九、Android 的线程和线程池
0. 几个概念
在操作系统中，线程 是操作系统调度的最小单元，同时线程也是一种受限的系统资源，即线程不可能无限制的产生，并且线程的创建和销毁都会有相应的开销。
在 Android 中，从用途上来说，线程分为 主线程（又叫 UI 线程） 和 子线程（又叫工作线程），其中 主线程 主要处理和界面相关的事情，而 子线程 则往往用于执行耗时操作。
1. HandlerThread
Handler的原理前面已经讲过，往往是在一个线程中运行Looper，其他线程通过Handler来发送消息到Looper所在线程，这里涉及线程间的通信。既然涉及多个线程的通信，会有同步的问题，Android对此直接提供了HandlerThread类，下面来讲讲HandlerThread类的设计。
HandlerThread 继承了 Thread，它是一种可以使用 Handler 的 Thread，它的实现也很简单。
@Override
public void run() {
mTid = Process.myTid(); //获取线程的 tid
Looper.prepare(); //创建 Looper 对象
synchronized (this) {
mLooper = Looper.myLooper(); //获取 Looper 对象
notifyAll(); //唤醒等待线程
}
Process.setThreadPriority(mPriority);
onLooperPrepared(); //该方法为空实现，可自己重写实现自己的逻辑
Looper.loop(); //进入循环模式
mTid = -1;
}
可以看到在 run 方法里开启了 Looper 循环。而且它有个 getThreadHandler 方法，用于获取这个线程的 Handler。如下所示。
/**
* @return a shared {@link Handler} associated with this thread
* @hide
*/
@NonNull
public Handler getThreadHandler() {
if (mHandler == null) {
mHandler = new Handler(getLooper());
}
return mHandler;
}
用法：
// Step 1: 创建并启动HandlerThread线程，内部包含Looper
HandlerThread handlerThread = new HandlerThread("gityuan.com");
handlerThread.start();
// Step 2: 得到Handler
Handler handler = handlerThread.getThreadHandler();
// Step 3: 发送消息
handler.post(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("thread id="+Thread.currentThread().getId());
}
});
当然如果你明确不需要再使用时，可以通过它的 quit 或者 quitSafely 来终止线程的执行。
它在 Android 中的一个具体的使用场景就是 IntentService。
2. IntentService
IntentService 源码也不复杂， 当你了解了 HandlerThread 后，会异常简单。
首先 IntentService 是一个抽象类，所以我们需要创建它的子类并实现它的抽象方法 onHandleIntent(Intent intent) 。
IntentService 可用于执行耗时的后台任务，当任务执行完后它会自动停止，同时由于它是服务的原因，所以它的优先级比单纯的线程要高很多。
注意： Service 是运行在主线程的，它里面不能做耗时任务。
Android的后台是指，它的运行是完全不依赖UI的。
所以 IntentService 的出现方便的解决了这些问题，下面我们一一解答上面所说的那些功能，比如能执行耗时的后台任务，任务执行后会自动停止等等。
首先看 IntentService 的 onCreate 方法。
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);
}
这里面很简答，我们刚刚了解了 HandlerThread 的概念，所以这里就是创建一个 HandlerThread，然后创建一个 ServiceHandler，这个 ServiceHandler 是什么呢。
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);
}
}
它是 IntentService 的内部类，一个 Handler 而已， onHandleIntent 是我们要实现的抽象方法，stopSelf则很好的说明了 当任务执行后它会自动停止 这点。
那么 能执行耗时的后台任务 这一点相比大家也明白了，但是还是要说清楚一点。
- 首先，我们知道 Service 是运行在主线程的，当 onCreate 回调完，我们此时拥有了 handler 的实例即mServiceHandler， 另外在 oncreate 里还创建了一个 HandlerThread，大家要注意的是 HandlerThread 就是那个执行耗时任务的线程， 它不是主线程，不要弄混了，不要觉得有 handler 的地方就是在主线程里，大家要记得Handler 的作用是 将一个任务切换到 Handler 所在的线程中执行。
清楚了这一点后，想必就没什么难点了，onStartCommand 会去调用 onStart，然后里面会将传进来的 intent 组建成一个 Message 通过 mServiceHandler 发送消息，然后在 onHandleIntent 中去处理，注意 onHandleIntent 里面所运行的都是在另一个线程，即 mServiceHandler 所在的线程。
@Override
public void onStart(@Nullable Intent intent, int startId) {
Message msg = mServiceHandler.obtainMessage();
msg.arg1 = startId;
msg.obj = intent;
mServiceHandler.sendMessage(msg);
}
/**
* 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;
}
3. AsyncTask
关于它的一些定义啥的，这里就不阐述了。首先看这个类的声明
public abstract class AsyncTask<Params, Progress, Result>
根据它的声明，我们可以得到这些信息，AsyncTask 是一个抽象的泛型类，它提供了 Params, Progress, Result 这三个泛型参数。还有个 抽象方法 protected abstract Result doInBackground(Params... params);
