Android 线程与线程池

概述

首先来简单了解一下线程，在Android中线程分为UI线程与子线程，所谓UI线程也就是主线程，UI线程主要用于处理界面相关的事，子线程则是用于执行耗时任务。

在Android中，扮演线程角色的除Thread外，还有AsyncTask、IntentService、HandlerThread。这几种不同的线程形式拥有不同的特性和使用场景，下面一一介绍一下：

AsyncTask封装了线程池和Handler，它的主要作用是为了方便开发者在子线程通知主线程更新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方便执行后台任务，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

当我们在一个进程中频繁创建和销毁线程，这会带来巨大的系统开销，显然不是一个高效的做法，正确的做法是采用线程池，一个线程池中会缓存一定数量的线程，这样可以节省大量开销。

三种线程形式

AsyncTask

AsyncTask是一种轻量级异步任务类，它可以在线程池中执行后台任务，然后将执行的进度和最终结果传递给主线程并在主线程中更新UI。从实现上来说，AsyncTask封装了Thread和Handler，通过AsyncTask可以更加方便执行后台任务以及在主线程中访问UI，但AsyncTask并不适合进行特别耗时的后台任务，对于特别耗时的后台任务来说民间一使用线程池。

AsyncTask是一个抽象类，我们要使用它得创建一个子类去继承它，在继承AsyncTask我们可以为AsyncTask类指定三个参数：

Params：在执行AsyncTask时需要传入的参数，这些参数参数可用于后台任务中使用
Progress：后台任务执行时，如果需要在界面上展示当前进度，使用该泛型作为进度单位
Result：当任务执行完毕，如果需要对结果进行返回，则使用这里的泛型作为返回值类型

如下简单示例：

class DownLoadTask extends AsyncTask<Void,Integer,Boolean>{}

第一个参数Void表示不需要传递参数给后台任务使用，第二个参数Integer表示使用整数作为进度参数单位，第三个Boolean参数表示使用布尔数据来反馈执行结果

接着还要去重写AsyncTask中四个重要的方法：

onPreExecute()

这个方法会在后台任务开始执行之前调用，用于进行一些界面上的初始化操作

doInBackground(Params…)

这个方法中的所有代码都会在子线程中运行，我们在这里进行耗时任务的处理，可以通过return将执行结果返回，如果AsyncTask类第三个参数是Void，就不需要return了。这个方法中不能进行UI操作，如果需要更新UI元素，调用publishProgress(Progress…)方法完成

onProgressUpdate(Progress…)

调用了publishProgress(Progress…)方法之后，onProgressUpdate(Progress…)方法很快就会被调用，在这个参数可以对UI进行操作，利用参数中的数值就可以对界面元素进行相应的更新

onPostExecute(Result)

当后台任务执行完并通过return进行结果返回时，这个方法就会很快被调用，返回的数据作为参数传递到此方法中，可以根据这个参数进行一些UI操作

例如我们要实现一个后台下载功能的自定义AsyncTask类DownloadTask：

class DownloadTask extends AsyncTask<Void,Integer,Boolean>{
    @Override
    protected void onPreExecute(){
        progressDialog.show();//显示进度条
    }
    @Override
    protected Boolean doInBackground(Void...params){
        try{
            while(true){
                int downloadPercent=download();//虚构方法，表示进行下载任务
                publishProgress(downloadPercent);
                if(downloadPercent>=100){//进度到达100，结束
                    break;
                }
            }
        }catch(Exception e){
            return false;
        }
        return true;
    }
    @Override
    protected void onProgressUpdate(Integer...values){
        progressDialog.setMessage("下载进度");//更新下载进度
    }
    @Override
    protected void onPostExecute(Boolean result){
        progressDialog.dismiss();//关闭进度对话框
        if(result){
            //提示下载成功
        }else{
            //提示下载失败
        }
    }
}

这样我们就完成了一个具体的AsyncTask任务类，相信也能大概理解使用AsyncTask的诀窍了，就是在donInBackground()方法中执行具体的耗时任务，在onProgressUpdate()方法中进行UI操作，在onPostExecute()方法中执行一些任务的收尾工作。

想使用这个任务类，只需：

new DownloadTask.execute();

AsyncTask在使用过程中还存在一些条件限制，如下：

AsyncTask必须在主线程中加载，也就是说第一次访问AsyncTask必须发生在主线程
AsyncTask的对象必须在主线程中创建
execute方法必须在UI线程调用
不要在程序中直接调用onPreExecute、onPostExecute、donInBackground和onProgessUpdate方法
一个AsyncTask对象只能执行一次，即只能调用一次execute方法，否则会运行异常

HandlerThread

HandlerThread继承了Handler，它是一种可以使用Handler的Thread，它的实现非常简单，我们可以打开HandlerThread的源码看看，这里我们就看它的run方法：

	@Override
    public void run() {
        mTid = Process.myTid();
        Looper.prepare();//创建Looper对象
        synchronized (this) {
            mLooper = Looper.myLooper();
            notifyAll();
        }
        Process.setThreadPriority(mPriority);
        onLooperPrepared();
        Looper.loop();
        mTid = -1;
    }

可以看到这里我们通过Looper.prepare()来创建消息队列，通过Looper.loop()来开启消息循环，这样我们就可以在实际使用时在HandlerThread中使用Handler了。

从上面我们可以看出HandlerThread和Thread的不同之处：

Thread主要是在run方法中去执行耗时任务
HandlerThread在内部创建了消息队列，外界需要通过Handler的消息方式来通知HandlerThread来执行一个具体的任务

