本篇的主要內容是Android的線程和線程池：

• 概述
• 線程形態
  • AsyncTask
  • HandlerThread
  • IntentService
• 線程池

一.概述

1.含義：線程是CPU調度的最小單元。

2.特點：線程是一種受限的系統資源。即線程不可無限制的產生且線程的創建和銷毀都有一定的開銷。

Q：如何避免頻繁創建和銷毀線程所帶來的系統開銷？
A：采用線程池，池中會緩存一定數量的線程，進而達到效果。

3.分類：

• 按用途可分為兩類：
  • 主線程：一般一個進程只有一個主線程，主要處理界面交互相關的邏輯。
  • 子線程：除主線程之外都是子線程，主要用于執行耗時操作。
• 按形態可分為三類：
  • AsyncTask：底層封裝了線程池和Handler，便于執行后臺任務以及在主線程中進行UI操作。
  • HandlerThread：一種具有消息循環的線程，其內部可使用Handler。
  • IntentService：是一種異步、會自動停止的服務，內部采用HandlerThread。

二.線程形態

對于主線程和子線程相信已經非常熟悉了，現在主要學習以下三種形態的線程：

1.AsyncTask

a.AsyncTask：一種輕量級的異步任務類。

在Android中實現異步任務機制有兩種方式：Handler和AsyncTask。

• Handler機制存在的問題：代碼相對臃腫；多任務同時執行時不易精確控制線程。
• 引入AsyncTask的好處：創建異步任務更簡單，直接繼承它可方便實現后臺異步任務的執行和進度的回調更新UI，而無需編寫任務線程和Handler實例就能完成相同的任務。

b.AsyncTask是抽象的泛型類，其組成成員有：

• 三個泛型參數：
  • Params：表示執行AsyncTask需要傳入的參數，可用于在后臺任務中使用；
  • Progress：表示后臺任務執行的進度；
  • Result： 表示后臺任務的返回結果的類型；
  • 若沒有傳遞具體的參數，這三個泛型參數都可使用void。如：

//含義：在執行AsyncTask時不需要傳入參數給后臺任務、使用整型數據來作為進度顯示單位，最后使用布爾型數據來反饋執行結果
public abstract class AsyncTask<Void, Integer, Boolean>

• 五個核心方法：
  • onPreExecute()：
    • 運行在：主線程
    • 調用時刻：在異步任務執行之前被調用
    • 作用：可用于進行一些界面上的初始化操作
  • doInBackground(Params…params)：
    • 運行在：子線程
    • 作用：可用于處理所有的耗時任務。若需要更新UI需調用 publishProgress(Progress...)方法
    • 注意：任務一旦完成就通過return語句將任務的執行結果返回，若Result被指定為void，就可不返回執行結果
  • onProgressUpdate(Progress…values)：
    • 運行在：主線程
    • 調用時刻：在后臺任務中調用publishProgress(Progress...)之后該方法會被調用
    • 作用：可利用方法中攜帶的參數如Progress來對UI進行相應地更新
  • onPostExecute(Result result)：
    • 運行在：主線程
    • 調用時刻：在異步任務執行完畢并通過return語句返回時被調用
    • 作用：可利用方法中返回的數據來進行一些UI操作
  • onCancelled()：
    • 運行在：主線程
    • 調用時刻：當異步任務被取消時被調用
    • 作用：可用于做界面取消的更新
  • 注意：
    • 不要直接調用onPreExecute()、doInBackground()、onProgressUpdate()、onPostExecute)和onCancelled()方法
    • AsyncTask對象必須在主線程創建
• 開始和結束異步任務的方法：
  • execute(Params...params)
    • 必須在主線程中調用
    • 作用：表示開始一個異步任務
    • 注意：一個異步對象只能調用一次execute()方法
  • cancel(booleanmayInterruptIfRunning)
    • 必須在主線程中調用
    • 作用：表示停止一個異步任務

比如自定義一個AsyncTask，來模擬一個下載任務：

class DownloadTask extends AsyncTask<Void, Integer, Boolean> {  
  
    @Override//初始化一個ProgressDialog  
    protected void onPreExecute() {  
        progressDialog.show();  
    }  
  
    @Override//具體的下載邏輯
    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//顯示當前的下載進度
    protected void onProgressUpdate(Integer... values) {  
        progressDialog.setMessage("當前下載進度：" + values[0] + "%");  
    }  
  
