Android性能优化—线程管理

什么是线程

线程，有时被称为轻量级进程，是程序执行流的最小单元。一个标准的线程由线程ID，当前指令指针，寄存器集合和堆栈组成，是进程中的一个实体，是被系统独立调度和分派的基本单位，线程自己不拥有系统资源，只拥有一点儿在运行中必不可少的资源，但它可与同属一个进程的其它线程共享进程所拥有的全部资源。一个线程可以创建和撤消另一个线程，同一进程中的多个线程之间可以并发执行。每一个程序都至少有一个线程，若程序只有一个线程，那就是程序本身。

线程是程序中一个单一的顺序控制流程。进程内有一个相对独立的、可调度的执行单元，是系统独立调度和分派CPU的基本单位指令运行时的程序的调度单位。

线程的状态

线程也有就绪、阻塞和运行三种基本状态。

1. 就绪状态是指线程具备运行的所有条件，逻辑上可以运行，在等待处理机；
2. 运行状态是指线程占有处理机正在运行；

3. 阻塞状态是指线程在等待一个事件（如某个信号量），逻辑上不可执行。

   
   
   线程状态图

内存和线程

增加并发的线程数会导致内存消耗的增加，平衡好这两者的关系是非常重要的。我们知道，多线程并发访问同一块内存区域有可能带来很多问题，例如读写的权限争夺问题，ABA问题等等，因而我们会需要引入锁的概念。

Android中的线程

目的

执行一些耗时、易阻塞的事务，以防止主线程阻塞，造成不可逆的异常。

核心数

以设备CPU核心数为基准来计算线程池的核心数，在性能优化上要保证线程的数量不能大起大落（线程是消耗性能)。

Looper、Handler、MessageQueue、Message

Android中提供了Looper、Handler、MessageQueue、Message的线程设计模型。
Looper：保证线程存活且不断的在任务队列中获取任务执行。
MessageQueue：使用Message，Runnable作为任务的载体在不同的线程之间进行传递。
Message：任务载体。
Handler：帮助实现队列任务的管理，不仅仅能够把任务插入到队列的头部，尾部，还可以按照一定的时间延迟来确保任务从队列中能够来得及被取消掉。

Android多线程方案

AsyncTask:为 UI 线程与工作线程之间进行快速的切换提供一种简单便捷的机制。

executeOnExecutor：执行一个异步任务，需要我们在代码中调用此方法，触发异步任务的执行。
onPreExecute：在executeOnExecutor被调用后立即执行，一般用来在执行后台任务前对UI做一些标记。
doInBackground：在onPreExecute完成后立即执行，用于执行较为费时的操作，此方法将接收输入参数和返回计算结果。在执行过程中可以调用publishProgress来更新进度信息。
onProgressUpdate：在调用publishProgress时，此方法被执行，直接将进度信息更新到UI组件上。
onPostExecute：当后台操作结束时，此方法将会被调用，计算结果将做为参数传递到此方法中，直接将结果显示到UI组件上。

由图可见，AsyncTask为Android开发者提供了一种便捷的主线程和子线程通信的解决方案——将耗时、易阻塞的事务放在子线程中处理，将子线程处理的结果通过Message传递给主线程的Handler处理。

当然，AsyncTask也可以提供为两个不同子线程间通信的方案（实际开发过程中几乎不使用），即自定义Looper（非主线程）的Handler，若是如此，在onPreExecute、onProgressUpdate、onPostExecute等方法中不能执行主线程才能执行的任务，如界面刷新。

HandlerThread:为某些回调方法或者等待某些任务的执行设置一个专属的线程，并提供线程任务的调度机制。

HandlerThread我们可以理解为是一个带有Looper的的Thread（在run()中执行Looper等loop()），然后将这个Looper设置到Handler中，然后通过Handler处理相关等事务，此时的Handler中的Looper是非主线程的Looper，所以它不能处理只能在主线程处理的操作，如界面刷新。具体见Handler和Looper关系图。

ThreadPool:把任务分解成不同的单元，分发到各个不同的线程上，进行同时并发处理。

线程池，顾名思义，它是一个线程管理等池子，它可以自定义池子中等线程数，自定义线程wait的最长时间（线程保活时间），自定义任务队列且给任务排序等。

IntentService:适合于执行由 UI 触发的后台 Service 任务，并可以把后台任务执行的情况通过一定的机制反馈给 UI。

IntentService是一个Service+HandlerThread的组合。他继承了Service和HandlerThread的所有特性，需要实现onHandleIntent方法，该方法是在子线程执行的。

WorkManager

这是今年I/O大会上推出的一个新架构组建——管理一些要在后台工作的任务, -- 即使你的应用没启动也能保证任务能被执行。

常见问题(截图中代码仅用于举例)

线程常见问题有下面几个方面：

1、共享数据同步问题

线程间执行时是无序的，需要通过加锁的方式来保证同一份共享数据的完整性。

2、内存泄漏问题

此种情况产生等比较多，诸如Handler泄漏、Timer泄漏(结束后没有cancel)、线程池泄漏（在线程池中等待的事务较多，而等待的Runnable持有了需要释放的对象）等等

Handler泄漏

Timer泄漏

3、异步数据结果返回后，界面未初始化完成或者界面已经销毁。

Activity执行了销毁操作后异步结果才回来，mTv已经为NULL

4、不合理的创建线程（池）导致消耗大量内存空间，造成主线程竞争CPU压力大。

创建线程是消耗性能、消耗资源等操作，大概一个线程需要消耗64KB的内存。

不合理的创建线程（池）

优化

1、定义全局的ThreadMananger管理类，通过一个全局的线程池管理一些new Thread的操作。
2、定义线程池的时候使用final static结构定义该线程池，以免该类或该方法短时间内重复调用而导致线程增多。
3、带有定时器的性质的线程（HandlerThread、Timer），退出时一定要做退出或者取消操作（防止内存泄漏），尽可能用HandlerThread替代Timer。
4、App实现一套符合自身业务（如带有优先级）的线程池。

总结

线程它就像一面双刃剑，用的好的时候可以给我们带来事半功倍等效果，用的不好时就会给我们带来困扰，并且这个困扰还不是一时半会能解决掉的（因为发现问题的时候，往往是到了需要优化期了，各项业务相互牵扯），故在项目初期就需要严格考虑考量这些问题了。