Android 的執行緒和執行緒池

在作業系統中，執行緒是作業系統排程的最小單元，同時執行緒又是一種受限的系統資源，即執行緒不可能無限制地產生，並且執行緒的建立和銷燬都會有相應的開銷。在 Android 中除了 Thread 以外，還有 AsyncTask、IntentService 以及 HandlerThread 都扮演著執行緒的角色。

主執行緒和子執行緒

在 Java 中預設情況下一個程序只有一個執行緒，這個就是主執行緒，除主執行緒以外的執行緒都叫子執行緒，Android 沿用了同樣的執行緒模型。

Android 中的執行緒形態

AsyncTask

1. AsyncTask 是一個輕量級的非同步任務類，線上程池中執行後臺任務，然後把進度和最終結果傳遞到主執行緒更新 UI。

2. AsyncTask 是一個抽象的泛型類，提供了 Params 、 Progress 和 Result 三個泛型引數。如果不需要傳遞具體的引數，引數型別可以使用 Void 來代替。

   public abstract class AsyncTask　<Params, Progress, Result>
   

3. AsyncTask 提供 4 個核心方法：

   1. onPreExecute() ：在主執行緒中執行，一般用於做一些準備工作。
   2. doInBackground(Params… params) ：線上程池中執行非同步任務，params 為輸入引數。在此方法中可以呼叫 publishProgress(Progress) 方法來更新任務進度。最終需要返回結果給 onPostExecute 方法。
   3. onProgressUpdate(Progess… values) ：在主執行緒中執行，任務進度更新時會呼叫此方法。
   4. onPostExecute(Result result) ：在主執行緒中執行，result 為非同步任務中返回的結果。
4. AsyncTask 使用時的注意點：
   1. AsyncTask 的類必須在主執行緒中載入，這一過程在 Android 4.1 及以上版本被系統自動完成（ActivityThread 的 main 方法會呼叫 AsyncTask 的 init 方法）。
   2. AsyncTask 的物件必須在主執行緒中建立。
   3. execute 方法必須在 UI 執行緒中呼叫。
   4. 不要在程式中直接呼叫 onPreExecute 、 onPostExecute 、 doInBackground 和 onProgressUpdate 方法。
   5. 一個 AsyncTask 物件只能執行一次，即只能呼叫一次 execute 方法，否則會報錯。
   6. 在 Android 1.6 之前，AsyncTask 是序列執行任務的，Android 1.6 的時候開始採用執行緒池處理並行任務，但是從 Android 3.0 開始，又換回了序列執行任務的方式，不過我們可以通過 executeOnExecutor 方法執行並行任務。

AsyncTask 的工作原理

AsyncTask 中有兩個執行緒池（SerialExecutor 和 THREAD_POOL_EXECUTOR）和一個 Handler（InternalHandler）。其中執行緒池 SerialExecutor 用於任務的排隊，而執行緒池 THREAD_POOL_EXECUTOR 用於真正地執行任務，InternalHandler 用於將執行環境從執行緒池切換到主執行緒。

HandlerThread

1. HandlerThread 繼承了 Thread，它是一種可以使用 Handler 的 Thread。
2. HandlerThread 的實現就是在其 run 方法中通過 Looper.prepare() 來建立訊息佇列，通過 Looper.loop() 來開啟訊息迴圈。
3. HandlerThread 的 run 方法是一個無限迴圈，當不需要使用時，要通過 quit 或者 quitSafely 方法來終止執行緒。
4. HandlerThread 的一個典型使用場景就是 IntentService。

IntentService

1. IntentService 是一種特殊的抽象 Service，內部封裝了 HandlerThread 和 Handler，比較適合執行一些高優先順序的後臺任務，不容易被殺死。

   @Override
   public void onCreate() {
   super.onCreate();
   HandlerThread thread = new HandlerThread("IntentService[" + mName + "]");
   thread.start();
   
   mServiceLooper = thread.getLooper();
   mServiceHandler = new ServiceHandler(mServiceLooper);
   }
   

2. IntentService 呼叫 stopSelf(int startId) 方法來嘗試停止服務，會等待所有訊息都處理完畢後才真正終止服務。

3. IntentService 的執行順序是按外界發起的順序去執行的。

Android 中的執行緒池

1. 執行緒池的優點：
   • 重用執行緒池中的執行緒，避免因為執行緒的建立和銷燬所帶來的效能開銷。
   • 能有效控制執行緒池的最大併發數，避免大量執行緒之間因互相搶佔系統資源而導致的阻塞現象。
   • 能夠對執行緒進行簡單的管理，並提供定時執行以及指定間隔迴圈執行等功能。
2. Android 中執行緒池的概念源於 Java 中的 Executor，真正實現為 ThreadPoolExecutor。

ThreadPoolExecutor

ThreadPoolExecutor 常用構造方法如下：

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

• corePoolSize ：執行緒池的核心執行緒數，預設情況下核心執行緒會一直存活。如果將 ThreadPoolExecutor 的 allowCoreThreadTimeOut 屬性設定為 true，閒置時間超過 keepAliveTime 會被終止。
• maximumPoolSize ：執行緒池所能容納的最大執行緒數（核心執行緒 + 非核心執行緒），當活動執行緒數達到這個數值後，後續任務會被阻塞。
• keepAliveTime ：非核心執行緒閒置時的超時時長，超過這個時長，非核心執行緒會被回收。當 ThreadPoolExecutor 的 allowCoreThreadTimeOut 屬性設定為 true 時，同樣作用於核心執行緒。
• unit ：指定 keepAliveTime 引數的時間單位。
• workQueue ：執行緒池中的任務佇列，通過執行緒池的 execute 方法提交的 Runnable 物件會被儲存在這個引數中。
• threadFactory ：執行緒工廠，為執行緒池提供建立新執行緒的功能。

ThreadPoolExecutor 執行任務時大致遵循如下規則：

1. 如果執行緒池中的執行緒數量未達到核心執行緒的數量，那麼會直接啟動一個核心執行緒來執行任務。
2. 如果執行緒池中的執行緒數量達到或超過核心執行緒的數量，那麼任務會被插入任務佇列等待執行。
3. 如果步驟2中無法將任務插入任務佇列中，這往往是由於任務佇列已滿，這時如果執行緒數量未到達執行緒池規定的最大值，那麼會立即啟動一個非核心執行緒來執行任務。
4. 如果步驟3中的執行緒數量已經達到了執行緒池規定的最大值，那麼就會拒絕執行此任務。

執行緒池的分類

Android 中最常見的四類執行緒池都是通過 Executors 的靜態方法建立的。

1. FixedThreadPool- 執行緒數量固定的執行緒池，只有核心執行緒

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

2. CachedThreadPool- 執行緒數量不固定的執行緒池，只有非核心執行緒

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

3. ScheduledThreadPool- 核心執行緒數量固定，非核心執行緒數量沒有限制的執行緒池，主要用於執行定時任務和具有固定週期的任務

   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());
   }
   

4. SingleThreadExecutor- 只有一個核心執行緒的執行緒池，確保了所有的任務都在同一個執行緒中按順序執行

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