    @Override//提示任務的執行結果  
    protected void onPostExecute(Boolean result) {  
        progressDialog.dismiss();  
        if (result) {  
            Toast.makeText(context, "下載成功", Toast.LENGTH_SHORT).show();  
        } else {  
            Toast.makeText(context, "下載失敗", Toast.LENGTH_SHORT).show();  
        }  
    }  
}  

任務的啟動和停止只需要以下幾行代碼：

// 開始任務  
DownloadTask mDownloadTask  = new DownloadTask();  
mDownloadTask .execute();  
   
// 停止任務  
mDownloadTask .cancel(true);  

補充實例：詳解Android中AsyncTask的使用

c.工作原理

• 內部有一個靜態的Handler對象即InternalHandler：
  • 作用：將執行環境從線程池切換到主線程；通過它來發送任務執行的進度以及執行結束等消息。
  • 注意：必須在主線程中創建
• 內部有兩個線程池：
  • SerialExecutor：用于任務的排隊，默認是串行的線程池
  • THREAD_POOL_EXECUTOR：用于真正執行任務。
• 排隊執行過程：
  • 把參數Params封裝為FutureTask對象，相當于Runnable；
  • 調用SerialExecutor.execute()將FutureTask插入到任務隊列tasks；
  • 若沒有正在活動的AsyncTask任務，則就會執行下一個AsyncTask任務。執行完畢后會繼續執行其他任務直到所有任務都完成。即默認使用串行方式執行任務。

注意：AsyncTask不適用于進行特別耗時的后臺任務，而是建議用線程池。

推薦閱讀：Android AsyncTask完全解析，帶你從源碼的角度徹底理解、AsyncTask原理及不足

2.HandlerThread

a.HandlerThread是一個線程類，它繼承自Thread

與普通Thread的區別：具有消息循環的效果。原理：

• 內部HandlerThread.run()方法中有Looper，通過Looper.prepare()來創建消息隊列，并通過Looper.loop()來開啟消息循環。

b實現方法

• 實例化一個HandlerThread對象，參數是該線程的名稱；
• 通過 HandlerThread.start()開啟線程；
• 實例化一個Handler并傳入HandlerThread中的looper對象，使得與HandlerThread綁定；
• 利用Handler即可執行異步任務；
• 當不需要HandlerThread時，通過HandlerThread.quit()/quitSafely()方法來終止線程的執行。

private HandlerThread myHandlerThread ;  
private Handler handler ;  
@Override  
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {  
    super.onCreate(savedInstanceState);  
   setContentView(R.layout.activity_main);  
   //實例化HandlerThread
   myHandlerThread = new HandlerThread("myHandler") ;  
   //開啟HandlerThread
   myHandlerThread.start();  
   //將Handler對象與HandlerThread線程綁定
   handler =new Handler(myHandlerThread.getLooper()){  
       @Override  
        publicvoid handleMessage(Message msg) {  
           super.handleMessage(msg);  
            // 這里接收Handler發來的消息，運行在handler_thread線程中  
            //TODO...  
        }  
    };  
   
   //在主線程給Handler發送消息  
   handler.sendEmptyMessage(1) ;  
   new Thread(new Runnable() {  
       @Override  
        publicvoid run() {  
           //在子線程給Handler發送數據  
           handler.sendEmptyMessage(2) ;  
        }  
    }).start();  
}  
@Override  
protected void onDestroy() {  
   super.onDestroy();  
   //終止HandlerThread運行
   myHandlerThread.quit() ;  
}  

補充實例：Android 多線程之HandlerThread 完全詳解

c.用途：

• 進行串行異步通信
• 構造IntentService

在之前學習Handler機制時知道在子線程使用Handler的方法，其實HandlerThread的出現使得這一過程變得更加簡便，更多解析見淺析HandlerThread

3.IntentService

a.IntentService是一個繼承自Service的抽象類

b.優點：

• 相比于線程：由于是服務，優先級比線程高，更不容易被系統殺死。因此較適合執行一些高優先級的后臺任務。
• 相比于普通Service：可自動創建子線程來執行任務，且任務執行完畢后自動退出。

c.IntentService內部封裝了HandlerThread和Handler，工作原理：

• 在IntentService.onCreate()里創建一個Handle對象即HandlerThread，利用其內部的Looper會實例化一個ServiceHandler對象；
• 任務請求的Intent會被封裝到Message并通過ServiceHandler發送給Looper的MessageQueue，最終在HandlerThread中執行；
• 在ServiceHandler.handleMessage()中會調用IntentService.onHandleIntent()，可在該方法中處理后臺任務的邏輯。

