一、线程

主线程

• 主线程是指进程中所拥有的线程，在Java中默认情况下一个进程只有一个线程，这个线程就是主线程。
• 主线程主要作用是运行四大组件以及处理它们和用户的交互，因为用户随时会和界面发生交互，所以主线程在任何时候都必须有较高的响应速度，否则会产生一种界面卡顿的感觉，极大的影响用户体验。

子线程

• 工作线程，除了主线程以外的线程都是子线程。
• 子线程的作用是执行耗时任务，比如网络请求、I/O操作等，从Android 3.0开始系统要求网络访问必须在子线程中进行，否则网络访问将会失败并抛出NetWorkOnMainThreadException这个异常，这样做是为了避免主线程由于被耗时操作所阻塞从而出现ANR现象。

ANR异常

• 什么是ANR？

  • 应用程序无响应（Application Not Responding）。
  • 应用程序的响应性是由Activity Manager和WindowManager系统服务监视的。

• 造成ANR的主要原因：

  • 主线程被IO操作（从4.0之后网络IO不允许在主线程中）阻塞。
  • 主线程中存在耗时的计算。

• Android中哪些操作是在主线程的？

  • Activity的所有生命周期回调都是在主线程执行的。
  • Service默认是执行在主线程的。
  • BroadcastReceiver的onReceive回调是在主线程执行的。
  • 没有使用子线程的looper的Handler的handleMessage，post（Runnable）是在主线程执行的。
  • AsyncTask的回调中除了doInBackground，其他都是在主线程执行的。

• 如何解决ANR？

  • 使用Asynctask处理耗时IO操作。
  • 使用Thread或者HandlerThread提高优先级。
  • 使用Handler来处理工作线程的耗时任务。
  • Activity的onCreate和onResume回调尽量避免耗时的代码。

二、Android中的线程形态

Thread

• 第1周—Java学习之synchronized关键字

AsyncTask

• AsyncTask异步任务机制

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。HandlerThread的run方法如下所示：

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

• 从HandlerThread的实现来看，普通Thread主要用于在run方法中执行一个耗时任务，而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HanlderThread执行一个具体的任务。
• HandlerThread的run方法是一个无限循环，因此当明确不需要再使用HandlerThread时，可以通过它的quit或者quitSafely方法来终止线程的执行，这是一个良好的编程习惯。
• HandlerThread在Android中的一个具体的使用场景是IntentService。

IntentService

• IntentService是一种特殊的Service，它继承了Service并且它是一个抽象类，因此必须创建它的子类才能使用IntentService。
• IntentService可用于执行后台耗时的任务，当任务执行后它会自动停止，同时由于IntentService是服务的原因，这导致它的优先级比单纯的线程要高很多，所有IntentService比较适合执行一些高优先级的后台任务，因为它优先级高不容易被系统杀死。
• IntentService封装了HandlerThread和Handler，这一点可以从它的onCreate方法中看出来，如下所示：

    @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 + "]");
        thread.start();

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

• 当IntentService被第一次启动时，它的onCreate方法会被调用，onCreate方法会创建一个HandlerThread，然后使用它的Looper来构造一个Handler对象mServiceHandler，这样通过mServiceHandler发送的消息最终都会在HandlerThread中执行，从这个角度来看，IntentService也可以用于执行后台任务。每次启动IntentService，它的onStartCommand方法就会调用一次，IntentService在onStartCommand中处理每个后台任务的Intent。

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

• onStartCommand方法处理外界的Intent，是通过调用了onStart方法，具体实现如下所示：

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

• 可以看出，IntentService仅仅是通过mServiceHandler发送了一个消息，这个消息会在HandlerThread中被处理，mServiceHandler收到消息后，会将Intent对象传递给onHandlerIntent方法去处理，注意这个Intent对象的内容和外界的startService(intent)中的intent的内容是完全一致的，通过这个Intent对象即可解析出外界启动IntentService时所传递的参数，通过这些参数就可以区分具体的后台任务，这样在onHandlerIntent方法中就可以对不同的后台任务做处理了。当onHandlerIntent方法执行结束后，IntentService会通过stopSelf(int startId)方法来尝试停止服务。这里之所以采用stopSelf(int startId)而不是stopSelf()来停止服务，那是因为stopSelf()会立刻停止服务，而这个时候可能还有其他消息未处理，stopSelf(int startId)则会等待所有的消息都处理完毕后才终止服务。一般来说，stopSelf(int startId)在尝试停止服务之前会判断最近启动服务的次数是否和startId相等，如果相等就立刻停止服务，不相等则不停止服务，这个策略可以从AMS的stopServiceToken方法的实现中找到依据，ServiceHandler的实现如下所示：

