Android 开发艺术探索笔记（十五）之 Android 的线程和线程池

一、概述

Android 的线程分主线程和子线程，主线程主要处理界面相关的事情，而子线程往往用于执行耗时操作。Android 中扮演子线程角色的有：AsyncTask、IntentService、HandlerThread。AsyncTask 封装了线程池和 Handler，主要用于在子线程中更新UI。 HandlerThread 是一种具有消息循环的线程，在它的内部可以使用 Handler。IntentService 是一个 Service，系统对其进行了封装使其可以方便地执行后台任务，执行完任务后自动调用 onDestroy() 退出。它是一个 Service，因而在执行后台任务的时候不容易被系统杀死。

二、AsyncTask

AsyncTask 是一种轻量级的异步任务类，它可以在线程池中执行后台任务，然后在主线程中回调执行的进度以及最终结果，从而更新 UI。其实，AsyncTask 内部封装了 Thread 和 Handler。

ASyncTask 是一个抽象类。

public abstract class AsyncTask

主要有 4 个核心的方法：

onPreExecute()：在主线程执行，在异步任务执行之前的准备工作，比如：提示 Loading
doInBackground(Params... params)：在线程池中执行，此方法用于执行异步任务，params 表示异步任务的输入参数。
onProgressUpdated(Progress... value)：在主线层中执行，当后台任务的进度发生改变时此方法被调用。
onPostExecute(Result result)：在主线程执行，在异步任务执行完成后回调此方法。
onCancelled()：在主线程执行，当异步任务被取消时会回调此方法。

举个栗子：

class DownloadTask extends AsyncTask{

        @Override
        protected void onPreExecute() {
            super.onPreExecute();
        }

        @Override
        protected Long doInBackground(URL... urls) {
            return null;
        }

        @Override
        protected void onPostExecute(Long aLong) {
            super.onPostExecute(aLong);
        }

        @Override
        protected void onCancelled() {
            super.onCancelled();
        }
    }
    
    
    new DownloadTask().execute(url1,url2,url3);

划重点来啦！！！

1. AsyncTask 的类必须在主线程中加载，不过这个在 Android 4.1 及以上版本已经在 ActivityThread 中初始化了。
2. AsyncTask 对象必须在主线程中创建。
3. execute() 必须在 UI 线程中调用。
4. 不要在程序中直接调用 onPreExcute()、doInBackground()、onPostExecute() 和 onProgressUpdate()。
5. 一个 AsyncTask 对象只能执行一次，即只能调用一次 execute()，否则会报运行异常。
6. 可以通过 executeOnExecutor() 来并行执行任务。

三、HandlerThread

HandlerThread 继承 Thread，它封装有 Looper 和 MessageQueue，可以绑定 Handler，从而实现线程间通信/异步消息处理机制。

举个栗子

/**
 * 使用 HandlerThread
 */
public class HandlerThreadActivity extends AppCompatActivity {

    private TextView mTvServiceInfo;

    private HandlerThread mCheckMsgThread;
    //HandlerThread 的 handler
    private Handler mCheckMsgHandler;
    private boolean isUpdateInfo;

    private static final int MSG_UPDATE_INFO = 0x110;

    //与UI线程管理的handler
    private Handler mHandler = new Handler();


    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_handler_thread);

        //创建后台线程
        initBackThread();

        mTvServiceInfo = findViewById(R.id.id_textview);
    }

    @Override
    protected void onResume() {
        super.onResume();
        //开始查询
        isUpdateInfo = true;
        mCheckMsgHandler.sendEmptyMessage(MSG_UPDATE_INFO);
    }

    @Override
    protected void onPause() {
        super.onPause();
        //停止查询
        isUpdateInfo = false;
        mCheckMsgHandler.removeMessages(MSG_UPDATE_INFO);

    }

    private void initBackThread() {
        mCheckMsgThread = new HandlerThread("check-message-coming");
        mCheckMsgThread.start();

        //绑定 HandlerThread 的 Looper
        mCheckMsgHandler = new Handler(mCheckMsgThread.getLooper()) {
            @Override
            public void handleMessage(Message msg) {

                checkForUpdate();
                if (isUpdateInfo) {
                    //循环执行 HandlerThread Handler 的 handleMessage()
                    mCheckMsgHandler.sendEmptyMessageDelayed(MSG_UPDATE_INFO, 1000);
                }
            }
        };


