Android网络应用的封装与调度
Android网络业务的封装与调度
手机客户端程序由于网络宽带的约束，尤其在GPRS网络环境下，大数据量的网络交互很大程度上降低应用的响应，影响用户体验。比如，如果做一个手机网盘客户端，在后台上传文件时(大数据量的交互)，获取文件列表（命令类的交互）这个过程就显得太别慢。而我们的要求是希望这些命令类操作能尽快得到响应。
通常，在手机客户端，我们设计一个网络操作的管理器，来统一管理这些需要联网的操作。
具体做法是把网络操作封装成一个Command(或者说是Task)，管理器实现特定的调度规则来调度运行这些Task。
这样做的好处至少有三：
一. 用Command封装了网络操作，使得这些操作与上传的业务分离，解除了强耦合。
二. 可以根据网络情况来确定来采用不同的调度规则，提高用户体验。
三. 重用，这些Task和TaskManager的代码在别的手机应用上基本上能照搬过去。
四. 扩展，当应用需要扩展新的业务时，只有扩展一个新的Command(或者说是Task)，接受调度即可，易于扩展。
例子：
还是以上文提到的微盘为例，可以概括我们对管理器的设计要求有：
在Wifi网络环境下：
一：各种网络操作可以并行运行。
在GPRS网络环境下：
二：支持优先级抢占调度，命令类操作的优先级比数据传输类的优先级高，当命令类的Task（获取文件列表）提交后，打断数据传输的Task（如上传，下载），等命令类的任务运行完毕，再接着运行数据类任务（断点上传，下载）。
二：同一个优先级的任务可以并行运行，如多个命令一起在网络上传输。
实现思路：
TaskManager ：
1. TaskManager开辟一个后台线程进行调度工作。
2. 由于要支持多个优先级的抢占调度，我们需要两个队列来维护运行中的Task和等待中的Task。
3. 由于Task的调度是基于优先级的，我们可以使用优先级队列，运行队列采用PriorityQueue，等待队列使用PriorityBlockingQueue，当没有网络业务需要运行时，调度线程阻塞挂起，避免空转。
4. TaskManager设计为单一实例（单一模式）。
5. 每个Task被调度运行时，该Task被从等待队列移动运行队列，当Task执行完毕时，从运行队列删除，唤醒调度线程进行新的调度。
下面是简单的设计代码：
www.2cto.com
public final class TaskEngine implements Runnable{
private PriorityQueue<Task> runningQueue;//运行的task队列
private PriorityBlockingQueue<Task> readyQueue;//就绪的task队列,准备接受调度的task列表
private final AtomicLong taskIdProducer = new AtomicLong(1);//Task Id生成器
private Object sheduleLock = new Object();//同步锁
private static TaskEngine instance;
public long addTask(BusinessObject bo){
Task task = new Task(bo);
long newTaskId = taskIdProducer.incrementAndGet();
task.setTaskId(newTaskId);
if(this.isWifiNetWork()){ //WIFI网络
synchronized(sheduleLock){
runningQueue.add(task);
}
new Thread(task).start();
}else{ //GPRS网络
if(readyQueue.offer(task)){ //task入就绪队列
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try{
needSchedule.signal(); //唤醒调度线程重新调度
}finally{
lock.unlock();}
}
}
return newTaskId;
}
public final void run(){//task调度逻辑
....
....
}
//挂起调度线程 当不需要调度时
private void waitUntilNeedSchedule() throws InterruptedException
{
.....