    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);
        }
    }

IntentService的onHandlerIntent方法是一个抽象方法，它需要我们在子类中实现，它的作用从Intent参数中区分具体的任务并执行这些任务。如果目前只存在一个后台任务，那么onHandleIntent方法执行完这个任务后，stopSelf(int startId)就会直接停止服务。如果目前存在多个后台任务，那么当onHandleIntent方法执行完最后一个任务时，stopSelf(int startId)才会直接停止服务。另外，由于每执行一个后台任务就必须启动一次IntentService，而IntentService内部则通过消息的方式向HandlerThread请求执行任务，Handler中的Looper是顺序处理消息的，这就意味着IntentService也是顺序执行后台任务的，当有多个后台任务同时存在时，这些后台任务会按照外界发起的顺序排队执行。

• 下面通过一个示例来进一步说明IntentService的工作方式，首先派生一个IntentService的子类，比如LocalIntentService，它的实现如下所示：

    public class LocaIntentService extends IntentService {

        private static final String TAG = "LocalIntentService";

        /**
         * Creates an IntentService.  Invoked by your subclass's constructor.
         *
         * @param name Used to name the worker thread, important only for debugging.
         */
        public LocaIntentService(String name) {
            super(name);
        }

        @Override
        protected void onHandleIntent(@Nullable Intent intent) {
            String action = intent.getStringExtra("task_action");
            Log.d(TAG, "receive task：" + action);
            SystemClock.sleep(3000);
            if ("com.ryq.action.TASK1".equals(action)) {
                Log.d(TAG, "handle task：" + action);
            }
        }

        @Override
        public void onDestroy() {
            Log.d(TAG, "service destroyed.");
            super.onDestroy();
            
        }
    }

这里对LocalIntentService的实现做一下简单的说明，在onHandleIntent方法中会从参数中解析出后台任务的标识，即task_action字段所代表的内容，然后根据不同的任务标识来执行具体的后台任务，这里为了简单起见，直接通过SystemClock.sleep(3000)来休眠3000毫秒从而模拟一种耗时的后台任务，另外为了验证IntentService的停止时机，这里在onDestroy()中打印了一句日志，LocalIntentService实现完成了以后，就可以在外界请求执行后台任务，在下面的代码中先后发起了3个后台任务的请求：

       Intent service = new Intent(this, LocaIntentService.class);
        service.putExtra("task_action", "com.ryq.action.TASK1");
        startService(service);
        service.putExtra("task_action", "com.ryg.action.TASK2");
        startService(service);
        service.putExtra("task_action", "com.ryg.action.TASK3");
        startService(service);
        

• 运行程序，观察日志，如下所示。

  
  

• 从上面的日志可以看出，三个后台任务是排队执行的，它们的执行顺序就是它们发起的请求对的顺序，即TASK1、TASK2、TASK3。另外一点就是当TASK3执行完毕后，LocalIntentService才真正地停止，从日志中可以看出LocalIntentService执行了onDestroy()，这也意味着服务正在停止。

三、Android中的线程池

线程池的优点有3点：

• 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。
• 能有效控制线程池的最大并发数，避免大量的线程之间因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的管理，并提供定时执行以及指定间隔循环执行等功能。

ThreadPoolExecutor

• 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。

    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时策略，这个时间间隔由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，后续的新任务将会被阻塞。

keepAliveTime

• 非核心线程闲置时的超时时长，超过这个时长，非核心线程就会被回收。当ThreadPoolExecutor的allowCoreThreadTimeOut属性设置为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)。

RejectedExecutionHandler handler。

• 这是ThreadPoolExecutor的一个不常用的参数，当线程无法执行新任务时，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rejectedExecution方法来通知调用者，默认情况下rejectedExecutor方法会直接抛出一个RejectedExecutionException。ThreadPoolExecutor为RejectedExecutionHandler提供了几个可选值：
  • CallerRunsPolicy
  • AbortPolicy
    • 默认值，它会直接抛出RejectedExecutionException。
  • DiscardPolicy
  • DiscardOldestPolicy

