Android性能优化之线程优化

前言

 线程在使用过程中，往往会遇见直接new Thread()的操作，这样做除了方便外，坏处也有很多，例如线程无法复用、线程数无法控制导致CPU频繁切换降低性能等问题。我们应当在项目早期就有意识的使用线程池收敛线程，降低后期的工作量。

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1 线程调度

1.1 线程调度原理

• 任意时刻，只有一个线程占用CPU，处于运行状态
• 多线程并发：多个线程轮流获取CPU使用权
• JVM负责线程调度：按照特定机制分配CPU使用权

1.2 线程调度模型

• 分时调度模型：轮流获取、均分CPU时间
• 抢占式调度模型：优先级高获取使用权，如果优先级都一样就随机选择线程执行。JVM使用此模型

1.3 Android线程调度

 android为线程调度分别提供了设置nice值、cgroup两种方法。

• nice值
  Process中定义，值越小优先级越高。默认优先级是Process.THREAD_PRIORITY_DEFAULT
  
  Android线程优先级
• cgroup
  为了避免前、后台线程过多时相互影响对方执行，Android采取更严格的群组调度策略，保证前台线程可以获取到更多的CPU，但是又不会严重影响到后台线程的计算。
• 什么线程会被分配到后台线程？
  优先级较低的线程、不在前台使用的线程会被移动到后台线程。
• nice值和cgroup如何使用？
  nice值和cgroup两个值，我们只能设置nice值

Process.setThreadPriority(Process.THREAD_PRIORITY_BACKGROUND)

-注意点
①线程过多会导致CPU频繁切换，降低线程运行效率。
②任务量大的线程应为较低优先级，避免产生①问题
③优先级具有继承性

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2 Android异步

 除了可以使用线程池外，Android还为我们提供了三种异步方法：HandlerThread、IntentService、AsyncTask。

2.1 Thread

 最简单粗暴的方式，不建议直接使用，因为存在以下几点问题：
①不易复用，频繁创建及销毁开销大
②复杂场景不易使用，例如定时任务

2.2 HandlerThread

• 自带消息循环
  ①串行执行
  ②长时间运行，不断从队列中获取任务

2.3 IntentService

• 继承自Service在内部创建HnadlerThread
  ①异步，不占用主线程
  ②优先级较高，不易被系统kill

2.4 AsyncTask

• Android提供异步工具类
  ①无需自己处理线程切换
  ②注意版本不一致

2.5 线程池

• Java提供的线程池
  ①易复用，减少频繁创建、销毁的时间
  ②功能强大：定时、任务队列、并发数控制等

2.6 RxJava

• 由强大的Scheduler集合提供
  ①不同类型的区分：IO、Computation

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3 Android线程优化

3.1 使用准则

• 严禁直接new Thread
• 提供基础线程池供各个业务线使用
  ①避免各个业务线各自维护一套线程池，导致线程数过多
• 根据任务类型选择合适的异步方式
  ①优先级低，长时间执行可以使用HandlerThread
• 创建线程必须命名
  ①方便定位线程归属
  ②运行期Thread.currentThread().setName修改名字。因为重命名容易被忽略，需要注意
• 关键异步任务监控
  ①异步不等于耗时
  ②AOP监控
• 重视优先级设置
  ①Process.setThreadPriority

3.2 线程池工具类

 项目走向成熟期之后需要对线程进行收敛，避免线程随意创建，如果集成的框架能主动设置线程池，我们应当设置成自己的线程池，对线程创建及使用情况进行监控。

public class ThreadPoolUtils {
    private final Executor mDiskExecutor;

    private final Executor mNetworkExecutor;

    private final Executor mMainThread;
    private final ScheduledThreadPoolExecutor schedule;
    //cpu密集型任务最大线程数
    private int CPU_Runtime = Runtime.getRuntime().availableProcessors() + 1;
    //io密集型任务最大线程数
    private int IO_Runtime = Runtime.getRuntime().availableProcessors() * 2 + 1;

    private static ThreadPoolUtils instance;

    private static final Object object = new Object();

    public static ThreadPoolUtils getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (object) {
                if (instance == null) {
                    instance = new ThreadPoolUtils();
                }
            }
        }
        return instance;
    }

    private ThreadPoolUtils() {

        this.mDiskExecutor = Executors.newFixedThreadPool(CPU_Runtime, new MyThreadFactory("MonsterDE"));

        this.mNetworkExecutor = Executors.newFixedThreadPool(IO_Runtime, new MyThreadFactory("MonsterNE"));

        this.mMainThread = new MainThreadExecutor();

        this.schedule = new ScheduledThreadPoolExecutor(IO_Runtime, new MyThreadFactory("MonsterSC"),
                new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
    }

     /**
     * 记录是线程池中第几个线程
     */
    private static class MyThreadFactory implements ThreadFactory {

        private final String name;
        private final AtomicInteger mCount = new AtomicInteger(1);

        MyThreadFactory(String name) {
            this.name = name;
        }

        @Override
        public Thread newThread(@NonNull Runnable r) {
            return new Thread(r, name + "-" + mCount.getAndIncrement() + "-");
        }
    }

    public Executor diskIO() {
        return mDiskExecutor;
    }

    public ScheduledThreadPoolExecutor schedule() {
        return schedule;
    }

    public Executor networkIO() {
        return mNetworkExecutor;
    }

    public Executor mainThread() {
        return mMainThread;
    }

    private static class MainThreadExecutor implements Executor {
        private Handler mainThreadHandler = new Handler(Looper.getMainLooper());

        @Override
        public void execute(@NonNull Runnable command) {
            mainThreadHandler.post(command);
        }
    }
}

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4 锁定线程

• 为什么要锁定线程？
  项目变大之后需要收敛线程，因为我们自身的项目源码、第三方库、aar文件都有可能存在线程的创建，我们需要通过监控预防去预防项目往不好的地方发展。
• 锁定线程创建方案
  因为AAR可能混淆过，无法通过在new Thread中使用，但是我们可以在线下使用ARTHook方法，在线程构造函数打印调用堆栈。

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总结

 线程优化可以分为以下几点：

• 修改线程优先级（任务量大的可以降低优先级；但是一般不建议修改优先级，因为都想着自己线程的优先级更高的时候，线程优先级设置会变得无意义，深层次的原因是映射到系统线程等级问题，这里就不再展开说明）
• 选择合适的异步方法，例如Android提供的三种异步方法以及线程池，开发过程中可根据实际情况选择
• 使用线程池进行线程收敛，避免直接new Thread()
• 锁定线程，可通过ARTHook方案对线程进行监控，并打印线程堆栈信息。