流程圖

圖片來源：Android IntentService的使用和源碼分析

d.使用方法：

• 新建類并繼承IntentService，重寫onHandleIntent()方法，該方法：
  • 運行在：子線程，因此可以去處理一些耗時操作。
  • 作用：從Intent參數中區分具體的任務并執行這些任務
• 在配置文件中進行注冊。
• 在活動中利用Intent實現IntentService的啟動：

Intent intent = new Intent(this, MyService.class);
intent.putExtra("xxx",xxx);  
startService(intent);//啟動服務

具體實例見Service篇之IntentService

注意：無需手動停止服務，onHandleIntent()執行結束之后，IntentService會自動停止。

推薦閱讀：Android多線程：IntentService用法&源碼分析

三.線程池

1.優點

• 重用線程池中的線程，避免線程的創建和銷毀帶來的性能消耗；
• 有效控制線程池的最大并發數，避免大量的線程之間因互相搶占系統資源而導致阻塞現象；
• 進行線程管理，提供定時/循環間隔執行等功能。

• 線程池的概念來源：Java中的Executor，它是一個接口。
• 線程池的真正實現：ThreadPoolExecutor，提供一系列參數來配置線程池。

//構造參數
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                              ThreadFactory threadFactory,
                              RejectedExecutionHandler handler) {

• corePoolSize：核心線程數
  • 默認情況下，核心線程會在線程中一直存活。
  • 當設置ThreadPoolExecutor的allowCoreThreadTimeOut屬性為
    • true：表示核心線程閑置超過超時時長，會被回收；
    • false：表示核心線程不會被回收，會在線程池中一直存活。
• maximumPoolSize：最大線程數
  • 當活動線程數達到這個數值后，后續的任務將會被阻塞。
• keepAliveTime：非核心線程超時時間
  • 超過這個時長，閑置的非核心線程就會被回收。
  • 當設置ThreadPoolExecutor的allowCoreThreadTimeTout屬性為true時，keepAliveTime對核心線程同樣有效。
• unit：用于指定keepAliveTime參數的時間單位
  • 單位有：TimeUnit.MILLISECONDS、TimeUnit.SECONDS、TimeUnit.MINUTES等；
• workQueue：任務隊列
  • 通過線程池的execute()方法提交的Runnable對象會存儲在這個參數中。
• threadFactory：線程工廠，可創建新線程
  • 是個接口，只有一個方法Thread newThread(Runnable r)。
• handler：在線程池無法執行新任務時進行調度。

實例：線程池的原理及實現

3.ThreadPoolExecutor的默認工作策略：

• 若程池中的線程數量未達到核心線程數，則會直接啟動一個核心線程執行任務。
• 若線程池中的線程數量已達到或者超過核心線程數量，則任務會被插入到任務列表等待執行。
  • 若任務無法插入到任務列表中，往往由于任務列表已滿，此時如果
    • 線程數量未達到線程池最大線程數，則會啟動一個非核心線程執行任務；
    • 線程數量已達到線程池規定的最大值，則拒絕執行此任務，ThreadPoolExecutor會調用RejectedExecutionHandler的rejectedExecution方法來通知調用者。

4.ThreadPoolExecutor線程池的分類：

• FixThreadPool：
  • 含義：線程數量固定的線程池，所有線程都是核心線程，當線程空閑時不會被回收。
  • 特點：能快速響應外界請求。
• CachedThreadPool：
  • 含義：線程數量不定的線程池（最大線程數為Integer.MAX_VALUE），只有非核心線程，空閑線程有超時機制，超時回收。
  • 特點：適合于執行大量的耗時較少的任務
• ScheduledThreadPool：
  • 含義：核心線程數量固定，非核心線程數量不定。
  • 特點：定時任務和固定周期的任務。
• SingleThreadExecutor：
  • 含義：只有一個核心線程，可確保所有的任務都在同一個線程中按順序執行。
  • 特點：無需處理線程同步問題。

推薦閱讀：Java四種線程池的使用

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