Android开发中的线程池

MrGeekr极氪
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线程池的优点

  1. 重用线程池的线程，减少线程创建和销毁带来的性能开销
  2. 控制线程池的最大并发数，避免大量线程互相抢系统资源导致阻塞
  3. 提供定时执行和间隔循环执行功能

线程池的参数简介

  1. corePoolSize： 线程池的核心线程数，默认情况下，核心线程会一直存活(设置了超时机制除外， allowCoreThreadTimeOut属性为true时开启）
  2. maxinmumPoolSize： 线程池能容纳的最大线程数，当活动的线程达到这个数值之后，后续新任务会被阻塞
  3. keepAliveTime： 非核心线程闲置的超时时长，超过这个时长，非核心线程就会被回收,当allowCoreThreadTimeOut为true时，keepAliveTime同样作用于核心线程。
  4. unit：keepAliveTime的时间单位，这是一个枚举，常用有TimeUnit.MILLISECONDS(毫秒)、TimeUnit.SECONDS（秒）、TimeUnit.MINUTES(分钟)
  5. workQueue： 线程池中的任务队列，通过execute方法提交的Runnable对象会存储在这个参数中
  6. threadFactory： 线程工厂，为线程池提供创建线程的功能，是个接口，提供Thread newThread(Runnable r)方法
  7. RejectedExecutionHandle：当线程池无法执行新任务时，可能由于线程队列已满或无法成功执行任务，这时候 ThreadPoolExecutor会调用handler的 rejectedExecution的方法，默认会抛出RejectedExecutionException

线程池执行任务的流程

线程池

  1. 如果线程池中的线程数量未达到核心线程的数量，那么会直接启动一个核心线程来执行任务
  2. 如果线程池中的线程数量已经达到或超过核心线程数量，那么任务会被插入到任务队列中排队等待执行
  3. 如果步骤2中无法将任务插入到任务队列中，往往是因为任务队列已满，这个时候如果线程数量未达到线程池规定的最大值，那么会立刻启动一个非核心线程来执行任务
  4. 如果步骤3中线程数量达到线程池规定的最大值，线程池会拒绝执行任务，执行拒绝策略。

线程池的四种拒绝策略

  • 默认是AbordPolicy：丢弃任务抛出RejectedExecutionException异常。
  • CallerRunsPolicy：由调用线程（提交任务的线程）直接执行此任务
    • 此策略提供简单的反馈控制机制，能够减缓 新任务的提交速度。
  • DiscardPolicy：不能执行的任务，并将该任务删除。
  • DiscardOldestPolicy：丢弃队列最前面的任务，然后重新尝试执行任务
    • 特点可以概括为：“喜新厌旧”

常见的四种线程池

  1. FixedThreadPool：线程数量固定的线程池，所有线程都是核心线程。当所有线程都处于活动状态时，新任务会处于等待状态，只有核心线程并且不会回收（无超时机制），能快速的响应外界请求。

    1. 阻塞队列为无界队列LinkedBlockingQueue

  2. CachedThreadPool：线程数量不定的线程池，最大线程数为Integer.MAX_VALUE(相当于任意大)，只有非核心线程。当所有线程都处于活动状态时，会创建新线程来处理任务；线程池的空闲进程超时时长为60秒，超过就会被回收；任何任务都会被立即执行，适合执行大量的耗时较少的任务。

