Android的线程和线程池(一)

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,但是他们的本质仍然是传统的线程,对于AsyncTask来说,他的底层用到了线程池,对于IntentService和HandlerThread来说,他们的底层直接使用了线程

不同的形式的线程虽然都是线程,但是他们仍然具有不同的特性和使用场景。AsyncTask封装了线程池和Handler,他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,在他的内部可以使用Handler,IntantService是一个服务,系统对其惊醒了封装使其可以更方便的执行后台任务。IntentService内部采用了HandlerThread来执行任务,当任务执行完成之后,IntentService会自动退出。从任务执行的角度来看,IntentService的作用很像一个后台线程,但是INtentService是一种服务,他不容易被系统杀死,从而可以尽量保证任务的进行。而如果是一个后台线程,由于这个时候进程中没有活动的四大组件,那么这个进程的优先级就会非常低。会很容易被系统杀死,这就是IntentService的优点。

AsncTask:

为了简化在子线程中访问UI线程,系统提供了AsyncTask,AsyncTask经过几次修改,导致了对于不同的API版本AsyncTask具有不同的表现,尤其是在多任务的兵法执行上。
AsyncTask是一种轻量级的异步任务类,他可以在线程池中执行后台任务。并实时更新UI。从实现来说,AsyncTask封装了Thread和Handler,通过AsyncTask可以更加方便的执行后台任务以及在主线程中访问UI,但是AsyncTask并不适合做特别耗时的后台任务,对于特别耗时的任务,建议只用线程池。AsyncTask这个类的申明如下:

public abstract class AsyncTask<Params,Progress,Result>

AsyncTask提供了四个核心方法:

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。

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。

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参数是后台任务的返回值,即doInBackground的返回值。
除了上面四个方法,AsyncTask还提供了onCancelled()方法,他同样在主线程中执行,当异步任务被取消时,onCancelled()方法会被调用,这个时候onPostExecute则不会被调用。

package com.zxxthreadpool;
 
import java.net.URL;
 
import android.os.AsyncTask;
 
public class DownloadFilesTask extends AsyncTask<URL, Integer, Long>{
    
    @Override
    protected Long doInBackground(URL... urls) {
        // TODO Auto-generated method stub
        int count=urls.length;
        long totalSize=0;
        for(int i=0;i<count;i++){
            totalSize+=Downloader.downloadFile(urls[i]);
            publishProgress((int)((i/(float)count)*100));
            if(isCancelled())
                break;
        }
        return totalSize;
        return null;
    }
    
    @Override
    protected void onProgressUpdate(Integer... progress) {
        // TODO Auto-generated method stub
        super.onProgressUpdate(progress);
        setProgressPercent(progress[0]);
    }
    
    @Override
    protected void onPostExecute(Long result) {
        // TODO Auto-generated method stub
        super.onPostExecute(result);
        showDialog("Downloaded "+result+" bytes");
    }
}

上面的代码实现了一耳光AsyncTask类,主要用于模拟文件下载过程,注意有一点,doInBackground和onProgressUpdate方法的参数中均包含...的字样,在java中...表示参数的数量补丁,他是 一种数组型参数,...的概念和C语言中...的是一只的,当要执行上诉文件下载任务是,可以通过如下方式完成。

new DownloadFilesTask().execute(url1,url2,url3);

AsyncTask在具体使用的过程中也是有一些条件限制的,主要有以下几点:

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,为什么要在主线程中加载,等下面在做分析

AsyncTask的对象必须在主线程中创建

execute方法必须在UI线程调用

不要再程序中直接调用onPostExecute,onProgressUpdate,doInBackground方法

一个AsyncTask对象只能执行一次,即只能调用一次execute方法,否则会报运行时异常

在Android1.6之前,AsyncTask是串行执行任务的,Android1.6的时候AsyncTask开始采用线程池里处理并执行任务,但是从Android3.0开始,为了避免AsyncTask所带来的并发错误,AsyncTask又采用了一个线程来串行执行任务,尽管如此,在3.0之后,我们仍可以通过AsyncTask的executeOnExecutor方法来并行的执行任务。

AsyncTask的工作原理:

为了分析AsyncTask的工作原理,我们从他的execute方法开始,execute方法又会调用executeOnExecutor方法:

public abstract class AsyncTask<Params, Progress, Result> {
 
    public final AsyncTask<Params, Progress, Result> execute(Params... params) {
        return executeOnExecutor(sDefaultExecutor, params);
    }
 
    public final AsyncTask<Params, Progress, Result> executeOnExecutor(
            Executor exec, Params... params) {
        if (mStatus != Status.PENDING) {
            switch (mStatus) {
            case RUNNING:
                throw new IllegalStateException("Cannot execute task:"
                        + " the task is alread running.");
            case FINISHED:
                throw new IllegalStateException("Cannnot execute task:"
                        + " the task has already been executed "
                        + "(a task can be executed only once)");
            }
        }
        mStatus=Status.RUNNING;
        onPreExecute();
        mWorker.mParams=params;
        exec.execute(mFuture);
        return this;
    }
}

