今天，咱们细说Android下的多线程

时间  2020-02-24
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楔子

苏格拉底曾说过：“学会了多线程，你就学会了压榨CPU，就好像资本家对无产阶级作的那事同样。”html

多线程是开发人员必不可少的技术点，也是初学者不太容易掌握好的一个难点。要想设计出优秀的程序，那必然须要合理的线程调度。今天就给你们细说下Android中与多线程相关的知识点，揭开多线程神秘的面纱。git

本篇文章仅介绍多线程的各类实现方式，不过多涉及深刻的基础原理探究，达到“所见即所学，所学便可用”的效果。关于各类多线程原理的深刻探究，有机会放在后面的专栏逐一介绍。编程

1、多线程是什么？我为何要用多线程？

1.1 线程和进程的概念

按照操做系统中的描述，线程是CPU调度的最小单元，同时线程是一种有限的系统资源。而进程通常指一个执行单元，在PC和移动设备上指一个程序或者一个应用。一个进程能够包含多个线程。bash

简单点理解，一个Android APP就是一个进程，一个APP里面有多个线程，咱们多线程编程的意义就是实现“一个APP多个线程”。网络

有杠精可能会问，那我可不能够一个APP多个进程？又可不能够一个进程只有一个线程？多线程

我告诉你，能够，均可以。并发

单线程的APP只包括Android的UI线程也是能运行的；一个APP多个进程也是能够达到的，实现方式涉及到Android的IPC机制，这里不细说。异步

1.2 为何要使用多线程？

这里杠精可能会说，那你单线程也能跑，我为啥还要整多线程？ide

我告诉你，首先这句话从Android开发的角度来说，近似于一个假命题。由于谷歌爸爸如今强制规定了不能在UI线程进行耗时操做，必须放到子线程里面去，除非你的程序不涉及耗时操做。究其缘由，是由于在UI线程进行耗时操做的话，给用户的使用体验就是界面“卡顿”。同时，若是UI线程被阻塞超过必定时间会触发ANR(Application Not Responding)错误。oop

从底层的角度来说，多线程可使得整个环境可以异步执行，这有助于防止浪费CPU时钟周期从而提升效率。换言之，多线程能更充分的利用CPU资源，从而提升程序的运行效率。

2、那我怎么进行多线程编程？

2.1 Thread类和Runnable接口

要想定义一个线程只须要新建一个类继承自Thread，而后重写父类的run方法便可

class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        doSomething();
    }
}

//在须要的时候启动线程
new MyThread().start();
复制代码

优化一下？

咱们能够不必继承整个Thread类，只实现Runnable接口就行了

class MyThread implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        doSomething()
    }
}

//启动线程
MyThread myThread = new MyThread();
new Thread(myThread).start();
复制代码

那我不想专门再写一个线程类怎么办？可使用匿名类

new Thread(new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        doSomething();
    }
}).start();
复制代码

2.2 线程池

2.2.1 线程池的意义

既然我都会用Runnable接口来建立线程了，还要线程池干啥？其实否则，随意建立线程的操做在实际开发中是极为不推荐的。为啥？由于线程也是一种资源，反复的建立和销毁线程会带来必定性能上的额外开销。与其相比，线程池主要有如下几个优势：

  • 重用线程池中的线程，避免由于线程的建立和销毁所带来的性能开销
  • 能有效控制线程池的最大并发数，避免大量的线程之间因相互抢占系统资源而致使的阻塞现象
  • 可以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

2.2.2 线程池的结构和原理

一个完整的线程池应该有这么几个组成部分

  • 核心线程
  • 任务队列
  • 非核心线程

当咱们经过线程池执行异步任务的时候，实际上是依次进行了下面的流程

  1. 检查核心线程数是否到达最大值，不然建立新的核心线程执行任务，是则进行下一步
  2. 检查任务队列是否已满，不然将任务添加到任务队列中，是则进行下一步
  3. 检查非核心线程数是否到达最大值，不然建立新的非核心线程执行任务，是则说明这个线程池已经饱和了，执行饱和策略。默认的饱和策略是抛出RejectedExecutionException异常