    }

    /**
     * 模拟从服务器解析数据
     */
    private void checkForUpdate() {
        try {
            //模拟耗时
            Thread.sleep(1000);
            //切换回主线程
            mHandler.post(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    String result = "实时更新中，当前大盘指数：%d";
                    result = String.format(result, (int) (Math.random() * 3000 + 1000));
                    mTvServiceInfo.setText(Html.fromHtml(result));
                }
            });

        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }


    @Override
    protected void onDestroy() {
        super.onDestroy();
        //释放资源
        mCheckMsgThread.quit();
    }

}

这个栗子里面通过 HandlerThread 线程的 Handler 来通知 UI 线程的 Handler 来更新 UI，同时在 handleMessage() 方法中循环执行 HandlerThread 的方法，这个也是一种定时循环执行任务的方法。

源码分析：

/**
 * Handy class for starting a new thread that has a looper. The looper can then be 
 * used to create handler classes. Note that start() must still be called.
 */
public class HandlerThread extends Thread {
    int mPriority;
    int mTid = -1;
    Looper mLooper;
    
    //内部有一个 Handler 成员变量
    private @Nullable Handler mHandler;

    public HandlerThread(String name) {
        super(name);
        mPriority = Process.THREAD_PRIORITY_DEFAULT;
    }
    
    /**
     * Constructs a HandlerThread.
     * @param name
     * @param priority The priority to run the thread at. The value supplied must be from 
     * {@link android.os.Process} and not from java.lang.Thread.
     */
    public HandlerThread(String name, int priority) {
        super(name);
        mPriority = priority;
    }
    
    /**
     * Call back method that can be explicitly overridden if needed to execute some
     * setup before Looper loops.
     */
    protected void onLooperPrepared() {
    }


    @Override
    public void run() {
        mTid = Process.myTid();
        Looper.prepare();
        synchronized (this) {
            mLooper = Looper.myLooper();
            notifyAll();
        }
        Process.setThreadPriority(mPriority);
        onLooperPrepared();
        Looper.loop();
        mTid = -1;
    }
}

    @NonNull
    public Handler getThreadHandler() {
        if (mHandler == null) {
            mHandler = new Handler(getLooper());
        }
        return mHandler;
    }

我们仔细看看 run(),这里面调用了 Looper.prepare()，Loop.loop()。Looper.prepare() 中创建了一个 Looper 对象，并且把该对象放到了该线程范围内的变量中（sThreadLocal），在 Looper 对象的构造过程中，初始化了一个 MessageQueue ，作为该 Looper 对象成员变量。Looper.loop() 就不断地循环从 MessageQueue 中取消息处理了，当没有消息的时候会阻塞，有消息的到来的时候会唤醒。

如果我们不想自己初始化 HandlerThread 的 Handler 对象，可以直接使用 HandlerThread 里面的 Handler，使用的时候就只能用 post(Runnable r),因为 HandlerThread 的 Handler 没有派生子类，只能使用 Message.callback 来执行任务。

源码

四、IntentService

IntentService 是一种特殊的 Service，它继承了 Service，并且是一个抽象类，子类必须实现 onHandleIntent() 才可以使用。IntentService 可用于执行后台任务，我们可以通过 startService(Intent) 来提交请求，该Service会在需要的时候创建，当完成所有的任务以后自己关闭，且请求是在工作线程处理的。而且由于它是 Service，比单纯的后台线程优先级高，不容易被系统杀死。

优点：

1.不需要自己去 new Thread
2.不需要考虑在什么时候关闭该 Service

举个栗子

使用 IntentService 上传照片

public class UploadImgService extends IntentService {

    private static final String ACTION_UPLOAD_IMG = "com.zhy.blogcodes.intentservice.action.UPLOAD_IMAGE";
    public static final String EXTRA_IMG_PATH = "com.zhy.blogcodes.intentservice.extra.IMG_PATH";

    /**
     * 外部调用开启任务
     * @param context
     * @param path
     */
    public static void startUploadImg(Context context, String path) {

        Intent intent = new Intent(context, UploadImgService.class);
        intent.setAction(ACTION_UPLOAD_IMG);
        intent.putExtra(EXTRA_IMG_PATH, path);
        context.startService(intent);
    }


    public UploadImgService() {
        super("UploadImgService");
    }

    @Override
    protected void onHandleIntent(Intent intent) {

        if (intent != null) {
            final String action = intent.getAction();
            if (ACTION_UPLOAD_IMG.equals(action)) {
                final String path = intent.getStringExtra(EXTRA_IMG_PATH);
                handleUploadImg(path);
            }
        }
    }

    private void handleUploadImg(String path) {
        try {
            //模拟上传耗时
            Thread.sleep(3000);