由于HandlerThread的run方法是一个无限循环，因此明确不需要使用HandlerThread时，可以通过它的quit或quitSafely方法来终止线程的执行。

IntentService

上面介绍到了HandlerThread，HandlerThread一个使用场景就是IntentService。IntentService是一种特殊的Service，它继承了Service并且它是一个抽象类，所以必须创建它的子类才可以使用IntentService。

IntentService可用于执行后台的耗时任务，当任务执行后它会自动停止。因为IntentService是服务，所以它的优先级比单纯的线程高很多，所以IntentService比较适合执行一些高优先级的后台任务。

在IntentService的实现上，它封装了HandlerThread和Handler，我们可以看以下IntentService的onCreate方法：

	@Override
    public void onCreate() {
        // TODO: It would be nice to have an option to hold a partial wakelock
        // during processing, and to have a static startService(Context, Intent)
        // method that would launch the service & hand off a wakelock.
        super.onCreate();
        HandlerThread thread = new HandlerThread("IntentService[" + mName + "]");//HandlerThread对象
        thread.start();

        mServiceLooper = thread.getLooper();
        mServiceHandler = new ServiceHandler(mServiceLooper);//Handler对象
    }

可以看到在onCreate方法中会创建一个HandlerThread，上面说到在HandlerThread中会创建出一个Looper对象，所以在这我们就可以获取这个Looper对象并使用这个Looper对象创建出一个Handler对象mServiceHandler，这样我们通过mServiceHandler发送的消息都会在HandlerThread中执行。

在每次启动IntentService时，它的onStartCommand方法就会调用一次，IntentService在onStartCommand方法中去处理每个后台任务的Intent，我们可以看看onStartCommand方法的源码：

	@Override
    public int onStartCommand(@Nullable Intent intent, int flags, int startId) {
        onStart(intent, startId);
        return mRedelivery ? START_REDELIVER_INTENT : START_NOT_STICKY;
    }

在onStartCommand方法中调用了onStart方法，打开onStart方法看看：

	@Override
    public void onStart(@Nullable Intent intent, int startId) {
        Message msg = mServiceHandler.obtainMessage();
        msg.arg1 = startId;
        msg.obj = intent;
        mServiceHandler.sendMessage(msg);
    }

可以看到这里仅是通过mServiceHandler发送了一条消息，这个消息会在HandlerThread中被处理。mServiceHandler在接收到消息后，会将这个消息交给onHandleIntent方法处理，我们可以看看mServiceHandler对象的类ServiceHandler的实现：

	private final class ServiceHandler extends Handler {
        public ServiceHandler(Looper looper) {
            super(looper);
        }

        @Override
        public void handleMessage(Message msg) {
            onHandleIntent((Intent)msg.obj);
            stopSelf(msg.arg1);
        }
    }

可以看到在onHandleIntent方法结束后会调用stopSelf(int startId)方法而不是stopSelf()方法来停止服务，这是因为stopSelf(int startId)方法会等待所有消息都处理完后再停止服务。

这里的onHandleIntent()方法是一个抽象方法，我们需要在子类中实现。另外我们需要知道的是，Handler中的Looper是顺序执行后台任务的，当多个后台任务存在时，这些后台任务也是按照外界发起的顺序排队执行的。

线程池

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，从线程池的功能特性来说，可以将线程池分为四类，这四类线程池可以通过Executors所提供的工厂方法来得到（后面再详细介绍）

再介绍线程池一下的好处：

线程池中的线程可以重用，避免因为线程的频繁创建与销毁带来的性能开销
能有效控制线程池的最大并发数，避免大量的线程之间因为互相抢占系统资源而导致的阻塞现象
能够对线程进行简单管理，并提供定时执行以及指定间隔循环执行等功能

ThreadPoolExecutor

ThreadPoolExecutor是线程池的真正实现，它的构造方法提供了一系列的参数来配置线程池，这些参数直接影响线程池的功能特性，如下是ThreadPoolExecutor一个常用的构造方法：

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory)

corePoolSize：线程池的核心线程数。默认情况下核心线程会一直存货，即使它们处于闲置状态
maximumPoolSize：线程池能容纳的最大线程数，当活动线程到达这个数值后，后续的新任务会被阻塞
keepAliveTime：非核心线程闲置时的超时时长，超过这个时长，非核心线程会被回收
unit：指定keepAliveTime参数的时间单位 TimeUnit.MILLISECONDS（毫秒）、TimeUnit.SECONDS（秒）、TimeUnit.MINUTES（分钟）
workQueue：线程池中的任务队列，通过线程池的execute方法提交的Runnable对象会被存储在这个参数中
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)

ThreadPoolExecutor执行任务时大致遵顼如下规则：

如果线程池中的线程数量为达到核心线程数，那么就直接启动一个核心线程来执行任务
如果线程池中的线程数量已达到或超过核心线程的数量，那么任务就会被插入到任务队列中排队等待执行
如果上面一条中无法将任务插入任务队列中了，这往往是由于任务队列已满，这时如果线程数量未达到线程池规定的最大值，那么就会立即启动一个非核心线程来执行任务
如果上面一条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

四类线程池

根据不同的功能特性，可以将线程池分为四类常见的线程池：

FixedThreadPool

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，这意味着它能更加快速响应外界的请求。

CachedThreadPool

通过Executor的newCacheThreadPool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，并且最大线程数为Integer.MAX_VALUE，实际上就相当于线程数量可以任意大。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，否则就会利用闲置的线程来处理。

CacheThreadPool适合执行大量的耗时较少的任务。