    1. 阻塞队列是SynchronousQueue，无容量的队列，立刻执行

  3. ScheduledThreadPool：核心线程数量固定，非核心线程数量无限制，非核心线程闲置时会被立刻回收，用于执行定时任务和具有固定周期的重复任务。

    1. 阻塞队列是无界的DelayedWorkQueue，DelayedWorkQueue会将任务进行排序，先要执行的任务放在队列的前面

  4. SingleThreadExecutor：只有一个核心线程，所有任务都在这个线程中串行执行，不需要处理线程同步问题

    1. 阻塞队列是LinkedBlockingQueue，保证顺序执行

线程池的阻塞队列

  • ArrayBlockingQueue：由数组结构组成的有界阻塞队列。
  • LinkedBlockingQueue：由链表结构组成的有界阻塞队列。
    • 可设置容量队列，不设置的话是无界的，可能OOM
    • 吞吐量通常要高于ArrayBlockingQuene；newFixedThreadPool线程池使用了这个队列
  • PriorityBlockingQueue：支持优先级排序的无界阻塞队列。
    • 它是一个支持优先级的无界队列。默认情况下元素采取自然顺序升序排列。这里可以自定义实现 compareTo（）方法来指定元素进行排序规则；或者初始化PriorityBlockingQueue时，指定构造参数 Comparator来对元素进行排序。但其不能保证同优先级元素的顺序。
  • DelayQueue：使用优先级队列实现的无界阻塞队列。
    • 根据指定的执行时间从小到大排序，否则根据插入到队列的先后排序。newScheduledThreadPool线程池使用了这个队列。
  • SynchronousQueue：不存储元素的阻塞队列。
    • 不存储元素的阻塞队列，每个插入操作必须等到另一个线程调用移除操作，否则插入操作一直处于阻塞状态，吞吐量通常要高于LinkedBlockingQuene，newCachedThreadPool线程池使用了这个队列。
  • LinkedTransferQueue：由链表结构组成的无界阻塞队列。
  • LinkedBlockingDeque：由链表结构组成的双向阻塞队列。

如何合理配置线程池参数？

要想合理的配置线程池，就必须首先分析任务特性，可以从以下几个角度来进行分析：

  1. 任务的性质：CPU 密集型任务，IO 密集型任务和混合型任务。
  2. 任务的优先级：高，中和低。
  3. 任务的执行时间：长，中和短。
  4. 任务的依赖性：是否依赖其他系统资源，如数据库连接。

任务性质不同的任务可以用不同规模的线程池分开处理。CPU 密集型任务配置尽可能少的线程数量，如配置Ncpu+1个线程的线程池。IO 密集型任务则由于需要等待 IO 操作，线程并不是一直在执行任务，则配置尽可能多的线程，如2xNcpu。

我们可以通过Runtime.getRuntime().availableProcessors()方法获得当前设备的 CPU 个数。

优先级不同的任务可以使用优先级队列 PriorityBlockingQueue 来处理。它可以让优先级高的任务先得到执行，需要注意的是如果一直有优先级高的任务提交到队列里，那么优先级低的任务可能永远不能执行。

执行时间不同的任务可以交给不同规模的线程池来处理，或者也可以使用优先级队列，让执行时间短的任务先执行。

依赖数据库连接池的任务，因为线程提交 SQL 后需要等待数据库返回结果，如果等待的时间越长 CPU 空闲时间就越长，那么线程数应该设置越大，这样才能更好的利用 CPU。

并且，阻塞队列最好是使用有界队列，如果采用无界队列的话，一旦任务积压在阻塞队列中的话就会占用过多的内存资源，甚至会使得系统崩溃。

OkHttp源码中的线程池解析

  • OkHttp是Android开发常用的网络请求库，为了保证并发网络请求，内部使用到了线程池。
  • OkHttp创建线程池的源码如下：
 executorService = new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE, 60, 
                                            TimeUnit.SECONDS,
                                            new SynchronousQueue<Runnable>(),
                                            Util.threadFactory("OkHttp Dispatcher", 
                                            false));

按顺序每个参数解析：

0: 核心线程数为0，线程池内全部都是非核心线程。

Integer.MAX_VALUE：线程池可以容纳最大线程数量。Integer.MAX_VALUE是非常大的一个数，可以理解为OkHttp随时可以创建新的线程来满足需要。可以保证网络的I/O任务有线程来处理，不被阻塞。

60,TimeUnit.SECONDS：空闲线程被终止的等待时间，这里设置为60秒。

new SynchronousQueue()：阻塞队列。SynchronousQueue是这样 一种阻塞队列，其中每个 put 必须等待一个 take，反之亦然。

Util.threadFactory("OkHttp Dispatcher", false)：用来创建线程的线程工厂。

  • 从参数上可以看出，OkHttp的线程池和上面介绍到的CacheThreadPool很类似。

  • 但网络请求支持的并发数量并不是Integer.MAX_VALUE这么多，OkHttp源码中关于异步请求：

synchronized void enqueue(AsyncCall call) {
  if (runningAsyncCalls.size() < maxRequests && runningCallsForHost(call) < maxRequestsPerHost) {
    runningAsyncCalls.add(call);
    executorService().execute(call);
  } else {
    readyAsyncCalls.add(call);
  }
}

当正在运行的异步请求队列中的数量小于64并且正在运行的请求主机数小于5时则把请求加载到runningAsyncCalls中并在线程池中执行，否则就再入到readyAsyncCalls中进行缓存等待。在这里限制了同一时间并发请求的数量。

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