Android线程池使用及其原理

一、为什么使用线程池

在android开发中经常会使用多线程异步来处理相关任务，而如果用传统的newThread来创建一个子线程进行处理，会造成一些严重的问题：

• 在任务众多的情况下，系统要为每一个任务创建一个线程，而任务执行完毕后会销毁每一个线程，所以会造成线程频繁地创建与销毁。

• 多个线程频繁地创建会占用大量的资源，并且在资源竞争的时候就容易出现问题，同时这么多的线程缺乏一个统一的管理，容易造成界面的卡顿。

• 多个线程频繁地销毁，会频繁地调用GC机制，这会使性能降低，又非常耗时。

总而言之：频繁地为每一个任务创建一个线程，缺乏统一管理，降低性能，并且容易出现问题。

为了解决这些问题，就要用到今天的主角——线程池.

线程池使用的好处：

• 对多个线程进行统一地管理，避免资源竞争中出现的问题。

• （重点）：对线程进行复用，线程在执行完任务后不会立刻销毁，而会等待另外的任务，这样就不会频繁地创建、销毁线程和调用GC。

• JAVA提供了一套完整的ExecutorService线程池创建的api，可创建多种功能不一的线程池，使用起来很方便。

1. 内部原理逻辑

当线程池运行时，遵循以下工作逻辑：

二、几种常见的线程池

1、ThreadPoolExecutor 创建基本线程池

创建线程池，主要是利用ThreadPoolExecutor这个类，而这个类有几种构造方法，其中参数最多的一种构造方法如下：

   /*
    *@ ThreadPoolExecutor构造参数介绍
    */
    public ThreadPoolExecutor(
    //核心线程数，除非allowCoreThreadTimeOut被设置为true，否则它闲着也不会死
    int corePoolSize,
    //最大线程数，活动线程数量超过它，后续任务就会排队                   
    int maximumPoolSize,
    //超时时长，作用于非核心线程（allowCoreThreadTimeOut被设置为true时也会同时作用于核心线程），闲置超时便被回收           
    long keepAliveTime,                          
    //枚举类型，设置keepAliveTime的单位，有TimeUnit.MILLISECONDS（ms）、TimeUnit. SECONDS（s）等
    TimeUnit unit,
    //缓冲任务队列，线程池的execute方法会将Runnable对象存储起来
    BlockingQueue<Runnable> workQueue,
    //线程工厂接口，只有一个new Thread(Runnable r)方法，可为线程池创建新线程
    ThreadFactory threadFactory)

• corePoolSize: 该线程池中核心线程的数量。

• maximumPoolSize：该线程池中最大线程数量。(区别于corePoolSize)

• keepAliveTime:从字面上就可以理解，是非核心线程空闲时要等待下一个任务到来的时间，当任务很多，每个任务执行时间很短的情况下调大该值有助于提高线程利用率。注意：当allowCoreThreadTimeOut属性设为true时，该属性也可用于核心线程。

• unit:上面时间属性的单位

• workQueue:任务队列，后面详述。

• threadFactory:线程工厂，可用于设置线程名字等等，一般无须设置该参数。

ThreadPoolExecutor的各个参数所代表的特性注释中已经写的很清楚了，那么ThreadPoolExecutor执行任务时的心路历程是什么样的呢？（以下用currentSize表示线程池中当前线程数量）

• 当currentSize

• 当currentSize>=corePoolSize、并且workQueue未满时，添加进来的任务会被安排到workQueue中等待执行。

• 当workQueue已满，但是currentSize

• 当currentSize>=corePoolSize、workQueue已满、并且currentSize>maximumPoolSize时，调用handler默认抛出RejectExecutionExpection异常。

设置好几个参数就可以创建一个基本的线程池，而之后的各种线程池都是在这种基本线程池的基础上延伸的。

下面贴个自己写的demo来熟悉具体的使用并且加深影响：

//创建基本线程池
final ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(3,5,1,TimeUnit.SECONDS,
        new LinkedBlockingQueue<Runnable>(100));

设置一个按钮mThreadPoolExecute，并在点击事件中使用线程池

 /**
  * 基本线程池使用
  */
 mThreadPoolExecute.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
            @Override
            public void onClick(View v) {

                for(int i = 0;i<30;i++){
                    final int finali = i;
                    Runnable runnable = new Runnable() {
                        @Override
                        public void run() {
                            try {
                                Thread.sleep(2000);
                                Log.d("Thread", "run: "+finali);
                                Log.d("当前线程：",Thread.currentThread().getName());
                            } catch (InterruptedException e) {
                                e.printStackTrace();
                            }
                        }
                    };
                    threadPoolExecutor.execute(runnable);
                }
            }
        });

