要點提煉|開發藝術之執行緒

釐米姑娘發表於2018-01-03
執行緒

本篇的主要內容是Android的執行緒和執行緒池：

  • 概述
  • 執行緒形態
    • AsyncTask
    • HandlerThread
    • IntentService
  • 執行緒池

一.概述

1.含義：執行緒是作業系統排程的最小單元。

2.特點：執行緒是一種受限的系統資源。即執行緒不可無限制的產生且執行緒的建立和銷燬都有一定的開銷。

Q：如何避免頻繁建立和銷燬執行緒所帶來的系統開銷？ A：採用執行緒池，池中會快取一定數量的執行緒，進而達到效果。

3.分類：

  • 按用途可分為兩類：
    • 主執行緒：一般一個程式只有一個執行緒，主要處理介面互動相關的邏輯。
    • 子執行緒：除主執行緒之外都是子執行緒，主要用於執行耗時操作。
  • 按形態可分為三類：
    • AsyncTask：底層封裝了執行緒池和Handler，便於執行後臺任務以及在子執行緒中進行UI操作。
    • HandlerThread：一種具有訊息迴圈的執行緒，其內部可使用Handler。
    • IntentService：是一種非同步、會自動停止的服務，內部採用HandlerThread。

image

二.執行緒形態

對於主執行緒和子執行緒相信已經非常熟悉了，現在主要學習以下三種形態的執行緒：

1.AsyncTask

a.AsyncTask：一種輕量級的非同步任務類。

在Android中實現非同步任務機制有兩種方式：Handler和AsyncTask。

  • Handler機制存在的問題：程式碼相對臃腫；多工同時執行時不易精確控制執行緒。
  • 引入AsyncTask的好處：建立非同步任務更簡單，直接繼承它可方便實現後臺非同步任務的執行和進度的回撥更新UI，而無需編寫任務執行緒和Handler例項就能完成相同的任務。

b.AsyncTask是抽象的泛型類，其組成成員有：

  • 三個泛型引數：
    • Params：表示執行AsyncTask需要傳入的引數，可用於在後臺任務中使用；
    • Progress：表示後臺任務執行的進度；
    • Result： 表示後臺任務的返回結果的型別；
    • 若沒有傳遞具體的引數，這三個泛型引數都可使用void。如：
//含義：在執行AsyncTask時不需要傳入引數給後臺任務、使用整型資料來作為進度顯示單位，最後使用布林型資料來反饋執行結果
public abstract class AsyncTask<Void, Integer, Boolean>
複製程式碼
  • 五個核心方法：
    • onPreExecute()：
      • 執行在：主執行緒
      • 呼叫時刻：在非同步任務執行之前被呼叫
      • 作用：可用於進行一些介面上的初始化操作
    • doInBackground(Params…params)：
      • 執行在：子執行緒
      • 作用：可用於處理所有的耗時任務。若需要更新UI需呼叫 publishProgress(Progress...)方法
      • 注意：任務一旦完成就通過return語句將任務的執行結果返回，若Result被指定為void，就可不返回執行結果
    • onProgressUpdate(Progress…values)：
      • 執行在：主執行緒
      • 呼叫時刻：在後臺任務中呼叫publishProgress(Progress...)之後該方法會被呼叫
      • 作用：可利用方法中攜帶的引數如Progress來對UI進行相應地更新
    • onPostExecute(Result result)：
      • 執行在：主執行緒
      • 呼叫時刻：在非同步任務執行完畢並通過return語句返回時被呼叫
      • 作用：可利用方法中返回的資料來進行一些UI操作
    • onCancelled()：
      • 執行在：主執行緒
      • 呼叫時刻：當非同步任務被取消時被呼叫
      • 作用：可用於做介面取消的更新
    • 注意：
      • 不要直接呼叫onPreExecute()、doInBackground()、onProgressUpdate()、onPostExecute)和onCancelled()方法
      • AsyncTask物件必須在主執行緒建立
  • 開始和結束非同步任務的方法：
    • execute(Params...params)
      • 必須在主執行緒中呼叫
      • 作用：表示開始一個非同步任務
      • 注意：一個非同步物件只能呼叫一次execute()方法
    • cancel(booleanmayInterruptIfRunning)
      • 必須在主執行緒中呼叫
      • 作用：表示停止一個非同步任務

比如自定義一個AsyncTask，來模擬一個下載任務：

class DownloadTask extends AsyncTask<Void, Integer, Boolean> {  
  
    @Override//初始化一個ProgressDialog  
    protected void onPreExecute() {  
        progressDialog.show();  
    }  
  
    @Override//具體的下載邏輯
    protected Boolean doInBackground(Void... params) {  
        try {  
            while (true) {  
                int downloadPercent = doDownload();  
                publishProgress(downloadPercent);  
                if (downloadPercent >= 100) {  
                    break;  
                }  
            }  
        } catch (Exception e) {  
            return false;  
        }  
        return true;  
    }  
  