- Params ： 参数的类型，即 doInBackground(Params... params)，就是这个方法的参数类型。
- Progress ：后台任务的执行进度的类型。
- Result ：后台任务的返回结果的类型。
AsyncTask 提供了4个核心方法
- onPreExecute()
- doInBackground(Params... params) 在线程池中执行，此方法用于执行异步任务。
- onProgressUpdate(Progress... values)
- onPostExecute(Result result)
这四个方法的含义也不解释了，后面看源码就会清楚的，当然你应该也了解这四个方法的含义。额，我这篇文章只是用来记录自己的随想，所以谅解、谅解。
AsyncTask 在具体的使用过程中是有一些限制条件的，主要有如下几点：
- 1、AsyncTask 的类必须在主线程中加载
- 2、AsyncTask 的对象必须在主线程中创建
- 3、execute 方法必须在主线程中调用
- 4、不要在程序中直接调用 onPreExecute()、onPostExecute、doInBackground 和 onProgressUpdate 方法
- 5、一个 AsyncTask 对象只能执行一次，即只能调用一次 execute 方法，否则会报运行时异常
现在我们针对上述几个限制条件来分析，这样带着问题去分析会让自己不迷失。
3.1 AsyncTask 的类必须在主线程中加载
针对这个问题，Android4.1 之前 AsyncTask类 必须在主线程中加载，但是在之后的版本中就被系统自动完成。而在Android5.0 的版本中会在 ActivityThread 的 main方法 中执行 AsyncTask 的 init 方法，而在 Android6.0 中又将 init 方法删除。所以在使用这个 AsyncTask 的时候若是适配更多的系统的版本的话，使用的时候就要注意了。
AsyncTask 内部是通过 Handler 来进行线程切换的。所以我们要想在主线程中去处理结果，那 Handler 肯定得在主线程中去创建。
首先 AsyncTask 在成员变量位置 声明了静态的 Handler
private static InternalHandler sHandler;
然后在构造函数中可以看到这里对 mHandler 赋值，其中会调用 getMainHandler。
我们一般调用的都是那个 无参的构造函数，这里会传null给有参的那个， 其中会判断，如果 callbackLooper == null 就会去调用 getMainHandler()
public AsyncTask() {
this((Looper) null);
}
public AsyncTask(@Nullable Looper callbackLooper) {
mHandler = callbackLooper == null || callbackLooper == Looper.getMainLooper()
? getMainHandler()
: new Handler(callbackLooper);
//省略后续代码
}
可以看到，这样既保证了 Handler 采用主线程的 Looper 构建，又使得 AsyncTask 在需要时才被加载。
private static Handler getMainHandler() {
synchronized (AsyncTask.class) {
if (sHandler == null) {
sHandler = new InternalHandler(Looper.getMainLooper());
}
return sHandler;
}
}
3.3 execute 方法必须在主线程中调用
那为什么 execute 方法必须在主线程中调用呢， 我们前面知道 AsyncTask 的 4 个核心方法除了 doInBackground，其余的都允许在 UI 线程，那么 onPreExecute 这个方法肯定也得运行在主线程中。
我们往往调用 AsyncTask.execute 方法去执行任务。
public final AsyncTask<Params, Progress, Result> execute(Params... params) {
return executeOnExecutor(sDefaultExecutor, params);
}
public final AsyncTask<Params, Progress, Result> executeOnExecutor(Executor exec,
Params... params) {
if (mStatus != Status.PENDING) {
switch (mStatus) {
case RUNNING:
throw new IllegalStateException("Cannot execute task:"
+ " the task is already running.");
case FINISHED:
throw new IllegalStateException("Cannot execute task:"
+ " the task has already been executed "
+ "(a task can be executed only once)");
}
}
mStatus = Status.RUNNING;
onPreExecute();
mWorker.mParams = params;
exec.execute(mFuture);
return this;
}
从上述代码可以知道， executeOnExecutor 内部会调用 onPreExecute()，这也就解释了为什么 execute 方法必须在主线程中调用，只有在主线程中调用， onPreExecute() 方法才会运行在 主线程中。
3.4 一个 AsyncTask 对象只能执行一次，即只能调用一次 execute 方法，否则会报运行时异常
这个问题就很好解答了，在 3.3 里面的 executeOnExecutor 方法内部很明确， 如果 mStatus != Status.PENDING，就会抛出异常。而我们执行一个任务的时候会把 mStatus = Status.RUNNING ，因此这个疑惑也解决了。
当然 AsyncTask 还有很多可以讲的，比如它内部的 线程池，默认是使用 SerialExecutor 串行执行的，还有 InternalHandler 的 handleMessage ， 以及它内部的 FutureTask 和 WorkerRunnable 等。 这些只要看源码就知道了。 整个 AsyncTask 并不是特别难， 所以它是一种很好用的 轻量级的异步任务类。
4. 线程池
线程池三个优点：
- 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指定间隔循环执行等功能