结果会每2s打印三个日志。

具体过程：

• execute一个线程之后，如果线程池中的线程数未达到核心线程数，则会立马启用一个核心线程去执行。

• execute一个线程之后，如果线程池中的线程数已经达到核心线程数，且workQueue未满，则将新线程放入workQueue中等待执行。

• execute一个线程之后，如果线程池中的线程数已经达到核心线程数但未超过非核心线程数，且workQueue已满，则开启一个非核心线程来执行任务。

• execute一个线程之后，如果线程池中的线程数已经超过非核心线程数，则拒绝执行该任务，采取饱和策略，并抛出RejectedExecutionException异常。

demo中设置的任务队列长度为100，所以不会开启额外的5-3=2个非核心线程，如果将任务队列设为25，则前三个任务被核心线程执行，剩下的30-3=27个任务进入队列会满，此时会开启2个非核心线程来执行剩下的两个任务。

//新开启了thread-4与thread-5执行剩下的超出队列的两个任务28和29

2019-11-01 15:54:07.879 22284-22618/com.example.threadpooltest D/Thread:: 1
2019-11-01 15:54:07.879 22284-22617/com.example.threadpooltest D/Thread:: 0
2019-11-01 15:54:07.879 22284-22617/com.example.threadpooltest D/当前线程：: pool-1-thread-1
2019-11-01 15:54:07.879 22284-22618/com.example.threadpooltest D/当前线程：: pool-1-thread-2
2019-11-01 15:54:07.880 22284-22619/com.example.threadpooltest D/Thread:: 2
2019-11-01 15:54:07.880 22284-22619/com.example.threadpooltest D/当前线程：: pool-1-thread-3
2019-11-01 15:54:07.881 22284-22620/com.example.threadpooltest D/Thread:: 28
2019-11-01 15:54:07.881 22284-22620/com.example.threadpooltest D/当前线程：: pool-1-thread-4
2019-11-01 15:54:07.881 22284-22621/com.example.threadpooltest D/Thread:: 29
2019-11-01 15:54:07.881 22284-22621/com.example.threadpooltest D/当前线程：: pool-1-thread-5

疑问：每个for循环里都有一个sleep（2000），为何会每隔2s打印三个任务？

原因：因为一开始的时候只是声明runnable对象并且重写run()方法，并没有运行，而后execute(runnable) 才会sleep，又因为一开始创建线程池的时候声明的核心线程数为3，所以会首先开启三个核心线程，然后执行各自的run方法，虽然有先后顺序，但这之间的间隔很短，所以2s后同时打印3个任务。

2、FixedThreadPool (可重用固定线程数)

Executors类中的创建方法：

  public static ExecutorService newFixThreadPool(int nThreads){  
      return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>());  
  }  

FixedThreadPool创建

特点：参数为核心线程数，只有核心线程，无非核心线程，并且阻塞队列无界。
创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待。

demo代码：

创建：

  //创建fixed线程池
  final ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(5);

使用：

  /**
     * fixed线程池
     */
        mFixedPoolThread.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
            @Override
            public void onClick(View v) {
                for(int i = 0;i<30;i++){
                    final int finali = i;
                    Runnable runnable = new Runnable() {
                        @Override
                        public void run() {
                            try {
                                Thread.sleep(2000);
                                Log.d("Thread", "run: "+finali);
                                Log.d("当前线程：",Thread.currentThread().getName());
                            } catch (InterruptedException e) {
                                e.printStackTrace();
                            }
                        }
                    };
                    fixedThreadPool.execute(runnable);

                }
            }
        });

结果为每2s打印5次任务，跟上面的基础线程池类似。

3、CachedThreadPool (按需创建)

Executors类中的创建方法：

public static ExecutorService newCachedThreadPool(int nThreads){  
      return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE, 60L, TimeUnit. SECONDS, new SynchronousQueue<Runnable>());  
  }  

CachedThreadPool创建

特点：没有核心线程，只有非核心线程，并且每个非核心线程空闲等待的时间为60s，采用SynchronousQueue队列。
创建一个可缓存线程池，如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程。

demo代码：

创建：

 //创建Cached线程池
 final ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();

使用：

  /**
    * cached线程池
    */
        mCachedPoolThread.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
            @Override
            public void onClick(View v) {
                for(int i = 0;i<30;i++){
                    final int finali = i;
                    Runnable runnable = new Runnable() {
                        @Override
                        public void run() {
                            try {
                                Thread.sleep(2000);
                                Log.d("Thread", "run: "+finali);
                            } catch (InterruptedException e) {
                                e.printStackTrace();
                            }
                        }
                    };
                    cachedThreadPool.execute(runnable);