            Intent intent = new Intent(MainActivity.UPLOAD_RESULT);
            intent.putExtra(EXTRA_IMG_PATH, path);
            //通过广播通知 UI 线程
            sendBroadcast(intent);

        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }


    }

    @Override
    public void onCreate() {
        super.onCreate();
        Log.e("TAG","onCreate");
    }


    @Nullable
    @Override
    public IBinder onBind(Intent intent) {
        Log.e("TAG","onBind");
        return null;
    }

    @Override
    public int onStartCommand(@Nullable Intent intent, int flags, int startId) {
        Log.e("TAG","onSatrtCommand");
        return super.onStartCommand(intent, flags, startId);
    }

    @Override
    public void onStart(@Nullable Intent intent, int startId) {
        Log.e("TAG","onSatrt");
        super.onStart(intent, startId);
    }

    @Override
    public void onDestroy() {
        super.onDestroy();
        Log.e("TAG","onDestroy");
    }

}

上面的代码主要就是继承IntentService，然后复写onHandleIntent方法，根据传入的intent来选择具体的操作。

运行 Log:
04-16 07:56:59.894 19936-19936/com.innovator.intentservicetest E/TAG: onCreate
onSatrtCommand
onSatrt
04-16 07:57:00.500 19936-19936/com.innovator.intentservicetest E/TAG: onSatrtCommand
onSatrt
04-16 07:57:00.774 19936-19936/com.innovator.intentservicetest E/TAG: onSatrtCommand
onSatrt
04-16 07:57:01.788 19936-19936/com.innovator.intentservicetest E/TAG: onSatrtCommand
onSatrt
04-16 07:57:01.965 19936-19936/com.innovator.intentservicetest E/TAG: onSatrtCommand
onSatrt

通过 startUploadImg(Context context, String path) 来创建多个任务，可以看到 onCreate()只调用了一次，onStartCommand() 和 onStart() 会回调多次。

划重点啦！！！

源码解析：

package android.app;

import android.content.Intent;
import android.os.Handler;
import android.os.HandlerThread;
import android.os.IBinder;
import android.os.Looper;
import android.os.Message;


public abstract class IntentService extends Service {
    private volatile Looper mServiceLooper;
    private volatile ServiceHandler mServiceHandler;
    private String mName;
    private boolean mRedelivery;

    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);
        }
    }


    public IntentService(String name) {
        super();
        mName = name;
    }


    public void setIntentRedelivery(boolean enabled) {
        mRedelivery = enabled;
    }

    @Override
    public void onCreate() {
                super.onCreate();
        HandlerThread thread = new HandlerThread("IntentService[" + mName + "]");
        thread.start();

        mServiceLooper = thread.getLooper();
        mServiceHandler = new ServiceHandler(mServiceLooper);
    }

    @Override
    public void onStart(Intent intent, int startId) {
        Message msg = mServiceHandler.obtainMessage();
        msg.arg1 = startId;
        msg.obj = intent;
        mServiceHandler.sendMessage(msg);
    }


    @Override
    public int onStartCommand(Intent intent, int flags, int startId) {
        onStart(intent, startId);
        return mRedelivery ? START_REDELIVER_INTENT : START_NOT_STICKY;
    }

    @Override
    public void onDestroy() {
        mServiceLooper.quit();
    }


    @Override
    public IBinder onBind(Intent intent) {
        return null;
    }


    protected abstract void onHandleIntent(Intent intent);
}

可以看到它在 onCreate() 里面初始化了一个 HandlerThread，同时实例化了一个绑定该 HandlerThread 的 Handler。当任务开始的时候，会回调 onStartCommand(),即回调 onStart(),在 onStart() 中可以看到这个 Handler 发送了一条消息给自己，于是就会调用自己的处理方法，最后调用 onHandleIntent((Intent)msg.obj) 方法，所以我们在使用 IntentService 的时候需要重写 onHandleIntent((Intent)msg.obj)。

而且，由于 HandlerThread 是串行执行任务的，所以 IntentService 也是串行执行任务的，执行完成后会调用 stopSelf(msg.arg1); 判断是否销毁该 Service（stopSelf(msg.arg1);会等待所有消息都处理完毕才会终止服务）。所以当任务完成，销毁 Service 回调 onDestory()时,源码里面会释放了我们的 Looper: mServiceLooper.quit()。

源码

五、线程池

使用线程池有几个好处：

1.重用线程池的线程，避免为线程的创建和销毁所带来的性能开销
2.能有效控制线程池的最大并发数，避免大量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。