}
}
Task：
1. 对要执行的网络操作的封装。
2. Task执行完毕时，发Task结束信号，唤醒调度线程进行新的调度
3. Task要实现Comparable接口，才能让TaskManager的两个队列自动其包含的Task排序。
下面是简单的设计代码：
public class Task implements Runnable,Comparable<Task>{
private long taskId;
private BusinessObject bo;//封装网络操作的业务对象的抽象父类，
//它封装了具体的Command,保证了业务扩展中Task的接口不变
@Override
public void run() {
this.onTaskStart();
this.bo.execute();
this.onTaskEnd();
}
private voidonTaskStart()
{...}
public int getPriority()
{...}
public void setPriority(intpriority)
{...}
@Override
public int compareTo(Task object1) {
return this.getPriority()>object1.getPriority()?-1:1;
}
}
小注意事项：
Android对PriorityQueue的实现和Jdk中的实现有点不一样。
(PriorityQueue.java在android中的代码路径是usr\dalvik\libcore\luni\src\main\java\java\util)
PriorityQueue.remove(Object o) ;//从PriorityQueue中删除一个元素。
对于完成这个删除操作android和jdk都是分两个过程实现，一，找出待删除元素的索引index，二，删除index所在元素。
在JDK中，是通过调用元素的equals方法来找到待删除元素的索引，
private int indexOf(Object o) {
if (o != null) {
for (int i = 0; i < size; i++)
if (o.equals(queue[i]))
return i;
}
return -1;
}
在android中，是间接调用元素的compareTo方法判断结果是否为0来找到待删除元素的索引，
int targetIndex;
for (targetIndex = 0; targetIndex < size; targetIndex++) {
if (0 == this.compare((E) o, elements[targetIndex])) {
break;
}
}
private int compare(E o1, E o2) {
if (null != comparator) {
return comparator.compare(o1, o2);
}
return ((Comparable<? super E>) o1).compareTo(o2);
}
所以为了Task能在执行完毕时从PriorityQueue找到这个Task并删除之，需要在compareTo方法里在优先级相等时
返回0。
@Override
public int compareTo(Task object1) {
if(this.getPriority()==object1.getPriority())
return 0;
return this.getPriority()>object1.getPriority()?-1:1;
}
当是这样运行PriorityQueue.remove(Object o) 逻辑上只能删除PriorityQueue里第一个优先级与被删除的元素
优先级相等的元素（可能是待删除的元素也可能不是），有误删的可能，需要做如下修改：
@Override
public int compareTo(Task object1) {
if(this.getPriority()==object1.getPriority() && this.equals(object1))
return 0;
return this.getPriority()>object1.getPriority()?-1:1;
}
这样才能正确执行remove(Object o)，删除指定的对象o。
个人觉得android这样设计使得remove(Object o)复杂化了，不然JDK中那么简洁。语义上也不是那么好懂了，
因为按通常理解，equals是判断两个对象是否相等，compareTo可能是对象的某个属性的比较(类别数据库中的order by)，
而现在执行PriorityQueue.remove(Object o)，这个对象o明明在容器PriorityQueue中，却删除不了，除非去翻看android中PriorityQueue的实现代码，然后重写compareTo这个方法。这样的API使用时比较容易出错，应该不符号良好的API设计规范
吧。
完整的代码实现如下：
View Code
1 * @类名：TaskEngine
2 * @创建：baiyingjun ([email protected])
3 * @创建日期：2011-7-7
4 * @说明：task调度引擎
5 ***************************************************/
6 public final class TaskEngine implements Runnable{
7
8 private static final String TAG=Log.makeTag(TaskEngine.class);
9
10 private PriorityQueue<Task> runningQueue;//运行的task队列
11
12 private PriorityBlockingQueue<Task> readyQueue;//就绪的task队列,准备接受调度的task列表
13
14 private final AtomicLong taskIdProducer = new AtomicLong(1);
15
16 private Object sheduleLock = new Object();//调度锁
17
18 private static TaskEngine instance;
19
20 private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);
21
22 private final Condition needSchedule = lock.newCondition();
23
24 private Task currentTask;//准备接受调度的task
25
26 private Context mAppContext;
27
28 /**
29 * add BusinessObject to taskEngine
30 */
31 public long addTask(BusinessObject bo) throws NetworkNotConnectException{
32 Task task = new Task(bo);
33 long newTaskId = taskIdProducer.incrementAndGet();
34 task.setTaskId(newTaskId);
35 if(Log.DBG){
36 Log.d(TAG, "Add task with task id "+newTaskId+", priority "+task.getPriority());
37 }
38
39 if(this.isWifiNetWork()){ //WIFI网络
40 synchronized(sheduleLock){
41 runningQueue.add(task);
42 }
43 new Thread(task).start();
44 }else{ //GPRS网络
45 if(readyQueue.offer(task)){ //task入就绪队列
46 if(Log.DBG)
47 Log.d(TAG, "add task " +task.bo.methodName+" "+task.taskId+" to ready queue");
48 final ReentrantLock lock = this.lock;
49 lock.lock();
50 try{
51 needSchedule.signal(); //唤醒调度线程重新调度
52 }finally{
53 lock.unlock();
54 }
55 }
56 //schedule();
57 }
58 return newTaskId;
59 }
60
61 private TaskEngine(Context context){