ThreadPoolExecutor执行任务时大致遵循如下规则：

• 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。

• 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。

• 如果在步骤2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。

• 如果步骤3中的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。

    private static final int CPU_COUNT = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
    // We want at least 2 threads and at most 4 threads in the core pool,
    // preferring to have 1 less than the CPU count to avoid saturating
    // the CPU with background work
    private static final int CORE_POOL_SIZE = Math.max(2, Math.min(CPU_COUNT - 1, 4));
    private static final int MAXIMUM_POOL_SIZE = CPU_COUNT * 2 + 1;
    private static final int KEEP_ALIVE_SECONDS = 30;

    private static final ThreadFactory sThreadFactory = new ThreadFactory() {
        private final AtomicInteger mCount = new AtomicInteger(1);

        public Thread newThread(Runnable r) {
            return new Thread(r, "AsyncTask #" + mCount.getAndIncrement());
        }
    };

    private static final BlockingQueue<Runnable> sPoolWorkQueue =
            new LinkedBlockingQueue<Runnable>(128);

    /**
     * An {@link Executor} that can be used to execute tasks in parallel.
     */
    public static final Executor THREAD_POOL_EXECUTOR;

    static {
        ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(
                CORE_POOL_SIZE, MAXIMUM_POOL_SIZE, KEEP_ALIVE_SECONDS, TimeUnit.SECONDS,
                sPoolWorkQueue, sThreadFactory);
        threadPoolExecutor.allowCoreThreadTimeOut(true);
        THREAD_POOL_EXECUTOR = threadPoolExecutor;
    }

• 从上面的代码可以知道，AsyncTask对THREAD_POOL_EXECUTOR这个线程池进行了配置，配置后的线程池规格如下：
  • 核心线程数等于CPU 核心数+1。
  • 线程池的最大线程数为CPU核心数的2倍+1。
  • 核心线程无超时机制，非核心线程在闲置时的超时时间为1秒。
  • 任务队列的容量为128。

线程池的分类

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，当线程处于空闲状态时，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，直到有线程空闲出来。
• 它只有核心线程并且这些核心线程不会被回收，能够更加快速地响应外界的请求。
  newFixedThreadPool方法的实现如下，可以发现FixedThreadPool中只有核心线程并且这些核心线程没有超时机制，任务队列没有大小限制。

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

CachedThreadPool

• 通过Executors的newCachedThreadPool方法来创建的。
• 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。由于Integer.MAX_VALUE是一个很大的数，实际上就相当于最大线程数可以任意大。
• 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，否则就会利用空闲的线程来处理新任务。线程池中的空闲线程都有超时机制，这个超时时长为60秒，超过60秒闲置线程就会被回收。
• 和FixedThreadPool不同的是，CachedThreadPool的任务队列其实相当于一个空集合，这将导致任何任务都会立即被执行，因为在这种场景下SynchronousQueue是无法插入任务的。
• SynchronousQueue是一个非常特殊的队列，在很多情况下可以把它简单理解为一个无法存储元素的队列，由于它在实际中较少使用，这里就不深入探讨它了。
• 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被停止，这个时候CackedThreadPool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。newCachedThreadPool方法的实现如下所示：

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

ScheduledThreadPool

• 通过Executors的newScheduledThreadPool方法来创建的。
• 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。
• ScheduledThreadPool这类线程池主要用于执行定时任务和具有固定周期的重复任务，newScheduledThreadPool方法的实现如下所示：

    public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {
        return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
    }

    public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
        super(corePoolSize,Integer.MAX_VALUE,0,NANOSECONDS,new DelayedWorkQueue());
    }

SingleThreadExecutor

• 通过Executors的newSingleThreadExecutor方法来创建。
• 这类线程池内部只有一个核心线程，它确保所有的任务都在同一个线程中按顺序执行。
• SingleThreadExecutor的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，newSingleThreadExecutor方法的实现如下所示：

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

系统预置的4种线程池的典型使用方法，如下所示：

                
        Runnable command = new Runnable() {
               @Override
               public void run() {
                    SystemClock.sleep(2000);  
               }
                    
        };

        ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(4);
        fixedThreadPool.execute(command);

        ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
        cachedThreadPool.execute(command);

        ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(4);
        //2000ms后执行command
        scheduledThreadPool.schedule(command, 2000, TimeUnit.MILLISECONDS);
        //延迟10ms后，每隔1000ms执行一次command
        scheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(command, 10, 1000, TimeUnit.MILLISECONDS);

        ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
        singleThreadExecutor.execute(command);