Android并发编程与多线程
一、Android线程基础
1.线程和进程
- 一个进程最少一个线程，进程可以包含多个线程
- 进程在执行过程中拥有独立的内存空间，而线程运行在进程内
2.线程的创建方式
- new Thread：
缺点：缺乏统一管理，可能无限制创建线程，相互之间竞争，可能占用过多的系统资源导致死机或OOM
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
}
}).start();
class MyThread extends Thread{
@Override
public void run() {
super.run();
}
}
new MyThread().start();- AysncTask：轻量级异步任务工具类，提供任务执行的进度回调给UI线程
使用场景：需要知道任务执行的进度，多个任务串行执行
缺点：生命周期和宿主的生命周期不同步，可能发生内存泄漏，默认情况下任务串行执行
作为用来替代Thread + Handler的辅助类，AsyncTask可以很轻松地执行异步任务并更新ui，但由于context泄露，回调遗漏，configuration变化导致崩溃，平台差异性等原因，在api 30（Android 11)中AsyncTask被正式废弃：
使用execute方法，串行执行，即先来后到，如果其中有一条任务休眠，或者执行时间过长，后面的任务都将被阻塞
使用内置THREAD_POOL_EXECUTOR线程池，并发执行
- HandlerThread：适用于主线程需要和工作线程通信，或者持续性任务，比如轮询，所有任务串行执行
缺点：不会像普通线程一样主动销毁资源，会一直运行，可能造成内存泄漏（可以定义成静态，防止内存泄漏）
- IntentService：适用于任务需要跨界面读取任务执行的进、结果。比如：后台上传图片、批量操作数据库等。任务完成后，会自我结束，不需要手动stopService
- ThreadPoolExecutor：适用快读出来大量耗时较短的任务场景
- Executors.newCacheThreadPool();//线程可复用线程池
- Executors.newFixedThreadPool();//固定线程数量线程池
- Executors.newScheduleThreadPool();//可指定定时任务线程池
- Executors.newSingleExecutor();//线程数量为1的线程池
3.线程的优先级
- 线程的优先级具有继承性
- 设置优先级的方法
- java api：java.lang.Thread.setPriority(int newPriority);优先级必须为[1~10]，优先级的值越高，获取CPU时间片的概率越高，UI线程的优先级为5 效果不是很明显
- Android api：android.os.Process.setThreadPriority(int newPriority);优先级可设置[-20~19]，优先级的值越低，获取时间片的概率越高，UI线程的优先级为-10 效果明显
4.线程的状态
- NEW：初始状态，线程被新建，还没有调用start方法
- RUNNABLE：运行状态，包括运行中和就绪
- BLOCKED：阻塞状态，表示线程阻塞于锁
- WAITING：等待状态，需要其他线程通知唤醒
- TIME_WAITING：超时等待状态，表示可以在指定的时间超过后自行返回
- TERMINATED：终止状态，表示当前线程已经执行完毕
关键方法：
- wait：等待线程池，释放资源对象锁，可使用notify，notifyAll，或等待超时时间来唤醒
- join：等待目标线程执行完后再执行此线程
- yield：暂停当前正在执行的线程对象，不会释放当前线程持有的任何锁资源，使用优先级或更高优先级的线程有执行的机会，这个方法机会用不到
- sleep：使调用线程进入休眠状态，一般情况下会释放线程锁对象，但如果在一个synchronized块中执行sleep，线程虽会休眠，但不会释放资源对象锁
5.线程间消息通讯
主线程向子线程发送消息
二、多线程开发核心知识点
1.线程并发安全
本质：能够让并发线程有序的运行（可能是先来后到排队，也可能被插队，同一时刻只能一个线程有权访问同步资源），线程执行的结果，能够对其它线程可见
2.线程安全的分类
- 根据线程要不要锁住同步资源
- 锁住：悲观锁 synchronized ReentrantLock
- 不锁住：乐观锁 AtomicInteger AtomicBoolean
- 锁住同步资源失败要不要阻塞？
- 阻塞：阻塞锁 synchronized ReentrantLock
- 不阻塞：自旋锁 AtomicInteger AtomicBoolean
- 获取资源锁时，要不要插队
- 插队：公平锁 ReentrantLock
