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Android的线程和线程池

AsyncTask封装了线程池和Handler,它主要是为了方便开发者在子线程中更新UI。HandlerThread是一种具有消息循环的线程,在它的内部可以使用Handler。IntentService是一个服务,系统对其进行了封装使其可以更方便地执行后台任务,IntentService内部采用HandlerThread来执行任务,当任务执行完毕后IntentService会自动退出。IntentService是一种服务,它不容易被系统杀死从而可以尽量保证任务的执行。在操作系统中,线程是操作系统调度的最小单元,同时线程又是一种受限的系统资源,即线程不可能无限制地产生,并且线程的创建和销毁都会有相应的开销。通过线程池就可以避免因为频繁创建和销毁线程所带来的系统开销。

Android中的线程池的概念来源于Java中的Executor, Executor是一个接口,真正的线程池的实现为ThreadPoolExecutor。ThreadPoolExecutor提供了一系列参数来配置线程池,通过不同的参数可以创建不同的线程池。ThreadPoolExecutor是线程池的真正实现,它的构造方法提供了一系列参数来配置线程池,下面介绍ThreadPoolExecutor的构造方法中各个参数的含义,这些参数将会直接影响到线程池的功能特性,下面是ThreadPoolExecutor的一个比较常用的构造方法。

    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                              ThreadFactory threadFactory) 
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  • corePoolSize线程池的核心线程数,默认情况下,核心线程会在线程池中一直存活,即使它们处于闲置状态。如果将ThreadPoolExecutor的allowCoreThreadTimeOut属性设置为true,那么闲置的核心线程在等待新任务到来时会有超时策略,这个时间间隔由keepAliveTime所指定,当等待时间超过keepAliveTime所指定的时长后,核心线程就会被终止。
  • maximumPoolSize线程池所能容纳的最大线程数,当活动线程数达到这个数值后,后续的新任务将会被阻塞。
  • keepAliveTime非核心线程闲置时的超时时长,超过这个时长,非核心线程就会被回收。当ThreadPool-Executor的allowCoreThreadTimeOut属性设置为true时,keepAliveTime同样会作用于核心线程。
  • unit用于指定keepAliveTime参数的时间单位,这是一个枚举,常用的有TimeUnit.MILLISECONDS(毫秒)、TimeUnit.SECONDS(秒)以及TimeUnit.MINUTES(分钟)等。
  • workQueue线程池中的任务队列,通过线程池的execute方法提交的Runnable对象会存储在这个参数中。
  • threadFactory线程工厂,为线程池提供创建新线程的功能。ThreadFactory是一个接口,它只有一个方法:Thread newThread(Runnable r)。

除了上面的这些主要参数外,ThreadPoolExecutor还有一个不常用的参数Rejected-ExecutionHandler handler。当线程池无法执行新任务时,这可能是由于任务队列已满或者是无法成功执行任务,这个时候ThreadPoolExecutor会调用handler的rejectedExecution方法来通知调用者,默认情况下rejectedExecution方法会直接抛出一个RejectedExecution-Exception。ThreadPoolExecutor为RejectedExecutionHandler提供了几个可选值:CallerRunsPolicy、AbortPolicy、DiscardPolicy和DiscardOldestPolicy,其中AbortPolicy是默认值,它会直接抛出RejectedExecutionException,由于handler这个参数不常用,这里就不再具体介绍了。

ThreadPoolExecutor执行任务时大致遵循如下规则:

  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者超过核心线程的数量,那么任务会被插入到任务队列中排队等待执行。
  3. 如果在步骤2中无法将任务插入到任务队列中,这往往是由于任务队列已满,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中线程数量已经达到线程池规定的最大值,那么就拒绝执行此任务,ThreadPoolExecutor会调用RejectedExecutionHandler的rejectedExecution方法来通知调用者。