下面手搓一个线程池的实现

//CPU核心数
private static final int CPU_COUNT = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
//核心线程数
private static final int CORE_POOL_SIZE = CPU_COUNT + 1;
//最大线程数
private static final int MAX_POOL_SIZE = CPU_COUNT * 2 + 1;
//非核心线程闲置的超时时间
private static final int KEEP_ALIVE_TIME = 1;
//任务队列
private static final BlockingQueue<Runnable> sPoolWorkQueue =
        new LinkedBlockingQueue<Runnable>(128);
//线程池
private ThreadPoolExecutor poolExecutor = new ThreadPoolExecutor(CORE_POOL_SIZE,
        MAX_POOL_SIZE, KEEP_ALIVE_TIME, TimeUnit.SECONDS, sPoolWorkQueue);

private void fun(){
    Runnable runnable = new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            //子线程处理耗时操做
            doSomething();
        }
    };
    poolExecutor.execute(runnable);
}
复制代码

这样咱们就实现了一个简单的线程池，核心线程数为CPU数量+1，非核心线程数为CPU数量*2+1，非核心线程的闲置时间为1秒，任务队列的大小为128。

线程池还有具体的好几种分类和相应不一样的实现方式，这里再也不细说。

2.3 Handler

有朋友可能会说，你讲的这些都是Java多线程里面的东西，能不能整点咱Android特有的？OK，如今进入专业时间。

Handler是Android提供的一种异步消息处理机制，要学会使用Handler咱们首先来了解下消息处理四兄弟：

  • Message
  • Handler
  • MessageQueue
  • Looper

Handler能够帮助咱们实如今不一样的线程之间传递消息，这里的Message就是消息本体，也就是咱们想要传递的那个东西。

Handler在这里扮演的角色是消息处理者，它的主要做用是发送和处理消息。

MessageQueue是一个消息队列，Handler发送过来的消息会放在这个队列里面，每一个线程只会有一个MessageQueue对象。

Looper是线程中消息队列的管家，它会无限循环运行，每发现MessageQueue中存在一条消息，它就会把消息取出而后发送给Handler。每个线程也只能有一个Looper对象。

好了，基本原理已经了解，如今咱们来反手搓一个Handler

private static final int FLAG = 1;

private Handler mHandler = new Handler(){
    @Override
    public void handleMessage(@NonNull Message msg) {
        if (FLAG == msg.what){
            //这里已经回到主线程了
            doSomething();
        }
    }
};

private void fun(){
    new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            //子线程发送消息
            Message message = new Message();
            message.what = FLAG;
            mHandler.sendMessage(message);
        }
    }).start();
}
复制代码

2.4 AsyncTask

除了Handler之外，谷歌爸爸还给咱们提供AsyncTask来进行线程的切换。AsyncTask是一种轻量级的异步任务，它能够在线程池中执行后台任务，而后把执行的进度和最终结果传递给主线程。从实现原理上来说，AsyncTask是对Thread和Handle的再次封装。

AsyncTask自己是一个抽象的泛型类，有四个亲儿子：

  • onPreExecute()
  • doInBackground(Params...params)
  • onProgressUpdate(Progress...values)
  • onPostExecute(Result result)

最早执行的是方法是onPreExecute()方法，位于主线程中，通常用来作一些准备工做。

而后执行doInBackground()方法，位于线程池中，用来执行异步任务，params表示异步任务的输入参数。这个方法须要返回结果给onPostExecute()方法。

onProgressUpdate()方法在主线程中执行，当后台任务的执行进度发生变化时这个方法会被调用。

onPostExecute()方法在最后异步任务完成以后会被调用，位于主线程中，result参数是后台任务的返回值，即doInBackground()的返回值。

OK，基本原理已经了解了，如今咱们来手搓一个AsyncTask

class DownloadTask extends AsyncTask<Void,Integer,Boolean> {

    @Override
    protected void onPreExecute() {
        //这里咱们使用了一个显示进度的Dialog，具体实现不表
        progressDialog.show();
    }

    @Override
    protected Boolean doInBackground(Void... voids) {
        try {
            while (true){
                //调用咱们的doDownload下载方法，具体实现不表
                int downloadPercent = doDownload();
                //使用publishProgress方法来更新执行的进度
                publishProgress(downloadPercent);
                if (downloadPercent >= 100)
                    break;
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return true;
    }

    @Override
    protected void onProgressUpdate(Integer... values) {
        //更新下载进度
        progressDialog.setMessage("Download "+values[0]+"%");
    }

    @Override
    protected void onPostExecute(Boolean aBoolean) {
        //下载完成
        progressDialog.dismiss();
    }
}
复制代码

这里咱们建立了一个Download类继承自AsyncTask，有三个泛型，void表示不须要给后台任务传入参数，Integer表示用整数类型来做为进度显示的单位，Boolean表示用布尔类型来反馈后台任务的执行结果。

