Android开发的艺术探索第十一章(Android的线程和线程池)

在Android中可以扮演线程角色的还有很多，比如AsyncTask和IntentService，同时 HandlerThread也是一种特殊的线程。尽管AsyncTask、IntentService以及HandlerThread的表 现形式都有别于传统的线程，但是它们的本质仍然是传统的线程。对于AsyncTask来说， 它的底层用到了线程池，对于IntentService和HandlerThread来说，它们的底层则直接使用 了线程。
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 一个服务，系统对其进行了封装使其可以更方便地执行后台任务，IntentService内部采用 HandlerThread来执行任务，当任务执行完毕后IntentService会自动退出。从任务执行的角 度来看，IntentService的作用很像一个后台线程，但是IntentService是一种服务，它不容易 被系统杀死从而可以尽量保证任务的执行，而如果是一个后台线程，由于这个时候进程中 没有活动的四大组件，那么这个进程的优先级就会非常低，会很容易被系统杀死，这就是 IntentService的优点。

11.1 主线程和子线程

主线程是指进程所拥有的线程，在Java中默认情况下一个进程只有一个线程，这个线 程就是主线程。
除了主线程以外的线程都是子线程。

11.2.1 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，然后把执 行的进度和最终结果传递给主线程并在主线程中更新UI。
AsyncTask封装 了Thread和Handler，通过AsyncTask可以更加方便地执行后台任务以及在主线程中访问 UI，但是AsyncTask并不适合进行特别耗时的后台任务，对于特别耗时的任务来说，建议使用线程池。
AsyncTask提供了4个核心方法，它们的含义如下所示。
（1）onPreExecute()，在主线程中执行，在异步任务执行之前，此方法会被调用，一 般可以用于做一些准备工作。
（2）doInBackground(Params…params)，在线程池中执行，此方法用于执行异步任 务，params参数表示异步任务的输入参数。在此方法中可以通过publishProgress方法来更 新任务的进度，publishProgress方法会调用onProgressUpdate方法。另外此方法需要返回计
算结果给onPostExecute方法。
（3）onProgressUpdate(Progress…values)，在主线程中执行，当后台任务的执行进度 发生改变时此方法会被调用。
（4）onPostExecute(Result result)，在主线程中执行，在异步任务执行之后，此方法 会被调用，其中result参数是后台任务的返回值，即doInBackground的返回值。
上面这几个方法，onPreExecute先执行，接着是doInBackground，最后才是 onPostExecute。除了上述四个方法以外，AsyncTask还提供了onCancelled()方法，它同样 在主线程中执行，当异步任务被取消时，onCancelled()方法会被调用，这个时候 onPostExecute则不会被调用。
AsyncTask在具体的使用过程中也是有一些条件限制的，主要有如下几点
1AsyncTask的类必须在主线程中加载
2AsyncTask的对象必须在主线程中创建
3execute方法必须在UI线程调用
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

11.2.2 AsyncTask的工作原理

为了分析AsyncTask的工作原理，我们从它的execute方法开始分析，execute方法又会 调用executeOnExecutor方法，它们的实现如下所示。

sDefaultExecutor实际上是一个串行的线程池，一个进程中所有的 AsyncTask全部在这个串行的线程池中排队执行，这个排队执行的过程后面会再进行分析。AsyncTask的onPreExecute方法最先执行，然后线程池开始执行。下面分析线程池的执行过程，

从SerialExecutor的实现可以分析AsyncTask的排队执行的过程。首先系统会把 AsyncTask的Params参数封装为FutureTask对象，FutureTask是一个并发类，在这里它充当 了Runnable的作用。接着这个FutureTask会交给SerialExecutor的execute方法去处理， SerialExecutor的execute方法首先会把FutureTask对象插入到任务队列mTasks中，如果这个 时候没有正在活动的AsyncTask任务，那么就会调用SerialExecutor的scheduleNext方法来执 行下一个AsyncTask任务。同时当一个AsyncTask任务执行完后，AsyncTask会继续执行其他任务直到所有的任务都被执行为止，从这一点可以看出，在默认情况下，AsyncTask是串行执行的。
AsyncTask中有两个线程池（SerialExecutor和THREAD_POOL_EXECUTOR）和一个handle
THREAD_POOL_EXECUTOR用于真正地执行任务，InternalHandler用于将执行环境从线程池切换到主线程.在AsyncTask的构造方法中有如下这么一段代码，由于FutureTask的run方法会调 用mWorker的call方法，因此mWorker的call方法最终会在线程池中执行
在mWorker的call方法中，首先将mTaskInvoked设为true，表示当前任务已经被调用过 了，然后执行AsyncTask的doInBackground方法，接着将其返回值传递给postResult方法， 它的实现如下所示