线程池的分类

Android中最常见的四类具有不同功能特性的线程池,它们都直接或间接地通过配置ThreadPoolExecutor来实现自己的功能特性,这四类线程池分别是FixedThreadPool、CachedThreadPool、ScheduledThreadPool以及SingleThreadExecutor。

  1. FixedThreadPooI 通过Executors的newFixedThreadPool方法来创建。它是一种线程数量固定的线程池,当线程处于空闲状态时,它们并不会被回收,除非线程池被关闭了。当所有的线程都处于活动状态时,新任务都会处于等待状态,直到有线程空闲出来。由于FixedThreadPool只有核心线程并且这些核心线程不会被回收,这意味着它能够更加快速地响应外界的请求。newFixedThreadPool方法的实现如下,可以发现FixedThreadPool中只有核心线程并且这些核心线程没有超时机制,另外任务队列也是没有大小限制的。
   public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
        return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                      0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                      new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
    }
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  1. CachedThreadPooI 通过Executors的newCachedThreadPool方法来创建。它是一种线程数量不定的线程池,它只有非核心线程,并且其最大线程数为Integer.MAX_VALUE。由于Integer.MAX_VALUE是一个很大的数,实际上就相当于最大线程数可以任意大。当线程池中的线程都处于活动状态时,线程池会创建新的线程来处理新任务,否则就会利用空闲的线程来处理新任务。线程池中的空闲线程都有超时机制,这个超时时长为60秒,超过60秒闲置线程就会被回收。和FixedThreadPool不同的是,CachedThreadPool的任务队列其实相当于一个空集合,这将导致任何任务都会立即被执行,因为在这种场景下SynchronousQueue是无法插入任务的。SynchronousQueue是一个非常特殊的队列,在很多情况下可以把它简单理解为一个无法存储元素的队列,由于它在实际中较少使用,这里就不深入探讨它了。从CachedThreadPool的特性来看,这类线程池比较适合执行大量的耗时较少的任务。当整个线程池都处于闲置状态时,线程池中的线程都会超时而被停止,这个时候CachedThreadPool之中实际上是没有任何线程的,它几乎是不占用任何系统资源的。newCachedThreadPool方法的实现如下所示。
   public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
        return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                      60L, TimeUnit.SECONDS,
                                      new SynchronousQueue<Runnable>());
    }
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  1. ScheduIedThreadPooI 通过Executors的newScheduledThreadPool方法来创建。它的核心线程数量是固定的,而非核心线程数是没有限制的,并且当非核心线程闲置时会被立即回收。ScheduledThreadPool这类线程池主要用于执行定时任务和具有固定周期的重复任务,newScheduledThreadPool方法的实现如下所示。
   public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {
        return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
    }
        public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
        super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE,
              DEFAULT_KEEPALIVE_MILLIS, MILLISECONDS,
              new DelayedWorkQueue());
    }
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  1. SingIeThreadExecutor 通过Executors的newSingleThreadExecutor方法来创建。这类线程池内部只有一个核心线程,它确保所有的任务都在同一个线程中按顺序执行。SingleThreadExecutor的意义在于统一所有的外界任务到一个线程中,这使得在这些任务之间不需要处理线程同步的问题。newSingleThreadExecutor方法的实现如下所示。
   public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
        return new FinalizableDelegatedExecutorService
            (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                    0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                    new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
    }
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上面对Android中常见的4种线程池进行了详细的介绍,除了上面系统提供的4类线程池以外,也可以根据实际需要灵活地配置线程池。下面的代码演示了系统预置的4种线程池的典型使用方法。


    Runnable command = new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            SystemClock.sleep(2000);
        }
    };
    
            ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(5);
        fixedThreadPool.execute(command);

        ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
        cachedThreadPool.execute(command);

        ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);
        //2000ms后执行command
        scheduledThreadPool.schedule(command,2000, TimeUnit.MILLISECONDS);
        //延迟10ms后,每隔1000ms执行一次command
        scheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(command,10,1000,TimeUnit.MILLISECONDS);

        ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
        singleThreadExecutor.execute(command);
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