- 不插队：非公平锁 synchronized ReentrantLock
- 一个线程中的多个流程能不能获取同一把锁
- 可重入锁： synchronized ReentrantLock
- 不可重入锁
- 多线程共享一把锁
- 能：共享锁 RendLock
- 不能：排他锁 WriteLock
- 多线程竞争同步资源 synchronized
- 不锁住资源，多个线程中只有一个能修改成功，其他会重试 无锁
- 同一线程执行同步资源时自动获取锁 偏向锁
- 多个线程竞争资源时，没有获取到资源的线程自选等待 轻量级锁
- 多个线程竞争资源时，没有获取到资源的线程被阻塞等待唤醒 重量级锁
3.如何线程安全
AtomicInterger 原子包装类
- CAS实现无锁数据更新，自旋的设计能够有效避免线程因阻塞-唤醒带来的系统资源开销
- 适用场景：多线程计数，原子操作，并发数量小
- 使用案例
AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(1);
atomicInteger.getAndIncrement();
atomicInteger.getAndAdd(2);
atomicInteger.getAndDecrement();
atomicInteger.getAndAdd(-2);volatile 可见性修饰
- volatile修饰的成员变量在每次被线程访问时，都强迫从共享内存重新读取该成员的值，而且，当成员变量值发生变化时，强迫将变化的值重新写入共享内存
- 缺点：不能保证原子性，不能解决非原子操作的线程安全性，性能不及原子类高
- 使用案例
volatile int count = 0;
public void test() {
// 赋值操作是原子性操作，对其他线程可见
count = 1;
//非原子操作，其他线程不可见
count = count + 1;
count++;
}synchronized
- 锁方法。加在方法上，未获取到对象锁的其他线程都不可以访问该对象
- 锁Class对象。加在static方法上相当于给Class对象加锁，哪怕是不同的Java对象实例，也需要排队执行
- 锁代码块。未获取到对象锁的其他线程可以执行同步代码块之外的代码
优势：哪怕一个同步方法中出现了异常，那么JVM也能够为我们自动释放锁，能主动从而规避死锁，不需要开发者主动释放锁
劣势：
- 必须要等到获取锁对象的线程执行完成，或出现异常，才能释放掉，不能中途释放锁，不能中断一个正在试图获取锁的线程
- 多线程竞争的时候，不知道获取锁成功与否，不够灵活
- 每个锁仅有单一的条件不能设定超时
ReentrantLock
悲观锁，可重入锁，公平锁，非公平锁
- 基础用法：
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
try {
lock.lock();
//……
} finally {
lock.unlock();
}
//获取锁，获取不到会阻塞
lock.lock();
//尝试获取锁，成功返回true
lock.tryLock();
//在一定的时间内去不断尝试获取锁
lock.tryLock(3000, TimeUnit.MICROSECONDS);
//可使用Thread.interrupt()打断阻塞，退出竞争，让给其他线程
lock.lockInterruptibly();- 可重入，避免死锁
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
public void doWork() {
try {
lock.lock();
doWork();//递归调用，使得统一线程多次获得锁
} finally {
lock.unlock();
}
}- 公平锁：所有进入阻塞的线程排队依次均有机会执行
使用场景：交易
//传入true 就是公平锁，传入false 或者不传就是非公平锁
ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);- 非公平锁：默认，允许线程插队，避免每一个线程都进入阻塞，在唤醒带来的性能开销。性能高，因为线程可以插队，但是会导致队列中可能存在线程饿死的情况，一直得不到锁，一直得不到执行
使用场景：synchronized，很多场景都是非公平锁
- 进阶用法 -- Condition条件对象
Condition worker = lock.newCondition();
//进入阻塞，等待唤醒
worker.await();
//唤醒指定线程
worker1.signal();共享锁，排他锁
- 共享锁：所有线程都可以同时获得，并发量高。如：读操作
- 排他锁：同一时刻只能一个线程有权修改资源。如：写操作
ReentrantReadWriteLock.ReadLock