                }
            }
        });

结果：过2s后直接打印30个任务

结果分析：

• 因为没有核心线程，其他全为非核心线程，SynchronousQueue是不存储元素的，每次插入操作必须伴随一个移除操作，一个移除操作也要伴随一个插入操作。

• 当一个任务执行时，先用SynchronousQueue的offer提交任务，如果线程池中有线程空闲，则调用SynchronousQueue的poll方法来移除任务并交给线程处理；如果没有线程空闲，则开启一个新的非核心线程来处理任务。

• 由于maximumPoolSize是无界的，所以如果线程处理任务速度小于提交任务的速度，则会不断地创建新的线程，这时需要注意不要过度创建，应采取措施调整双方速度，不然线程创建太多会影响性能。

• 从其特点可以看出，CachedThreadPool适用于有大量需要立即执行的耗时少的任务的情况。

4、SingleThreadPool(单个核线的fixed)

特点：创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。

创建方法：

public static ExecutorService newSingleThreadPool (int nThreads){  
      return new FinalizableDelegatedExecutorService ( new ThreadPoolExecutor (1, 1, 0, TimeUnit. MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>()) );  
  }  

SingleThreadPool创建

创建：

 //创建Single线程池
 final ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();

使用：

/**
    * single线程池
    */
        mSinglePoolExecute.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
            @Override
            public void onClick(View v) {
                for(int i = 0;i<30;i++){
                    final int finali = i;x
                    Runnable runnable = new Runnable() {
                        @Override
                        public void run() {
                            try {
                                Thread.sleep(2000);
                                Log.d("Thread", "run: "+finali);
                            } catch (InterruptedException e) {
                                e.printStackTrace();
                            }
                        }
                    };
                    singleThreadExecutor.execute(runnable);

                }
            }
        });

结果：每2s打印一个任务，由于只有一个核心线程，当被占用时，其他的任务需要进入队列等待。

5、ScheduledThreadPool(定时延时执行)

特点：创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。

创建方法：

 //ScheduledThreadPool创建1
 public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize){  
  return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);  
  }  
  
  //ScheduledThreadPool创建2
  public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize){  
  super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS, new DelayedQueue ());  
 }

创建：

//创建Scheduled线程池
  final ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(3);

使用：

 /**
    * scheduled线程池
    */
        mScheduledTheadPool.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
            @Override
            public void onClick(View v) {

                    Runnable runnable = new Runnable() {
                        @Override
                        public void run() {

                            Log.d("Thread", "This task is delayed to execute");
                    }

                    };
                    scheduledThreadPool.schedule(runnable,10,TimeUnit.SECONDS);//延迟启动任务

//延迟5s后启动，每1s执行一次             scheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(runnable,5,1,TimeUnit.SECONDS);
//启动后第一次延迟5s执行，后面延迟1s执行  scheduledThreadPool.scheduleWithFixedDelay(runnable,5,1,TimeUnit.SECONDS);
            }
        });

结果如代码所述。

6、自定义的PriorityThreadPool(队列中有优先级比较的线程池)

创建：

 //创建自定义线程池(优先级线程)
final ExecutorService priorityThreadPool = new ThreadPoolExecutor(3,3,0, TimeUnit.SECONDS,new PriorityBlockingQueue<Runnable>());

自定义Runnable，继承Comparable接口：

public abstract class PriorityRunnable implements Runnable,Comparable<PriorityRunnable> {
    private int priority;

    public  PriorityRunnable(int priority){
        if(priority <0) {
            throw new IllegalArgumentException();
        }
        this.priority = priority;
    }

    public int getPriority() {
        return priority;
    }

    @Override
    public int compareTo(@NonNull PriorityRunnable another) {
        int me = this.priority;
        int anotherPri=another.getPriority();
        return me == anotherPri ? 0 : me < anotherPri ? 1 : -1;
    }

    @Override
    public void run() {
            doSomeThing();
    }

    protected abstract void doSomeThing();
}

利用抽象类继承Comparable接口重写其中的compareTo方法来比较优先级。

使用：

  mMyPriorityTheadPool.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
            @Override
            public void onClick(View v) {
                for(int i = 0;i<30;i++){
                    final int priority = i;
                    priorityThreadPool.execute(new PriorityRunnable(priority) {
                        @Override
                        protected void doSomeThing() {
                            Log.d("MainActivity", "优先级为 "+priority+"  的任务被执行");
                            try {
                                Thread.sleep(2000);
                            } catch (InterruptedException e) {
                                e.printStackTrace();
                            }
                        }
                    });

