的时候，线程池就会创建新的线程来执行新的任务，反之有未处于活跃状态的线程时，用空闲线程执行新任务。线程池的空闲线程都有超时机制，超时时间为60秒，超过60秒就会回收。和FixedThreadPool 不同的是CachedThreadPool的任务队列其实相飞于一个空集合， 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。SynchronousQueue是一个非常特殊的队列，很多情况下可以把它简单的理解为一个无法存储元素的队列。 从 CachedThreadPool的特性来看， 这类线程池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，线程池中的线程部会超时而被停止，这个时候CachedThreadPool 之巾实际上是没有任何线程的， 它几于是不占用任何系统资源的。 newCachedThreadPool
/**
* Creates a thread pool that creates new threads as needed, but
* will reuse previously constructed threads when they are
* available. These pools will typically improve the performance
* of programs that execute many short-lived asynchronous tasks.
* Calls to {@code execute} will reuse previously constructed
* threads if available. If no existing thread is available, a new
* thread will be created and added to the pool. Threads that have
* not been used for sixty seconds are terminated and removed from
* the cache. Thus, a pool that remains idle for long enough will
* not consume any resources. Note that pools with similar
* properties but different details (for example, timeout parameters)
* may be created using {@link ThreadPoolExecutor} constructors.
*
* @return the newly created thread pool
*/
public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
60L, TimeUnit.SECONDS,
new SynchronousQueue<Runnable>());
}
ScheduledThreadPool
通过Executors的newScheduledThreadPool方法创建。 它的核心线程数量是固定的，而非核心线程数是int的最大值， 并且当非核心线程闲置时会被立即回收。 ScheduledThreadPool 这类线程池主要用于执行定时任务和具有固定周期的重复任务， newScheduledThreadPool方法的实现如下所示。
/**
* Creates a thread pool that can schedule commands to run after a
* given delay, or to execute periodically.
* @param corePoolSize the number of threads to keep in the pool,
* even if they are idle
* @return a newly created scheduled thread pool
* @throws IllegalArgumentException if {@code corePoolSize < 0}
*/
public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {
return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
}
/**
* Creates a new {@code ScheduledThreadPoolExecutor} with the
* given core pool size.
*
* @param corePoolSize the number of threads to keep in the pool, even
* if they are idle, unless {@code allowCoreThreadTimeOut} is set
* @throws IllegalArgumentException if {@code corePoolSize < 0}
*/
public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE,
DEFAULT_KEEPALIVE_MILLIS, MILLISECONDS,
new DelayedWorkQueue());
}
SingleThreadExecutor
通过Executors的 newSingleThreadExecutor方法创建。 这类线程池内部只有一个核心线程，它能够确保所有的任务都在同一个线程中按顺序执行。它的意义在于统一所有的任务在一个线程中执行，是的这些任务不再需要考虑同步的问题。
* Creates an Executor that uses a single worker thread operating
* off an unbounded queue. (Note however that if this single
* thread terminates due to a failure during execution prior to
* shutdown, a new one will take its place if needed to execute
* subsequent tasks.) Tasks are guaranteed to execute
* sequentially, and no more than one task will be active at any
* given time. Unlike the otherwise equivalent
* {@code newFixedThreadPool(1)} the returned executor is
* guaranteed not to be reconfigurable to use additional threads.
*
* @return the newly created single-threaded Executor
*/
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
return new FinalizableDelegatedExecutorService
(new ThreadPoolExecutor(1, 1,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
}
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