    @Override//顯示當前的下載進度
    protected void onProgressUpdate(Integer... values) {  
        progressDialog.setMessage("當前下載進度：" + values[0] + "%");  
    }  
  
    @Override//提示任務的執行結果  
    protected void onPostExecute(Boolean result) {  
        progressDialog.dismiss();  
        if (result) {  
            Toast.makeText(context, "下載成功", Toast.LENGTH_SHORT).show();  
        } else {  
            Toast.makeText(context, "下載失敗", Toast.LENGTH_SHORT).show();  
        }  
    }  
}  
複製程式碼

任務的啟動和停止只需要以下幾行程式碼：

// 開始任務  
DownloadTask mDownloadTask  = new DownloadTask();  
mDownloadTask .execute();  
   
// 停止任務  
mDownloadTask .cancel(true);  
複製程式碼

補充例項：詳解Android中AsyncTask的使用

c.工作原理

  • 內部有一個靜態的Handler物件即InternalHandler：
    • 作用：將執行環境從執行緒池切換到主執行緒；通過它來傳送任務執行的進度以及執行結束等訊息。
    • 注意：必須在主執行緒中建立
  • 內部有兩個執行緒池：
    • SerialExecutor：用於任務的排隊，預設是序列的執行緒池
    • THREAD_POOL_EXECUTOR：用於真正執行任務。
  • 排隊執行過程：
    • 把引數Params封裝為FutureTask物件，相當於Runnable；
    • 呼叫SerialExecutor.execute()將FutureTask插入到任務佇列tasks；
    • 若沒有正在活動的AsyncTask任務，則就會執行下一個AsyncTask任務。執行完畢後會繼續執行其他任務直到所有任務都完成。即預設使用序列方式執行任務。

注意：AsyncTask不適用於進行特別耗時的後臺任務，而是建議用執行緒池。

推薦閱讀：Android AsyncTask完全解析，帶你從原始碼的角度徹底理解、AsyncTask原理及不足

2.HandlerThread

a.HandlerThread是一個執行緒類，它繼承自Thread

與普通Thread的區別：具有訊息迴圈的效果。原理：

  • 內部HandlerThread.run()方法中有Looper，通過Looper.prepare()來建立訊息佇列，並通過Looper.loop()來開啟訊息迴圈。

b實現方法

  • 例項化一個HandlerThread物件，引數是該執行緒的名稱；
  • 通過 HandlerThread.start()開啟執行緒；
  • 例項化一個Handler並傳入HandlerThread中的looper物件，使得與HandlerThread繫結；
  • 利用Handler即可執行非同步任務；
  • 當不需要HandlerThread時，通過HandlerThread.quit()/quitSafely()方法來終止執行緒的執行。
private HandlerThread myHandlerThread ;  
private Handler handler ;  
@Override  
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {  
    super.onCreate(savedInstanceState);  
   setContentView(R.layout.activity_main);  
   //例項化HandlerThread
   myHandlerThread = new HandlerThread("myHandler") ;  
   //開啟HandlerThread
   myHandlerThread.start();  
   //將Handler物件與HandlerThread執行緒繫結
   handler =new Handler(myHandlerThread.getLooper()){  
       @Override  
        publicvoid handleMessage(Message msg) {  
           super.handleMessage(msg);  
            // 這裡接收Handler發來的訊息，執行在handler_thread執行緒中  
            //TODO...  
        }  
    };  
   
   //在主執行緒給Handler傳送訊息  
   handler.sendEmptyMessage(1) ;  
   new Thread(new Runnable() {  
       @Override  
        publicvoid run() {  
           //在子執行緒給Handler傳送資料  
           handler.sendEmptyMessage(2) ;  
        }  
    }).start();  
}  
@Override  
protected void onDestroy() {  
   super.onDestroy();  
   //終止HandlerThread執行
   myHandlerThread.quit() ;  
}  
複製程式碼

補充例項：Android 多執行緒之HandlerThread 完全詳解

c.用途：

  • 進行序列非同步通訊
  • 構造IntentService

在之前學習Handler機制時知道在子執行緒使用Handler的方法，其實HandlerThread的出現使得這一過程變得更加簡便，更多解析見淺析HandlerThread

3.IntentService

a.IntentService是一個繼承自Service的抽象類

b.優點：

  • 相比於執行緒：由於是服務，優先順序比執行緒高，更不容易被系統殺死。因此較適合執行一些高優先順序的後臺任務。
  • 相比於普通Service：可自動建立子執行緒來執行任務，且任務執行完畢後自動退出。

c.IntentService內部封裝了HandlerThread和Handler，工作原理：

  • 在IntentService.onCreate()裡建立一個Handle物件即HandlerThread，利用其內部的Looper會例項化一個ServiceHandler物件；
  • 任務請求的Intent會被封裝到Message並通過ServiceHandler傳送給Looper的MessageQueue，最終在HandlerThread中執行；
  • 在ServiceHandler.handleMessage()中會呼叫IntentService.onHandleIntent()，可在該方法中處理後臺任務的邏輯。