                }
            }
        });

结果：前三个任务被创建的三个核心线程执行，之后的27个任务进入队列并且调用compareTo方法进行排序，之后打印出来的是经过排序后从大到小的顺序。

7、 常见线程池 总结 & 对比

三、JAVA中的阻塞队列

由于上面的构造方法涉及到了阻塞队列，所以补充一些阻塞队列的知识。
阻塞队列：我的理解是，生产者——消费者，生产者往队列里放元素，消费者取，如果队列里没有元素，消费者线程取则阻塞，如果队列里元素满了，则生产者线程阻塞。

常见的阻塞队列有下列7种：

ArrayBlockingQueue ：一个由数组结构组成的有界阻塞队列。
LinkedBlockingQueue ：一个由链表结构组成的有界阻塞队列。
PriorityBlockingQueue ：一个支持优先级排序的无界阻塞队列。
DelayQueue：一个使用优先级队列实现的无界阻塞队列。
SynchronousQueue：一个不存储元素的阻塞队列。
LinkedTransferQueue：一个由链表结构组成的无界阻塞队列。
LinkedBlockingDeque：一个由链表结构组成的双向阻塞队列。

具体情况具体分析，选择合适的队列。
由于只是补充部分，所以具体使用及实现原理请百度。

四、各个线程池总结及适用场景

1、newCachedThreadPool：

• 底层：返回ThreadPoolExecutor实例，corePoolSize为0；maximumPoolSize为Integer.MAX_VALUE；keepAliveTime为60L；unit为TimeUnit.SECONDS；workQueue为SynchronousQueue(同步队列)
• 通俗：当有新任务到来，则插入到SynchronousQueue中，由于SynchronousQueue是同步队列，因此会在池中寻找可用线程来执行，若有可以线程则执行，若没有可用线程则创建一个线程来执行该任务；若池中线程空闲时间超过指定大小，则该线程会被销毁。
• 适用：执行很多短期异步的小程序或者负载较轻的服务器

2、newFixedThreadPool：

• 底层：返回ThreadPoolExecutor实例，接收参数为所设定线程数量nThread，corePoolSize为nThread，maximumPoolSize为nThread；keepAliveTime为0L(不限时)；unit为：TimeUnit.MILLISECONDS；WorkQueue为：new LinkedBlockingQueue() 无解阻塞队列
• 通俗：创建可容纳固定数量线程的池子，每隔线程的存活时间是无限的，当池子满了就不再添加线程了；如果池中的所有线程均在繁忙状态，对于新任务会进入阻塞队列中(无界的阻塞队列)
• 适用：执行长期的任务，性能好很多

3、newSingleThreadExecutor:

• 底层：FinalizableDelegatedExecutorService包装的ThreadPoolExecutor实例，corePoolSize为1；maximumPoolSize为1；keepAliveTime为0L；unit为：TimeUnit.MILLISECONDS；workQueue为：new LinkedBlockingQueue() 无解阻塞队列
• 通俗：创建只有一个线程的线程池，且线程的存活时间是无限的；当该线程正繁忙时，对于新任务会进入阻塞队列中(无界的阻塞队列)
• 适用：一个任务一个任务执行的场景

4、NewScheduledThreadPool:

• 底层：创建ScheduledThreadPoolExecutor实例，corePoolSize为传递来的参数，maximumPoolSize为Integer.MAX_VALUE；keepAliveTime为0；unit为：TimeUnit.NANOSECONDS；workQueue为：new DelayedWorkQueue() 一个按超时时间升序排序的队列
• 通俗：创建一个固定大小的线程池，线程池内线程存活时间无限制，线程池可以支持定时及周期性任务执行，如果所有线程均处于繁忙状态，对于新任务会进入DelayedWorkQueue队列中，这是一种按照超时时间排序的队列结构
• 适用：周期性执行任务的场景

五、线程池其它方法：

1.shutDown()  关闭线程池，不影响已经提交的任务

2.shutDownNow() 关闭线程池，并尝试去终止正在执行的线程

3.allowCoreThreadTimeOut(boolean value) 允许核心线程闲置超时时被回收

4.submit 一般情况下我们使用execute来提交任务，但是有时候可能也会用到submit，使用submit的好处是submit有返回值。

5.beforeExecute() - 任务执行前执行的方法

6.afterExecute() -任务执行结束后执行的方法

7.terminated() -线程池关闭后执行的方法