Java 通过 Executors 提供四种线程池，分别为：
- newFixedThreadPool ：会创建一种线程数量固定的线程池，它只有核心线程，并且这些核心线程没有超时机制，另外任务队列的大小也是没有限制的。
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}
- newCachedThreadPool ：会创建一中线程数量不定的线程池，它只有非核心线程， 并且最大线程数为 Integer.MAX_VALUE , 该线程池中的线程都有超时机制 60秒， 另外 SynchronousQueue 是一个非常特殊的队列，它可以简单理解为一个无法存储元素的队列，这就导致任何任务都会立即执行。这类线程池适合执行大量的耗时较少的任务。
public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
60L, TimeUnit.SECONDS,
new SynchronousQueue<Runnable>());
}
- newScheduledThreadPool ：主要用于执行 定时任务 和 具有固定周期的重复任务
public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {
return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
}
public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE,
DEFAULT_KEEPALIVE_MILLIS, MILLISECONDS,
new DelayedWorkQueue());
}
- newSingleThreadExecutor ：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去执行。
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
return new FinalizableDelegatedExecutorService
(new ThreadPoolExecutor(1, 1,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
}
可以看到这几种线程池的本质就是 通过不同的参数初始化一个 ThreadPoolExecutor 对象。
ThreadPoolExecutor 参数解释
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
int maximumPoolSize,
long keepAliveTime,
TimeUnit unit,
BlockingQueue<Runnable> workQueue,
ThreadFactory threadFactory) {
this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
threadFactory, defaultHandler);
}
- 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，超过 keepAliveTime 所指定的时长后，核心线程也会被终止。
- 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，非核心线程会被回收。allowCoreThreadTimeOut 属性设置为 true 时，keepAliveTime 也会作用于核心线程。
- unit ： keepAliveTime 参数的时间单位。
- workQueue ： 线程池中的任务队列，通过线程池的 execute 方法提交的 Runnable 对象会存储在这里。
- threadFactory ： 线程工厂，为线程池提供创建新线程的功能。
AsyncTask 中的线程池 THREAD_POOL_EXECUTOR
private static final int CPU_COUNT = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
// We want at least 2 threads and at most 4 threads in the core pool,
// preferring to have 1 less than the CPU count to avoid saturating
// the CPU with background work
private static final int CORE_POOL_SIZE = Math.max(2, Math.min(CPU_COUNT - 1, 4));
private static final int MAXIMUM_POOL_SIZE = CPU_COUNT * 2 + 1;
private static final int KEEP_ALIVE_SECONDS = 30;
private static final ThreadFactory sThreadFactory = new ThreadFactory() {
private final AtomicInteger mCount = new AtomicInteger(1);
public Thread newThread(Runnable r) {
return new Thread(r, "AsyncTask #" + mCount.getAndIncrement());
}
};
private static final BlockingQueue<Runnable> sPoolWorkQueue =
new LinkedBlockingQueue<Runnable>(128);
public static final Executor THREAD_POOL_EXECUTOR;
static {
ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(
CORE_POOL_SIZE, MAXIMUM_POOL_SIZE, KEEP_ALIVE_SECONDS, TimeUnit.SECONDS,
sPoolWorkQueue, sThreadFactory);
threadPoolExecutor.allowCoreThreadTimeOut(true);
THREAD_POOL_EXECUTOR = threadPoolExecutor;
}
从上面的代码可知，THREAD_POOL_EXECUTOR 配置后的规格如下：
- 核心线程数 最小为 2， 最大为 4
- 最大线程数为 CPU 核心数的 2 倍 + 1
- 超时时间为 30s ，且同样作用于 核心线程
- 任务队列的容量为 128
参考
Android 开发艺术探索
