Android多线程

什么是多线程？

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线程是cpu调度的最小单位。java中，一个虚拟机实例对应着一个进程，进程中有n个线程，java为每个进程分配一定的内存区域。

• 方法区
• 堆
• java栈
• 本地方法栈
• 程序计数器

其中，方法区和堆区是进程内所有线程所共享的，每个线程都有自己的程序计数器，java栈以及本地方法栈。
线程与进程之间的简要关系如上，借用马士宾老师一句最浅显易懂的话来形容线程就是：

线程是程序不同的执行分支。

线程同步问题

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上文提到不同线程有各自的专属内存区域，包括java栈、本地方法栈、程序计数器，java栈中存放着一个个的栈帧，线程中执行的方法就对应着一个个栈帧。如果不同的线程同时写一个int，需要先将int加载到自己的java栈中再来写入，相当于不同的线程都在写int的副本，最后int的值为多少，实在无法控制，所以需要引入同步机制，只有获得同步锁对象后，才能写int，这样每个线程加载的int的副本值都是可确定的对象，数据写入才能安全。
正常使用同步锁，理解同步锁是什么，这对于理解线程同步问题有非常大的帮助。

private Object lock = new Object();
public void demo(){
    synchronized (lock) {
        /* 同步锁是lock */
    }
}

public synchronized void demo2(){
    /* 同步锁是类的实例 */
}

public static synchronized void demo3(){
    /* 同步锁是类 */
}

线程状态说明

• NEW：线程已经创建，但还没有start
• RUNNABLE：线程处于可运行状态，一切就绪
• BLOCKED：线程处于阻塞状态，比如正在等待某个锁的释放
• WAITING：线程处于等待状态，调用wait方法导致
• TIMED_WAITING：等待特定的时间，一般指调用sleep方法
• TERMINATED：终止运行

BLOCKED状态，指还未获取到同步锁，仍在等待当中；WAITING是指调用wait方法，释放自己已经得到的同步锁，同时让自己处于等待状态当中；TIMED_WAITING一般是指调用sleep方法，线程睡了一段时间之后就继续运行。这也间接说明了sleep方法与wait方法的不同，sleep只是单纯让线程睡眠一段时间就立即重新执行，与同步毫无关系。

同步时常用方法说明

• wait：释放同步锁，使线程进入等待状态当中，等待同步锁对象再次调用notify或notifyAll方法唤醒线程，执行线程其余的逻辑
• notify：释放同步锁，唤醒其它wait的线程，常与wait搭配使用，进行线程间的通信
• join：等待调用线程结束，再来执行当前线程的内容
• sleep：单纯地让线程睡眠一段时间，时间一过，线程恢复成执行状态
• interrupt：顾名思义，打断线程，如果一个线程正被阻塞在wait上或者线程调用了join方法、sleep方法，此时调用interrupt方法，将清除线程的中断状态，并且抛出异常，可接收此异常消息退出线程等。

正确理解volatile

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volatile，是一种并不安全的线程同步方式，但在一定程序上也是有效的。相信大家都在大学里上过计算机基础课程，cpu在执行命令时，先将数据从硬盘上加载到内存中，再将数据从内存中读入到寄存器中。cpu其实是在操纵寄存器当中的数据，在一定的时候再寄存器的数据写回到内存中。cpu并不会在操作数据前都重新从内存中加载到寄存器中，所以寄存器中的数据有可能是老旧的数据，这样也会导致程序异常。

public volatile static boolean stop = false;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Thread thread = new Thread(){
        public void run() {
            int i = 0;
            while (!stop) {
                i ++;
            }
            System.out.println("thread stop i = " + i);
        }
    };
    thread.start();
    Thread.sleep(1000);
    stop = true;
    System.out.println("main thread stop = " + stop);
    thread.join();
}

请看上面的代码，如果不用volatile修饰变量stop，那么这个程序将永远无法停止。使用volatile修饰变量，在使用变量的时候将重新从内存中读取，这在一定程度上将能解决线程同步问题。如果是多线程同时写，使用volatile修饰依然无用。

handler原理

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hander原理，网上已经有很多的详细解释了，本人就不再详细解释了，不过需要强调的一句是

如果不特别指定hander的Looper对象，那么hander还是在主线程运行，不要在主线程中做特别耗时的事。但hander确实是异步的。

hander不断向消息列队中发送消息，Looper执行死循环，从消息队列中取出消息，将消息交给handler处理执行。

class WorkThread extends Thread{
    public void run() {
        Looper.prepare();
        Handler handler = new Handler(){
            public void handleMessage(Message msg) {
                super.handleMessage(msg);
            }
        };
        Looper.loop();
    }
}