可以发现，sHandler是一个静态的Handler对象，为了能够将执行环境切换到主线程， 这就要求sHandler这个对象必须在主线程中创建。由于静态成员会在加载类的时候进行初始化，因此这就变相要求AsyncTask的类必须在主线程中加载，否则同一个进程中的 AsyncTask都将无法正常工作。sHandler收到MESSAGE_POST_RESULT这个消息后会调用 AsyncTask的finish方法，如下所示

AsyncTask的finish方法的逻辑比较简单，如果AsyncTask被取消执行了，那么就调用 onCancelled方法，否则就会调用onPostExecute方法，可以看到doInBackground的返回结果 会传递给onPostExecute方法，到这里AsyncTask的整个工作过程就分析完毕了。
这里注意：Android3.0以上多个task是串行的，使用executeOnExecutor方法可以为并行方式

11.2.3 HandlerThread

HandlerThread继承了Thread，它是一种可以使用Handler的Thread，它的实现也很简 单，就是在run方法中通过Looper.prepare()来创建消息队列，并通过Looper.loop()来开启消 息循环，这样在实际的使用中就允许在HandlerThread中创建Handler了。

从HandlerThread的实现来看，它和普通的Thread有显著的不同之处。普通Thread主要用于在run方法中执行一个耗时任务，而HandlerThread在内部创建了消息队列，外界需要
通过Handler的消息方式来通知HandlerThread执行一个具体的任务。

11.2.4 IntentService

IntentService是一种特殊的Service，它继承了Service并且它是一个抽象类，因此必须创建它的子类才能使用IntentService。IntentService可用于执行后台耗时的任务，当任务执行后它会自动停止，同时由于IntentService是服务的原因，这导致它的优先级比单纯的线程要高很多，所以IntentService比较适合执行一些高优先级的后台任务，因为它优先级高 不容易被系统杀死。在实现上，IntentService封装了HandlerThread和Handler，这一点可以从它的onCreate方法中看出来，如下所示

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来构造一个Handler对象mServiceHandler，这样通 过mServiceHandler发送的消息最终都会在HandlerThread中执行，从这个角度来看， IntentService也可以用于执行后台任务。每次启动IntentService，它的onStartCommand方法 就会调用一次，IntentService在onStartCommand中处理每个后台任务的Intent。下面看一下 onStartCommand方法是如何处理外界的Intent的，onStartCommand调用了onStart，onStart 方法的实现如下所示。

可以看出，IntentService仅仅是通过mServiceHandler发送了一个消息，这个消息会在 HandlerThread中被处理。mServiceHandler收到消息后，会将Intent对象传递给 onHandleIntent方法去处理。注意这个Intent对象的内容和外界的startService(intent)中的 intent的内容是完全一致的，通过这个Intent对象即可解析出外界启动IntentService时所传递 的参数，通过这些参数就可以区分具体的后台任务，这样在onHandleIntent方法中就可以 对不同的后台任务做处理了。当onHandleIntent方法执行结束后，IntentService会通过 stopSelf(int startId)方法来尝试停止服务。这里之所以采用stopSelf(int startId)而不是 stopSelf()来停止服务，那是因为stopSelf()会立刻停止服务，而这个时候可能还有其他消息 未处理，stopSelf(int startId)则会等待所有的消息都处理完毕后才终止服务。一般来说， stopSelf(int startId)在尝试停止服务之前会判断最近启动服务的次数是否和startId相等，如 果相等就立刻停止服务，不相等则不停止服务，这个策略可以从AMS的stopServiceToken 方法的实现中找到依据，读者感兴趣的话可以自行查看源码实现。ServiceHandler的实现 如下所示