62 mAppContext = context;
63 runningQueue = new PriorityQueue<Task>();
64 readyQueue = new PriorityBlockingQueue<Task>();
65 new Thread(this).start();
66 Log.i(TAG, "shedule thread working");
67 }
68
69 public synchronized static TaskEngine getInstance(Context context){
70 Context appContext = context.getApplicationContext();
71 if(instance==null || instance.mAppContext!=appContext){
72 instance=new TaskEngine(appContext);
73 }
74 return instance;
75 }
76
77 protected boolean isWifiNetWork() throws NetworkNotConnectException{
78 return NetworkManager.isWIFINetWork(mAppContext);
79 }
80
81 /**
82 * task调度逻辑
83 */
84 public final void run(){
85 Process.setThreadPriority(Process.THREAD_PRIORITY_BACKGROUND);
86 while(true){
87 try {
88 if(this.isWifiNetWork()){
89 Task task = this.readyQueue.take();
90 if(task !=null){
91 synchronized(sheduleLock){
92 runningQueue.add(task);
93 }
94 new Thread(task).start();
95 }
96 }
97 else{//非wifi网络
98 //空就绪队列，空运行队列，等待直到有任务到来
99 if(this.readyQueue.size()==0 && runningQueue.size()==0){
100 currentTask=readyQueue.take();
101 synchronized(sheduleLock){
102 runningQueue.add(currentTask);
103 }
104 new Thread(currentTask).start();
105 }
106 //抢占式调度（就绪队列非空，运行队列优先级比就绪队列优先级低）
107 else if(readyQueue.size()>0 &&
108 this.readyQueue.element().getPriority()>=this.getMaxPriority()){
109 currentTask = readyQueue.take();
110 if(currentTask.getPriority()>this.getMaxPriority()){//暂停低优先级的任务运行
111 synchronized(sheduleLock){
112 for(int i=0;i<runningQueue.size();i++){
113 Task toStopTask =runningQueue.remove();
114 //因为任务调度，将低优先级的任务暂时给冻结起来
115 toStopTask.setState(Task.STATE_FROST);
116 readyQueue.add(toStopTask);
117 }
118 }
119 }
120 //运行被调度的任务
121 runningQueue.add(currentTask);
122 new Thread(currentTask).start();
123 }else {//等高优先级的任务运行完毕
124 waitUntilNeedSchedule();
125 }
126 }
127
128 }catch (InterruptedException e) {
129 Log.e(TAG, "Schedule error "+e.getMessage());
130 } catch (NetworkNotConnectException e) {
131 // TODO Auto-generated catch block
132 e.printStackTrace();
133 }
134 }
135 }
136
137 /*
138 * 等待，直到就绪队列里的最高优先级比当前运行优先级高，或者就绪队列为空时等待运行队列运行完毕
139 */
140 private void waitUntilNeedSchedule() throws InterruptedException{
141 final ReentrantLock lock = this.lock;
142 lock.lockInterruptibly();
143 try {
144 try{
145 while ((readyQueue.size()>0
146 && readyQueue.element().getPriority()<getMaxPriority())//等高优先级的任务运行完毕
147 || (readyQueue.size()==0 && runningQueue.size()>0) ){//或者等运行队列运行完毕
148 if(Log.DBG)
149 Log.d(TAG, "waiting sheduling........");
150 needSchedule.await();
151 }
152 }
153 catch (InterruptedException ie) {
154 needSchedule.signal(); // propagate to non-interrupted thread
155 throw ie;
156 }
157 } finally {
158 lock.unlock();
159 }
160 }
161
162 /**
163 * Hand the specified task ,such as pause,delete and so on
164 */
165 public boolean handTask(long taskId,int handType) {
166 Log.i(TAG, "set task`s state with taskId "+taskId);
167 synchronized(this.sheduleLock){
168 //如果在运行队列里，取消该任务
169 Iterator<Task> runningItor= this.runningQueue.iterator();
170 while(runningItor.hasNext()){
171 Task task = runningItor.next();
172 boolean b = task.equals(this);
173 if(task.getTaskId()==taskId){
174 runningQueue.remove(task);
175 task.setState(handType);
176 Log.i(TAG, "set runningQueue taskId = "+taskId + " state " + handType);
177 return true;
178 }
179 }
180 //如果在就绪队列里，删除
181 Iterator<Task> readyItor= this.readyQueue.iterator();
182 while(readyItor.hasNext()){
183 Task task = readyItor.next();
184 if(task.getTaskId()==taskId){
185 // readyQueue.remove(task);
186 task.setState(handType);
187 Log.i(TAG, "set readyQueue taskId = "+taskId + " state " + handType);
188 return true;
189 }
190 }
191 return false;
192 }
193 }
194 /***
195 * 获取运行队列任务的最高优先级
196 */
197 private int getMaxPriority(){
198 if(this.runningQueue==null || this.runningQueue.size()==0)
199 return -1;
200 else{