一般handler的使用如上，执行Looper.prepare()方法时，将创建消息队列，创建Looper对象，并将Looper对象保存在ThreadLocal中，ThreadLocal类似于map类的键值对容器，它的key很奇特，就是当前的线程。

public void set(T value) {
    Thread currentThread = Thread.currentThread();
    Values values = values(currentThread);
    if (values == null) {
        values = initializeValues(currentThread);
    }
    values.put(this, value);
}

handler将消息发送给与自己相关联的Looper对象，Looper对象在死循环中（执行loop方法）不停处理消息队列中的消息。请注意，Looper对象的loop方法是在与Looper对象关联的线程中执行的，至此，handler与线程关联起来，可以使用handler处理工作线程中的逻辑。

HandlerThread的源码较简单，类似上述Handler使用代码，不再详述。

AsyncTask使用

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AsyncTask，是Android工作线程的一种实现，可以AsyncTask中处理复杂逻辑，并在主线程中更新UI，非常地方便。但人们在使用AsyncTask时常常存在着误区

如果存在多个AsyncTask实例，那么这些AsyncTask将同步执行，不会异常执行，必须等待上一个AsyncTask实例执行完毕，才能执行下一个AsyncTask实例。

本人第一次读AsyncTask源码时，非常惊讶，专门为Android定制的工作线程，居然是同步线性执行的。

AsyncTask中定义着两个线程池，一个负责调度，一个负责真正执行。调度线程池中有一个Runnable队列，调度线程池不停地从队列中取出Runnable对象，交给真正执行的线程池执行。
调度线程池：

private static class SerialExecutor implements Executor {
    final ArrayDeque mTasks = new ArrayDeque();
    Runnable mActive;

    public synchronized void execute(final Runnable r) {
        mTasks.offer(new Runnable() {
            public void run() {
                try {
                    r.run();
                } finally {
                    scheduleNext();
                }
            }
        });
        if (mActive == null) {
            scheduleNext();
        }
    }

    protected synchronized void scheduleNext() {
        if ((mActive = mTasks.poll()) != null) {
            THREAD_POOL_EXECUTOR.execute(mActive);
        }
    }
}

mTasks是保存Runable对象的队列，在execute方法中，mTasks向自身添加Runable对象，并且将原本的Runable对象进行一定的修改，当前的Runable对象run方法执行完成后再从mTasks对象中取出第二个Runable对象来执行。
mActive 对象，在第一个AsyncTask启动时肯定为空，mTasks从队列中取值，赋值给mActive对象，并将mActive 交给真正的执行线程池THREAD_POOL_EXECUTOR执行。待mActive逻辑执行完毕，再次从mTasks取值执行。实现前文所提的，多个AsyncTask实例，同步线性执行。

执行线程池配置如下：

    public static final Executor THREAD_POOL_EXECUTOR
        = new ThreadPoolExecutor(CORE_POOL_SIZE, MAXIMUM_POOL_SIZE, KEEP_ALIVE,
                TimeUnit.SECONDS, sPoolWorkQueue, sThreadFactory);

可详细查看AsyncTask源码，学习执行线程池的配置，加深线程池的学习及使用。

更多形式的线程使用

• Callable，接口，可以获取返回值

• Future， 接口，可查询任务执行的情况，是否完成等

• FutureTask，类，实现了future接口以及runable接口
  Thread只支持Runable接口。通过工作线程进行某耗时任务，有时需要取得返回值，但Runable接口无返回值。为了解决此问题，引出两个新的接口，Callable和Future。Callable接口包含返回值，而Future接口，可用于查看当前工作线程的执行情况，是否已经执行完成等。
  FutureTask实现了Future和Runable接口，它的构造函数中还包含Callable接口，在它的run方法中，执行Callable接口的实现逻辑，并将结果保存起来，当工作线程线束时可返回结果。

    void innerRun() {
        if (!compareAndSetState(READY, RUNNING))
            return;
  
        runner = Thread.currentThread();
        if (getState() == RUNNING) { // recheck after setting thread
            V result;
            try {
                result = callable.call();//调用callable的接口实现逻辑
            } catch (Throwable ex) {
                setException(ex);
                return;
            }
            set(result);//保存执行结果
        } else {
            releaseShared(0); // cancel
        }
    }
  

FutureTask，是一个可返回任务执行结果的Runable实现类。示例如下：

public class DemoFutureTask {
static class CallableImpl implements Callable{
    int result = 0;
    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        while (result < 10) {
            Thread.sleep(1000);
            result ++;
        }
        return result;
    }
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
    CallableImpl callableImpl = new CallableImpl();
    FutureTask task = new FutureTask<>(callableImpl);
    new Thread(task).start();
    System.out.println("workthread has started");
    while (!task.isDone()) {
        System.out.println("task is not done");
        Thread.sleep(1000);
    }
    System.out.println("task is done and result = " + task.get());
}
}

结果为：

    workthread has started
    task is not done
    ......
    task is not done
    task is done and result = 10