IntentService的onHandleIntent方法是一个抽象方法，它需要我们在子类中实现，它的 作用是从Intent参数中区分具体的任务并执行这些任务。如果目前只存在一个后台任务，
那么onHandleIntent方法执行完这个任务后，stopSelf(int startId)就会直接停止服务；如果 目前存在多个后台任务，那么当onHandleIntent方法执行完最后一个任务时，stopSelf(int startId)才会直接停止服务。另外，由于每执行一个后台任务就必须启动一次 IntentService，而IntentService内部则通过消息的方式向HandlerThread请求执行任务， Handler中的Looper是顺序处理消息的，这就意味着IntentService也是顺序执行后台任务 的，当有多个后台任务同时存在时，这些后台任务会按照外界发起的顺序排队执行。

11.3 Android中的线程池

线程池的优点可以 概括为以下三点：
（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销。
（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系统资源而 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。
Android中的线程池的概念来源于Java中的Executor，Executor是一个接口，真正的线 程池的实现为ThreadPoolExecutor。ThreadPoolExecutor提供了一系列参数来配置线程池， 通过不同的参数可以创建不同的线程池。

11.3.1 ThreadPoolExecutor

ThreadPoolExecutor是线程池的真正实现，它的构造方法提供了一系列参数来配置线 程池，下面介绍ThreadPoolExecutor的构造方法中各个参数的含义，这些参数将会直接影 响到线程池的功能特性，

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，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，核心线程就会被终止。
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，后续的新任务将会被 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。当 ThreadPool-Executor的allowCoreThreadTimeOut属性设置为true时，keepAliveTime同样会作 用于核心线程。 unit 用于指定keepAliveTime参数的时间单位，这是一个枚举，常用的有TimeUnit. MILLISECONDS（毫秒）、TimeUnit.SECONDS（秒）以及TimeUnit.MINUTES（分钟） 等。
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。
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)。
ThreadPoolExecutor执行任务时大致遵循如下规则：
（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已满，这 个时候如果线程数量未达到线程池规定的最大值，那么会立刻启动一个非核心线程来执行 任务。
（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rejectedExecution方法来通知调用者。

11.3.2 线程池的分类

四类线程池分别是FixedThreadPool、 CachedThreadPool、ScheduledThreadPool以及SingleThreadExecutor。

1. FixedThreadPool
   通过Executors的newFixedThreadPool方法来创建。它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，新任务都会处于等待状态，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。
2. CachedThreadPool
   通过Executors的newCachedThreadPool方法来创建。它是一种线程数量不定的线程 池，它只有非核心线程，并且其最大线程数为Integer.MAX_VALUE。由于 Integer.MAX_VALUE是一个很大的数，实际上就相当于最大线程数可以任意大。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新任务，否则就会利用空闲 的线程来处理新任务。线程池中的空闲线程都有超时机制，这个超时时长为60秒，超过60 秒闲置线程就会被回收。和FixedThreadPool不同的是，CachedThreadPool的任务队列其实 相当于一个空集合，这将导致任何任务都会立即被执行，因为在这种场景下 SynchronousQueue是无法插入任务的。SynchronousQueue是一个非常特殊的队列，在很多 情况下可以把它简单理解为一个无法存储元素的队列，由于它在实际中较少使用，这里就 不深入探讨它了。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，线程池中的线程都会超时而被停止，这个 时候CachedThreadPool之中实际上是没有任何线程的，它几乎是不占用任何系统资源的。
   3.ScheduledThreadPool
   通过Executors的newScheduledThreadPool方法来创建。它的核心线程数量是固定的， 而非核心线程数是没有限制的，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，
   4.SingleThreadExecutor
   通过Executors的newSingleThreadExecutor方法来创建。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执行。SingleThreadExecutor的意义在于 统一所有的外界任务到一个线程中，这使得在这些任务之间不需要处理线程同步的问题。