要让咱们的这个AsyncTask跑起来也很简单，只须要执行：

new DownloadTask().execute();

2.5 IntentService

IntentService是一种特殊的Service，它继承了Service而且是一个抽象类，咱们能够建立它的子类来使用。IntentService也能够用于执行后台的耗时任务，而且当任务执行完毕以后它会自动中止。

IntentService由于是服务的缘由，因此和单纯的线程相比它的优先级要高不少，从而更不容易被系统杀死。

IntentService的内部实现是封装了HandlerThread和Handler，使用的话要遵循Service的使用方法，这里先略事后面有机会在Service的专栏里面再详细介绍。

2.6 RxJava

有杠精可能会说，你讲的这些方法，一个比一个长，一个比一个复杂，就不能整个简单又粗暴的东西？

这个时候就须要祭出神兵利器RxJava了。

2.6.1 RxJava又是个啥？

其实网络上RxJava的入门文章多如过江之鲫，这里不打算过多的深刻介绍。RxJava是一种响应式编程，你们不是很明白的话能够粗暴的理解为更优雅的多线程实现便可。

2.6.2 那怎么操做RxJava？

先手搓一个RxJava的普通实现方式

private void fun(){
    Observable<Integer> observable = Observable.create(new ObservableOnSubscribe<Integer>() {
        @Override
        public void subscribe(ObservableEmitter<Integer> emitter) throws Exception {
            emitter.onNext(1);
        }
    });

    observable.subscribeOn(Schedulers.io())     //表示在io线程执行订阅
            .observeOn(AndroidSchedulers.mainThread())  //表示在主线程接收订阅
            .subscribe(new Observer<Integer>() {
                @Override
                public void onSubscribe(Disposable d) {
                    //接收订阅以前调用
                }

                @Override
                public void onNext(Integer integer) {
                    //接收订阅成功调用
                    doSomething();
                }

                @Override
                public void onError(Throwable e) {
                    //接收订阅出错调用
                }

                @Override
                public void onComplete() {
                    //接收订阅完成调用
                }
            });
}
复制代码

emmmmm看起来好像仍是挺复杂的啊，能不能再整简单点？

OK，链式调用加lambda安排上

private void fun() {
    Observable.create(emitter -> emitter.onNext(1))
            .subscribeOn(Schedulers.io())
            .observeOn(AndroidSchedulers.mainThread())
            .subscribe(integer -> {
                //接收订阅成功
                doSomething();
            }, throwable -> {});
}
复制代码

嗯......有内味了。

这串代码咱们是发送了一个Integer类型的数据；

subscribeOn()指定了咱们发送的线程是在后台的io线程，就能够理解为一个子线程；

observeOn指定了咱们接收的线程为主线程；

subscribe只接收成功的消息，至关于上面的OnNext()方法，本质上是咱们在这里建立了一个Comsumer对象来接收；

throwable在接收失败的时候调用，至关于上面的onError()方法。

RxJava有多达几十种的操做符，灵活运用能实现各类不一样的异步任务，这里就再也不花大量的篇幅详细介绍了，有兴趣的朋友能够去查看ReactiveX中文文档

2.7 RxKotlin

RxKotlin能够理解为RxJava在Kotlin上的一个变种，原理都是同样的，只是操做语言变成了Kotlin，而后封装了一下使得能够更优雅的调用，这里给你们一个具体的实现案例，再也不过多讲解。

private fun test() {
    Observable.create<Int> { 1 }
            .subscribeOn(Schedulers.io())
            .observeOn(AndroidSchedulers.mainThread())
            .subscribeBy(
                    onNext = {},
                    onError = {}
            )
}
复制代码

2.8 Kotlin协程

协程其实和上面所说的线程并非一个概念，协程是什么？根据官方文档的描述，协程本质上是轻量级的线程。既然是轻量，那说明协程的资源消耗和性能等方面和线程比起来应该是有优点的。那这样看来咱们之前使用多线程实现的异步功能，如今基本上均可以用协程来替代了。

协程是一个全新的东西，介于篇幅这里就不展开讲解了，后面会专门写介绍协程的文章。

3、总结

今天总结了Android平台上实现多线程的几种方式，但愿能给到须要的朋友一些帮助。

有不对之处还望各位同僚雅正。

参考资料：

  1. 《Java彻底参考手册 第八版》
  2. 《第一行代码 第二版》
  3. 《Android进阶之光》
  4. 《Android开发艺术探究》
  5. ReactiveX中文文档
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