十一、Android的线程和线程池

除了Thread本身以外，在Android中可以扮演线程的角色还有很多，比如AsyncTask和IntentService，同时HandlerThread也是一种特殊的线程。尽管AsyncTask，IntentService以及HandlerThread的表现形式都有别于传统的线程，但是它们的本质任然是传统的线程。

对于AsyncTask来说，它的底层用到线程池，对于IntentService和HandlerThread来说，它们的底层则直接使用了线程。

不同形式的线程虽然都是线程，但是具有不同的特性和使用场景。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，当任务执行完成之后，IntentService会自动退出。

1.主线程和子线程

默认只有一个线程，就是主线程，主要处理和界面交互相关的逻辑，子线程也叫工作线程，除了主线程以外的线程都是子线程。

2.Android中的线程形态

分别介绍AsyncTask，HandlerThread以及IntentService。

2.1.AsyncTask

AsyncTask是一种轻量级的异步任务类，它可以在线程池中，执行后台任务，然后把执行的进度和最终的结果传递给主线程，并在主线程中更新UI。从实现上面来说，AsyncTask封装了Thread和Handler，通过AsyncTask可以更加方便地执行后台任务以及在主线程中访问UI，但是AsyncTask并不适合进行特别耗时的后台任务，对于特别耗时的任务来说，建议使用线程池。

AsyncTask是一个抽象的泛型类，提供了Params(参数类型)，Progress(进度类型)和Result(后台任务返回的结果类型)这三个泛型参数。

AsyncTask提供了四个核心方法:

(1)onPreExecute()，在主线程中执行，在异步任务执行之前，此方法会被调用，一般可以用于做一些准备工作。

(2)doInBackground(Params… params)，在线程池中执行，此方法用于执行异步任务，params参数表示异步任务的输入参数。在此方法中可以通过publishProgress方法来更新任务的进度，publishProgress方法会调用onProgressUpdate方法，另外此方法需要返回计算结果给onPostExecute方法。

(3)onProgressUpdate(Progress…values)，在主线程中执行，当后台任务的执行进度发生变化时此方法会被调用。

(4)onPostExecute(Result result)在主线程中执行，在异步任务执行之后，此方法会被调用，其中result是后台任务的返回值，即doInBackground的返回值。

注意:

(1)AsyncTask的类必须在主线程中加载，这就意味着第一次访问AsyncTask必须发生在主线程，当然这个过程在Android 4.1以及以上的版本以及被系统自动完成。

(2)AsyncTask的对象必须在主线程中创建。

(3)execute方法必须在UI线程中调用。

(4)不要在程序中直接调用onPretExecute，onPostExecute，doInBackground和onProgressUpdate方法。

(5)一个AsyncTask对象只能执行一次，即只能调用一次execute方法，否则会报运行时异常，就是说执行同样的任务，每次还是需要new对象。

(6)在Android 1.6之前，AsyncTask是串行执行任务的，Android 1.6的时候AsyncTask开始采用线程池处理并行任务，但是从Android 3.0开始，为了避免AsyncTask所带来并发错误，AsyncTask又采用一个线程来串行执行任务。尽管如此，在Android 3.0以后，我们任然可以通过AsyncTask的executeOnExec方utor法来并行地执行任务。

2.2.AsyncTask的工作原理

2.3.HandlerThread

HandlerThread继承了Thread，它是一种可以使用Handler的Thread，它的实现也很简单，就是在run方法中通过Looper.prepare()来创建消息队列，并通过Looper.loop()来开启消息循环，这样在实际的使用中就允许在HandlerThread中创建Handler了。

2.4.IntentService

继承了Service并且是一个抽象类，可以用于执行耗时任务，当任务执行后会自动停止。

3.Android中的线程池

线程池的优点:

(1)重用线程池中的线程，避免因为线程的创建和销毁所带来的性能开销;

(2)能有效控制线程池的最大并发数，避免大量线程之间因互相抢占系统资源而导致的阻塞现象;

(3)能够对线程进行简单的管理，并提供定时执行以及指定间隔循环执行等功能;

3.1.ThreadPoolExecutor

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。

下面是常用的ThreadPoolExecutor的一个构造方法:

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
int maximumPoolSize,
long keepAliveTime,
TimeUnit unit,
BlockingQueue<Runnable> workQueue,
ThreadFactory threadFactory) {
this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
threadFactory, defaultHandler);
}

corePoolSize:线程池的核心线程数，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市策略，这个时间由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，后续新任务将会阻塞。

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ThreadPoolExecutor的allowCoreThreadTimeOut属性为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，为线程池提供新建线程的功能，ThreadFactory是一个接口，只有一个方法，Thread newThread(Runnable r)。

除了上面的主要参数外，ThreadPoolExecutor还有一个不常用的参数RejectedExecutionHandler。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rejectedException方法来通知调用者，默认情况下，rejectedException会直接抛出一个RejectedExcecutionException。

ThreadPoolExecutor为RejectedExecutionHandler提供了几个可选值:

CallerRunsPolicy，AbortPolicy，DiscardPolicy，DiscardOldstPolicy，其中AbortPolicy是默认值，会直接抛出RejectedExcecutionException。

ThreadPoolExecutor执行任务大致遵循下面的规则:

(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)如果在第二步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)如果第三步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;

3.2.线程池的分类

介绍四类具有不同功能特性的线程池。

3.2.1.FixedThreadPool

通过Executors的newFixedThreadPool是一种线程数量固定的线程池，当线程处于空闲状态时，它们并不会回收，除非线程池关闭了。

当所有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。

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}

3.2.2.CachedThreadPool

通过Executors的newCachedThreadPool方法来建立。它是一种线程数量不定的线程池，它只有非核心线程，并且其最大线程数量未Integer.MAX_VALUE。

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。

public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
60L, TimeUnit.SECONDS,
new SynchronousQueue<Runnable>());
}

3.2.3.ScheduledThreadPool

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。主要用于执行定时任务和具有固定周期的重复任务。

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());
}

3.2.4.SingleThreadPool

通过Executors的newSingleThreadExecutors方法来创建。只有一个核心线程，确保所有的任务都在同一个线程中按顺序执行。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。

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
return new FinalizableDelegatedExecutorService
(new ThreadPoolExecutor(1, 1,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
}

使用:

Runnable command = new Runnable() {
@Override
public void run() {
SystemClock.sleep(2000);
}
};
ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);
fixedThreadPool.execute(command);
ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);
cachedThreadPool.execute(command);
ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(3);
// 延迟10ms，每隔1000ms执行一次
scheduledThreadPool.scheduleWithFixedDelay(command, 10, 1000, TimeUnit.MILLISECONDS);
ExecutorService singleThreadPool = Executors.newSingleThreadExecutor();
singleThreadPool.execute(command);