流程圖

圖片來源：Android IntentService的使用和原始碼分析

d.使用方法：

  • 新建類並繼承IntentService，重寫onHandleIntent()方法，該方法：
    • 執行在：子執行緒，因此可以去處理一些耗時操作。
    • 作用：從Intent引數中區分具體的任務並執行這些任務
  • 在配置檔案中進行註冊。
  • 在活動中利用Intent實現IntentService的啟動：
Intent intent = new Intent(this, MyService.class);
intent.putExtra("xxx",xxx);  
startService(intent);//啟動服務
複製程式碼

具體例項見Service篇之IntentService

注意：無需手動停止服務，onHandleIntent()執行結束之後，IntentService會自動停止。

推薦閱讀：Android多執行緒：IntentService用法&原始碼分析

三.執行緒池

1.優點

  • 重用執行緒池中的執行緒，避免執行緒的建立和銷燬帶來的效能消耗；
  • 有效控制執行緒池的最大併發數，避免大量的執行緒之間因互相搶佔系統資源而導致阻塞現象；
  • 進行執行緒管理，提供定時/迴圈間隔執行等功能。
  • 執行緒池的概念來源：Java中的Executor，它是一個介面。
  • 執行緒池的真正實現：ThreadPoolExecutor，提供一系列引數來配置執行緒池。
//構造引數
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                              ThreadFactory threadFactory,
                              RejectedExecutionHandler handler) {
複製程式碼
  • corePoolSize：核心執行緒數
    • 預設情況下，核心執行緒會線上程中一直存活。
    • 當設定ThreadPoolExecutor的allowCoreThreadTimeOut屬性為
      • true：表示核心執行緒閒置超過超時時長，會被回收；
      • false：表示核心執行緒不會被回收，會線上程池中一直存活。
  • maximumPoolSize：最大執行緒數
    • 當活動執行緒數達到這個數值後，後續的任務將會被阻塞。
  • keepAliveTime：非核心執行緒超時時間
    • 超過這個時長，閒置的非核心執行緒就會被回收。
    • 當設定ThreadPoolExecutor的allowCoreThreadTimeTout屬性為true時，keepAliveTime對核心執行緒同樣有效。
  • unit：用於指定keepAliveTime引數的時間單位
    • 單位有：TimeUnit.MILLISECONDS、TimeUnit.SECONDS、TimeUnit.MINUTES等；
  • workQueue：任務佇列
    • 通過執行緒池的execute()方法提交的Runnable物件會儲存在這個引數中。
  • threadFactory：執行緒工廠，可建立新執行緒
    • 是個介面，只有一個方法Thread newThread(Runnable r)。
  • handler：線上程池無法執行新任務時進行排程。

例項：執行緒池的原理及實現

3.ThreadPoolExecutor的預設工作策略：

  • 若程池中的執行緒數量未達到核心執行緒數，則會直接啟動一個核心執行緒執行任務。
  • 若執行緒池中的執行緒數量已達到或者超過核心執行緒數量，則任務會被插入到任務列表等待執行。
    • 若任務無法插入到任務列表中，往往由於任務列表已滿，此時如果
      • 執行緒數量未達到執行緒池最大執行緒數，則會啟動一個非核心執行緒執行任務；
      • 執行緒數量已達到執行緒池規定的最大值，則拒絕執行此任務，ThreadPoolExecutor會呼叫RejectedExecutionHandler的rejectedExecution方法來通知呼叫者。

4.ThreadPoolExecutor執行緒池的分類：

  • FixThreadPool：
    • 含義：執行緒數量固定的執行緒池，所有執行緒都是核心執行緒，當執行緒空閒時不會被回收。
    • 特點：能快速響應外界請求。
  • CachedThreadPool：
    • 含義：執行緒數量不定的執行緒池（最大執行緒數為Integer.MAX_VALUE），只有非核心執行緒，空閒執行緒有超時機制，超時回收。
    • 特點：適合於執行大量的耗時較少的任務
  • ScheduledThreadPool：
    • 含義：核心執行緒數量固定，非核心執行緒數量不定。
    • 特點：定時任務和固定週期的任務。
  • SingleThreadExecutor：
    • 含義：只有一個核心執行緒，可確保所有的任務都在同一個執行緒中按順序執行。
    • 特點：無需處理執行緒同步問題。

推薦閱讀：Java四種執行緒池的使用

希望這篇文章對你有幫助~

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