在上面的代码中,sDefaultExecutor实际上是一个串行的线程池,一个进程中所有的AsyncTask全部在这个串行的线程池中排队执行,这个排队执行的过程后面再分析,在executeOnExecutor方法中,AsyncTask的onPreExecute方法最先执行,然后线程池开始执行,下面分析先后蹭吃的执行过程:

package com.zxxthreadpool;
 
import java.util.ArrayDeque;
import java.util.concurrent.Executor;
 
import android.os.AsyncTask.Status;
 
public abstract class AsyncTask<Params, Progress, Result> {
 
    public final AsyncTask<Params, Progress, Result> execute(Params... params) {
        return executeOnExecutor(sDefaultExecutor, params);
    }
 
    public final AsyncTask<Params, Progress, Result> executeOnExecutor(
            Executor exec, Params... params) {
        if (mStatus != Status.PENDING) {
            switch (mStatus) {
            case RUNNING:
                throw new IllegalStateException("Cannot execute task:"
                        + " the task is alread running.");
            case FINISHED:
                throw new IllegalStateException("Cannnot execute task:"
                        + " the task has already been executed "
                        + "(a task can be executed only once)");
            }
        }
        mStatus=Status.RUNNING;
        onPreExecute();
        mWorker.mParams=params;
        exec.execute(mFuture);
        return this;
    }
    public static final Executor SERIAL_EXECUTOR=new SerialExecutor();
    private static volatile Executor sDefaultExecutor=SERIAL_EXECUTOR;
    
    private static class SerialExecutor implements Executor{
 
        final ArrayDeque<Runnable> mTasks=new ArrayDeque<Runnable>();
        Runnable mActive;
        
        @Override
        public synchronized void execute(final Runnable r) {
            // TODO Auto-generated method stub
            mTasks.offer(new Runnable() {
                
                @Override
                public void run() {
                    // TODO Auto-generated method stub
                    try {
                        r.run();
                    } finally{
                        scheduleNext();
                    }
                }
            });
            if(mActive==null){
                scheduleNext();
            }
        }
 
        protected void scheduleNext() {
            // TODO Auto-generated method stub
            if((mActive=mTasks.poll())!=null){
                THREAD_POOL_EXECUTOR.execute(mActive);
            }
        }
 
    }
}

从SerialExecutor的实现可以分析AsyncTask的排队执行的过程。首先系统会吧AsyncTask的Params参数封装为FutureTask对象,FutureTask是一个并发类,在这里他充当了Runnable的作用,接着这个FutureTask会交给SerialExecutor的execute方法处理,SerialExecutor的execute方法首先会把FutrueTask对象插入到任务队列mTasks中,如果这个时候没有正在活动的AsyncTask任务,那么就会调用SerialExecutor的scheduleNext方法来执行下一个AsyncTask任务,同时当一个AsyncTask任务执行完后AsyncTask会继续执行其他任务知道所有任务都被执行位置,这一点可以看出,默认情况下,AsyncTask是串行执行的。

AsyncTask中由两个线程池,SerialExecutor和THREAD_POOL_EXECUTOR和一个Handler(InternalHandler),其中线程池SerialExecutor用于任务的排列,而线程池THREAD_POOLEXECUTOR用于真正执行任务,InternalHandler用于将执行环境从线程池切换到主线程,其本质仍然是线程的调用。在AsyncTask的构造方法中由如下这么 一段代码,由于FutureTask的run方法会调用mWorker的call方法,因此mWorker的call方法最终会在线程池中执行:

mWorker=new WorkerRunnable<Params,Rsult>(){
        public Result call() throws Exception{
            mTaskInvoked.set(true);
            
            Process.setThreadPriority(Process.THREAD_PRORITY_BACKGROUND);
            return postResult(doInBackground(mParams));
        }
    };

在mWorker的call方法中,首先将mTaskInoked设置为true,表示当前任务已经被调用过了,然后执行AsyncTask的doInBackground方法,接着将其返回值传递给postRsult方法,其实现如下:

    private Result postResult(Result result) {
        Message message = sHandler.obtainMessage(MESSAGE_POST_RESULT,
                new AsyncTask<Result>(this, result));
        message.sendToTarget();
        return result;
    }

在上面代码中,postResult方法会通过sHandler发送一个MESSAGE_POST_RESULT的消息,这个sHandler的定义如下:

private static final InternalHandler sHandler=new InternalHandler();
    private static class InternalHandler extends Handler{
        @Override
        public void handleMessage(Message msg) {
            // TODO Auto-generated method stub
            super.handleMessage(msg);
            AsyncTaskResult result=(AsyncTaskResult)msg.obj;
            switch (msg.what) {
            case MESSAGE_POST_RESULT:
                result.mTask.finish(result.mData[0]);
                break;
            case MESSAGE_POST_PROGESS:
                result.mTask.onProgressUpdate(result.mData);
                break;
            }
        }
    }

可以发现,sHandler是一个静态的Handler对象,为了能够将执行环境奇幻到主线程,这就要求sHandler这个对象必须在主线程中创建,由于静态成员会在加载类的时候进行初始化,因此这就变相要求AsyncTask的类必须在主线程中加载,否则同一个进程中的AsyncTask都将无法正常工作。
sHandler收到MESSAGE_POST_RESULT这个消息后会调用AsyncTask的finish方法,如下:

public void finish(Result result){
        if(isCancelled()){
            onCancelled(result);
        }else{
            onPostExecute(result);
        }
        mStatus=Status.FINISHED;
    }

AsyncTask的finish方法的逻辑比较简单,如果AsyncTask被取消执行了,那么就骁勇onCancelled方法,否者就调用onPostExecute方法,可以看到doInBackground的返回结果会传递给onPostExeute方法。到这里AsyncTask的整个工作过程就分析完毕了。

关于AsyncTask执行任务的串行还是并行:
从Android3.0开始默认情况下是是串行执行的。在Android2.x上应该默认是并行的。为了让AsyncTask可以在Android3.0及以上版本上并行,可以采用AsyncTask的executeOnExecutor方法,需要注意的是这个方法是3.0新添加的方法,不能再低版本上使用,所用之前需要判断一下版本时候可行,

ok,关于AsyncTask的原理分析以及源码就先讲这么多吧。

注:本博客整理学习子《Android开发艺术探索》,以此笔记,留以后温故而知新。

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