5.1 ThreadPoolExecutor

ThreadPoolExecutor 是线程池的真正实现，它的构造方法为：

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue workQueue) {
                          
        this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
             Executors.defaultThreadFactory(), 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一直存活，即使它们处于闲置的状态。如果将 ThreadPoolExecutor 的 allowCoreThreadTimeOut 属性为 true，那么闲置的核心线程在等待新任务到来的时候会有超时策略，这个时间间隔超过 keepAliveTime 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，非核心线程就会被回收。
unit：超时时长单位：毫秒，秒，分
workQueue：线程池的任务队列，通过线程池的 execute() 提交的 Runnable 对象就存储在这个队列中。
threadFactory：线程工厂，为线程池提供创造新线程的功能。

ThreadPoolExecutor 执行任务时的规则：

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已经达到或者超过核心线程数量，那么任务就会被插入到任务队列中排队等待执行
3.如果步骤2中的任务无法插到任务队列，这往往是由于任务队列已满，这时如果线程数量未达到线程池的最大值，那么就会立刻启动一个非核心线程来执行任务。
4.如果步骤3中线程数量已经达到线程池规定的最大值，那么就会拒绝执行这项任务，ThreadPoolExecutor 就会调用 RejectedExecutionHandler 的 rejectExecution() 来通知调用方。

5.2 线程池分类

1.FixedThreadPool：一种线程数量固定的线程池，核心线程数就是线程池能容纳的最大线程数。所以当线程处于空闲状态时，它们并不会回收，除非线程池被关闭了。当所有线程都处于活动状态时，新任务都会处于等待状态，直到有空闲的线程。因为 FixedThreadPool 只有核心线程并且这些核心线程不会被回收，这就意味着它能更加快速地响应外界的请求。FixedThreadPool 的任务队列没有大小限制。

构造方法：
```
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
    return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                  0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                  new LinkedBlockingQueue());
}
```

使用方法：

ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);
fixedThreadPool.execute(Runnable r);

CachedThreadPool：一种线程数量不定的线程池，只有非核心线程，并且最大线程数为 Interger.MAX_VALUE。当线程池中的线程都处于活动状态时，线程池会创建新的线程来处理任务，否则就会利用空闲线程来处理新任务。线程池中的空闲线程都有超时机制，超时时长为 60s，超过 60s 就会被回收。它比较适合执行大量的耗时较少的任务。

构造方法：
```
public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
    return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                  60L, TimeUnit.SECONDS,
                                  new SynchronousQueue());
}
```

使用方法：

ExecutorService cacheThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
cacheThreadPool.execute(Runnable r);

ScheduledThreadPool：核心线程数量固定，线程池能容纳的最大线程数没有限制，并且当非核心线程闲置时会被立即回收。主要用于执行定时任务和具有固定周期的重复任务。

构造方法：

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());
}

使用方法：

ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(3);
      //延迟2秒后执行该任务
      scheduledThreadPool.schedule(new Runnable() {
          @Override
          public void run() {

          }
      }, 2, TimeUnit.SECONDS);
      
      //延迟1秒后，每隔2秒执行一次该任务
      scheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
          @Override
          public void run() {

          }
      }, 1, 2, TimeUnit.SECONDS);

SingleThreadExecutor：这类线程池内部只有一个核心线程，它确保所有任务都在同一个线程中按顺序执行。意义就是统一所有外界的任务到同一线程中，使得这些任务之间不需要处理线程同步的问题。

构造方法：
```
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
    return new FinalizableDelegatedExecutorService
        (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                new LinkedBlockingQueue()));
}
```

使用方法：

ScheduledExecutorService singleThreadScheduledPool = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();

      //延迟1秒后，每隔2秒执行一次该任务
      singleThreadScheduledPool.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
          @Override
          public void run() {
              String threadName = Thread.currentThread().getName();
              Log.v("zxy", "线程：" + threadName + ",正在执行");
          }
      },1,2,TimeUnit.SECONDS);
      
   singleThreadScheduledPool.execute(Runnable r);

六、参考资料

Android HandlerThread 完全解析
Android IntentService完全解析当Service遇到Handler
Android性能优化之使用线程池处理异步任务

Android 开发艺术探索笔记（十五） 之 Android 的线程和线程池

一、概述

二、AsyncTask

三、HandlerThread

四、IntentService

五、线程池

5.1 ThreadPoolExecutor

5.2 线程池分类

六、参考资料

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