201 return this.runningQueue.element().getPriority();
202 }
203 }
204
205 /***************************************************
206 * @类名：Task
207 * @创建：baiyingjun ([email protected])
208 * @创建日期：2011-7-7
209 * @说明：业务对象的包装成可运行实体
210 ***************************************************/
211 public class Task implements Runnable,Comparable<Task>{
212
213 //运行
214 public static final int STATE_INIT = -1;
215 //运行
216 public static final int STATE_RUN = 0;
217 //停止
218 public static final int STATE_STOP = 1;
219 //暂停
220 public static final int STATE_PAUSE = 2;
221 //取消
222 public static final int STATE_CANCLE = 3;
223 //冻结，如果在GPRS下，因为线程调度的时候低优先级的被放readyqueue里的时候，要把这个任务暂时给“冻结”起来
224 public static final int STATE_FROST = 4;
225
226 private long taskId;
227
228 private BusinessObject bo;
229
230 public Task(){
231
232 }
233
234 public Task(BusinessObject bo){
235 this.bo=bo;
236 }
237
238 @Override
239 public void run() {
240 this.onTaskStart();
241 this.bo.execute();
242 this.onTaskEnd();
243 }
244
245 private void onTaskStart(){
246 this.bo.setmState(STATE_RUN);
247 }
248
249 public long getTaskId() {
250 return taskId;
251 }
252
253 public void setTaskId(long taskId) {
254 this.taskId = taskId;
255 }
256
257 public int getPriority() {
258 return this.bo.getPriority();
259 }
260
261 public void setPriority(int priority) {
262 this.bo.setPriority(priority);
263 }
264
265 /*
266 * compare task priority
267 */
268 @Override
269 public int compareTo(Task object1) {
270 if(this.getPriority()==object1.getPriority()&& this.equals(object1))
271 return 0;
272 return this.getPriority()>object1.getPriority()?-1:1;
273 }
274
275 public void setState(int state){//设置当前运行的task的state
276 this.bo.setmState(state);
277 Log.d(TAG, "Set task "+this.bo.methodName+" "+this.taskId + " state " + state);
278 }
279
280 private void onTaskEnd(){//运行完毕后从taskengine运行队列里删除
281 if(Log.DBG){
282 Log.d(TAG, "task "+this.bo.methodName+" "+taskId+" End");
283 }
284 if(this.bo.getmState() == STATE_FROST)//因为调度停止了该业务
285 return;
286
287 final ReentrantLock lock = TaskEngine.this.lock;
288 lock.lock();
289 try{
290 boolean removed = runningQueue.remove(this); //remove from running queue
291 assert removed;
292 if(Log.DBG)
293 Log.d(TAG, this.bo.methodName+" "+this.taskId+" remove from runningQueue");
294 needSchedule.signal(); //唤醒调度线程重新调度
295 }finally{
296 lock.unlock();
297 }
298 }
299
300 @Override
301 public boolean equals(Object o) {
302 // TODO Auto-generated method stub
303 if(this==o){
304 return true;
305 }
306 if(o instanceof Task){
307 return taskId==((Task)o).taskId;
308 }
309 return false;
310 }
311 }
312
313 }完
拾漏补遗:
1.补充最初的设计类图（可能与代码不太一致，但能说明问题）
2. BusinessObject的实现代码：
1 /***************************************************
2 * @类名：BusinessObject
3 * @创建：baiyingjun ([email protected])
4 * @创建日期：2011-7-6
5 * @说明：抽象的业务，扩展的网络业务要继承这个类并实现抽象方法execute()
6 ***************************************************/
7 public abstract class BusinessObject {
8
9 public static final int LOWEST_PRIORITY=1;//最低优先级
10
11 public static final int LOW_PRIORITY=2;//低优先级
12
13 public static final int NORMAL_PRIORITY=3;//正常优先级
14
15 public static final int HIGH_PRIORITY=4;//高优先级
16
17 public static final int HIGHEST_PRIORITY=5;//最高优先级
18
19 protected BusinessListener listnener;//运行业务的回调
20
21 protected Context mContext;
22
23 private long taskId;
24
25 protected Map<String,Object> params;//运行业务需要的参数
26
27 private int priority;
28
29 public int getPriority() {
30 return priority;
31 }
32
33 public void setPriority(int priority) {
34 this.priority = priority;
35 }
36
37 //设置回调
38 public void addBusinessListener(BusinessListener listnener){
39 this.listnener=listnener;
40 }
41
42 public long doBusiness() throws NetworkNotConnectException{
43 taskId= TaskEngine.getInstance(mContext).addTask(this);
44 return taskId;
45 }
46
47 public abstract void execute();
48 }