ReentrantReadWriteLock.WriteLock三、正确使用锁和原子类
1.减少持锁时间
尽管锁在同一时间只能允许一个线程持有，其他想要占用锁的线程都得在临界区外等待锁的释放，这个等待的时间要尽可能的短
2.锁分离
读写锁分离，写锁才需要同步处理。对于大多数应用来说，读的场景更多一些，读写锁分离，可以提高系统性能
3.锁粗化
多次加锁，释放锁合并成一次
对于一些不需要同步的代码，但能很快执行完毕，前后都有锁，这种情况可以进行锁粗化，整合成一次锁请求，释放。（锁请求、释放是需要性能开销的）
四、线程池
1.优势
- 减低资源消耗。通过重复利用已创建的线程减低线程创建和销毁造成的消耗；
- 提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要等待线程创建就能立即执行；
- 提高线程的可管理性。线程是稀有资源，如果无限制的创建，不仅会消耗系统资源，还会降低系统的稳定性，使用线程池可以进行统一的分配，调优和监控。
2.Java中默认的线程池
线程池的默认构建
ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(
5, 20, 5, TimeUnit.SECONDS,new PriorityBlockingQueue<>());
executor.execute(() -> {
});
// 源码
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
int maximumPoolSize,
long keepAliveTime,
TimeUnit unit,
BlockingQueue workQueue,
ThreadFactory threadFactory,
RejectedExecutionHandler handler) {
} 参数
- corePoolSize：线程池中的核心线程数量
- maximumPoolSize：最大能创建的线程数量
- keepAliveTime：非核心线程最大的存活时间
- unit：keepAliveTime的时间单位
- workQueue：等待队列，当任务提交时，如果线程中线程数量大于等于corePoolSize的时候，把任务放入等待队列
- threadFactory：线程创建工厂，默认使用Executors.defaultThreadFactory()来创建线程，线程具有相同的NORM_PRIORITY优先级并且是非守护线程
- handler：线程池的饱和就决策略。如果阻塞队列满了并且没有空闲的线程，这时如果继续提交任务，就需要采取一种策略处理该任务
JUC包下提供的集中线程池
// 单一线程数，同时只有一个线程存活，但是线程等待队列无界
Executors.newSingleThreadExecutor();
// 线程可复用线程池，核心线程数为0，最大可创建的线程数为Interger.max，线程复用存活时间为60s
Executors.newCachedThreadPool();
// 固定线程数量的线程池
Executors.newFixedThreadPool(5);
// 可执行定时任务，延迟任务的线程池
Executors.newScheduledThreadPool(5);线程池的重要方法
//提交任务，交给线程池调度
void execute(Runnable command)
//关闭线程池，等待执行任务完成，不接受新的任务，但可以继续执行池子中已添加到等待队列的任务
void shutdown()
//关闭线程池，不等待执行任务完成，不接受新的任务，也不再处理等待队列中的任务打断正在执行的任务
void shutdownNow()
//返回线程池中所有任务的数据
long getTaskCount()
//返回线程池中已执行完毕的任务数量
long getCompletedTaskCount()
//返回线程池中已创建的线程数量
int getPoolSize()
//返回当前正在运行的线程数量
int getActiveCount()execute提交任务流程
addWorker的工作任务
- 检查线程池状态,能否继续创建线程
- 把runnable封装成worker,添加到工作队列
- 启动新建的线程
- runWorker方法中开启whille循环，执行本次任务，本次任务结束后，去检查等待队列中，是否有任务，拿来继续执行，达到复用目的
retry：双层for循环流程控制，使用retry可以退出外层循环
int count = 0;
retry:
for (int i = 0; i < 10; i++) {
for (int j = 0; j < 10; j++) {
count++;
if (count == 3) {
break;
}
if (count == 4){
break retry;
}
}
}