剖析Android中程式與執行緒排程之nice

在計算機作業系統中，程式是進行資源分配和排程的基本單位，同時每個程式之內也可以存在多個執行緒。那麼在Android系統（Linux Kernel）中，程式是如何去搶佔資源，執行緒又是如何根據優先順序切換呢，本文將嘗試剖析這個問題，研究nice在Linux以及Android系統中的應用。

一些概念

• 程式 是計算機系統中，程式執行的實體，也是執行緒的容器。
• 執行緒 是程式中實際執行單位，一個執行緒是程式執行流的最小單元。在一個程式中可以有多個執行緒存在。

nice與程式排程

Linux中，使用nice value（以下成為nice值）來設定一個程式的優先順序，系統任務排程器根據nice值合理安排排程。

• nice的取值範圍為-20到19。
• 通常情況下，nice的預設值為0。視具體作業系統而定。
• nice的值越大，程式的優先順序就越低，獲得CPU呼叫的機會越少，nice值越小，程式的優先順序則越高，獲得CPU呼叫的機會越多。
• 一個nice值為-20的程式優先順序最高，nice值為19的程式優先順序最低。
• 父程式fork出來的子程式nice值與父程式相同。父程式renice，子程式nice值不會隨之改變。

詞源考究

nice這個命令的來源幾乎沒有資料提到，於是便嘗試自己來推斷一下。在諸如詞霸，滬江等詞典給出的意思均為好的；美好的；可愛的；好心的，友好的。而有道詞典則稍微給出了一個其他詞典沒有的和藹的。個人認為有道給出的這個比較合理。要想做到和藹，就需要做到謙讓，因此或多或少犧牲自己一點，成全他人。所以nice值越高，越和藹，但是自己的優先順序也會越低。

renice

對於一個新的程式我們可以按照下面的程式碼為一個程式設定nice值。

nice -n 10 adb logcat 

對於已經建立的程式，我們可以使用renice來修改nice值

sudo renice -n 0 -p 24161 

該命令需要使用root許可權，-p對應的值為程式id。

注意renice命令在Linux發行版中-n 的值應該為程式的目標優先順序。而Mac下-n，則是代表對當前許可權的增加值。 比如在Mac下，講一個程式的nice值由19改成10，可以這樣操作sudo renice -n -9 -p 24161,這一點需要注意，避免掉進坑裡。

Android中的nice

由於Android基於Linux Kernel，在Android中也存在nice值。但是一般情況下我們無法控制，原因如下：

• Android系統並不像其他Linux發行版那樣便捷地使用nice命令操作。
• renice需要root許可權，一般應用無法實現。

執行緒排程

雖然對於程式的優先順序，我們無法控制，但是我們可以控制程式中的執行緒的優先順序。在Android中有兩種執行緒的優先順序，一種為Android API版本，另一種是 Java 原生版本。

Android API

Android中的執行緒優先順序別目前規定了如下，瞭解了程式優先順序與nice值的關係，那麼執行緒優先順序與值之間的關係也就更加容易理解。

• THREAD_PRIORITY_DEFAULT，預設的執行緒優先順序，值為0。
• THREAD_PRIORITY_LOWEST，最低的執行緒級別，值為19。
• THREAD_PRIORITY_BACKGROUND 後臺執行緒建議設定這個優先順序，值為10。
• THREAD_PRIORITY_FOREGROUND 使用者正在互動的UI執行緒，程式碼中無法設定該優先順序，系統會按照情況調整到該優先順序，值為-2。
• THREAD_PRIORITY_DISPLAY 也是與UI互動相關的優先順序界別，但是要比THREAD_PRIORITY_FOREGROUND優先，程式碼中無法設定，由系統按照情況調整，值為-4。
• THREAD_PRIORITY_URGENT_DISPLAY 顯示執行緒的最高階別，用來處理繪製畫面和檢索輸入事件，程式碼中無法設定成該優先順序。值為-8。
• THREAD_PRIORITY_AUDIO 聲音執行緒的標準級別，程式碼中無法設定為該優先順序，值為 -16。
• THREAD_PRIORITY_URGENT_AUDIO 聲音執行緒的最高階別，優先程度較THREAD_PRIORITY_AUDIO要高。程式碼中無法設定為該優先順序。值為-19。
• THREAD_PRIORITY_MORE_FAVORABLE 相對THREAD_PRIORITY_DEFAULT稍微優先，值為-1。
• THREAD_PRIORITY_LESS_FAVORABLE 相對THREAD_PRIORITY_DEFAULT稍微落後一些，值為1。

使用Android API為執行緒設定優先順序也很簡單，只需要線上程執行時呼叫android.os.Process.setThreadPriority方法即可。這種線上程執行時進行修改優先順序，效果類似renice。

new Thread () {
    @Override
    public void run() {
      super.run();
        android.os.Process.setThreadPriority(Process.THREAD_PRIORITY_BACKGROUND);
    }
}.start();

Java原生API

Java為Thread提供了三個級別的設定，

• MAX_PRIORITY，相當於android.os.Process.THREAD_PRIORITY_URGENT_DISPLAY，值為10。
• MIN_PRIORITY，相當於android.os.Process.THREAD_PRIORITY_LOWEST，值為0。
• NORM_PRIORITY，相當於android.os.Process.THREAD_PRIORITY_DEFAULT，值為5。

使用setPriority我們可以為某個執行緒設定優先順序，使用getPriority可以獲得某個執行緒的優先順序。

在Android系統中，不建議使用Java原生的API，因為Android提供的API劃分的級別更多，更適合在Android系統中進行設定細緻的優先順序。

注意

Android API的執行緒優先順序和Java原生API的優先順序是相對獨立的，比如使用 android.os.Process.setThreadPriority(Process.THREAD_PRIORITY_BACKGROUND) 後，使用Java原生API,Thread.getPriority()得到的值不會改變。如下面程式碼：

new Thread() {
    @Override
    public void run() {
        super.run();
        Log.i(LOGTAG, "Java Thread Priority Before=" + Thread.currentThread().getPriority());
        Process.setThreadPriority(Process.THREAD_PRIORITY_LOWEST);
        Log.i(LOGTAG, "Java Thread Priority=" + Thread.currentThread().getPriority());
    }
}.start();

上述程式碼的執行日誌為

I/MainActivity( 3679): Java Thread Priority Before=5  I/MainActivity( 3679): Java Thread Priority=5 

由於上面的這一點缺陷，導致我們在分析ANR trace時需要注意，在下面的ANR日誌資訊中，prio=5中proi的值對應的Java原生API的執行緒優先順序。而nice=-6中的nice表示的Android API版本的執行緒優先順序。

 "main" prio=5 tid=1 NATIVE
  | group="main" sCount=1 dsCount=0 obj=0x41690f18 self=0x4167e650
  | sysTid=1765 nice=-6 sched=0/0 cgrp=apps handle=1074196888
  | state=S schedstat=( 0 0 0 ) utm=5764 stm=3654 core=2
  #00  pc 00022624  /system/lib/libc.so (__futex_syscall3+8)
  #01  pc 0000f054  /system/lib/libc.so (__pthread_cond_timedwait_relative+48)
  #02  pc 0000f0b4  /system/lib/libc.so (__pthread_cond_timedwait+64)

避免ANR

我在之前的文章說說Android中的ANR中提到使用WorkerThread處理耗時IO操作，同時將WorkerThread的優先順序降低，對於耗時IO操作，比如讀取資料庫，檔案等，我們可以設定該workerThread優先順序為THREAD_PRIORITY_BACKGROUND，以此降低與主執行緒競爭的能力。