Android线程及线程池详情
线程在android中的地位，相信每一位开发者都理解。基于android的特性，ui线程即主线程主要用于界面的更新，子线程用于进行耗时任务。通过本篇文章，将学习主线程以及子线程的概念，android中的线程形态，包括我们熟悉的asynctask、handlerthread、intentservice，最后，认识线程池在android中的应用，以及主要的线程池分类。
主线程和子线程
主线程是指进程所拥有的线程，java中，默认情况下一个进程中只有一个线程，即主线程。主线程在任何时候都必须保持高度的流畅性，以应对用户与ui界面的交互。为了主线程的保持较高的响应速度，子线程就派上用场了。通常将比较耗时的操作放在子线程中执行。除了主线程之外的所有线程都叫子线程。android沿用了java的线程机制，将线程分为ui线程和子线程，ui线程即主线程。ui线程运行四大以及它们与用户的交互，子线程执行比较耗时的操作，类似文件读写，网络请求等。
android中的线程形态
我们知道，我们在实际的开发中，创建一个线程有多种方式，下面将从asynctask、handlerthread、intentservice三者来对线程形态进行介绍。三者的底层实现都采用的是线程，但具有不同的表现形态，在使用中也各有优缺点。
1、asynctask
asynctask是一个轻量级的异步类，它可以在线程池中执行后台任务，并把执行任务进度以及结果返回给主线程，并更新ui。从实现上来说，asynctask内部封装了thread和handler，可以很方便的执行后台任务和在主线程中更新ui。但是，asynctask不适合进行比较耗时的后台任务，下面先介绍asynctask的基本用法：
创建asynctask
class myasynctask extends asynctask{
@override
protected void onpreexecute() {
super.onpreexecute();
log.d("myasynctask","do onpreexecute");
}
@override
protected integer doinbackground(string... files) {
log.d("myasynctask","do doinbackground");
integer cont = 0;
for (string file : files){
cont ++;
log.d("myasynctask","do file:" + file);
publishprogress(cont);
}
return cont;
}
@override
protected void onprogressupdate(integer... values) {
super.onprogressupdate(values);
for (integer integer : values){
log.d("myasynctask","do onprogressupdate:" + integer.intvalue());
}
}
@override
protected void oncancelled() {
super.oncancelled();
}
@override
protected void onpostexecute(integer integer) {
super.onpostexecute(integer);
log.d("myasynctask","do onprogressupdate:" + integer);
}
}
开启asynctask
string[] files = {"file1","file2","file3"};
new myasynctask().execute(files);
从上面的代码可以知道，首先我们创建一个内部类，继承asynctask，并重写其相关方法。然后创建asynctask的对象实例，通过execute方法开启线程。asynctask类有三个参数params,progess,result，三个参数都为泛型。params是我们传入线程的参数，比如网络url，文件路径等，可以包含多个；progess为线程在执行过程中返回的进度；result为线程执行完后返回的结果。
onpreexecute：在主线程中执行，在异步线程开始之前被调用，一般做一些准备的工作。 doinbackground：在线程池中执行，此方法用于执行异步任务。通过publishprogress方法更新任务进度，publishprogress方法会调用onprogressupdate方法。任务执行完后，会返回结果给onpostexecute。 onprogressupdate：主线程中执行，在后台任务进度改变时被调用。 onpostexecute：在主线程中执行，异步线程任务执行完成后该方法被调用，参数为后台任务的返回值，即doinbackground的返回值。 oncancelled：主线程中执行，当后台任务被取消时，该方法被调用，onpostexecute方法将不再被调用。asynctask方便了我们应用，但在使用中有一些限制：
必须在主线程中创建和加载； execute方法必须在ui线程调用； 不要在程序中直接调用onpreexecute、doinbackground、onprogressupdate、onpostexecute方法； 一个asynctask对象只能调用一次，即只能执行一次execute方法，否则会报异常； asynctask采用一个线程来串行执行任务，可以通过其executeonexecutor方法来并行的执行任务。上面介绍了asynctask的用法以及其在使用中应该注意的情况，下面通过分析asynctask的实现原理，就会比较理解asynctask的相关限制。
我们从execute方法开始分析：
@mainthread
566 public final asynctask execute(params... params) {
567 return executeonexecutor(sdefaultexecutor, params);
568 } ,>
execute方法会调用executeonexecutor方法：
603 @mainthread 604 public final asynctaskexecuteonexecutor(executor exec, 605 params... params) { 606 if (mstatus != status.pending) { 607 switch (mstatus) { 608 case running: 609 throw new illegalstateexception("cannot execute task:" 610 + " the task is already running."); 611 case finished: 612 throw new illegalstateexception("cannot execute task:" 613 + " the task has already been executed " 614 + "(a task can be executed only once)"); 615 } 616 } 617 618 mstatus = status.running; 619 620 onpreexecute(); 621 622 mworker.mparams = params; 623 exec.execute(mfuture); 624 625 return this; 626 } ,>
上面execute方法中的sdefaultexecutor是一个串行的线程池，一个进程中所有的asynctask都在该线程池中排队执行。在executeonexecutor方法中，首先会对当前状态进行判断，处于runing、finshed状态都会抛出异常，只有在pending状态才向下执行。onpreexecute方法会被最先调用，然后开始后台任务。
public static final executor serial_executor = new serialexecutor();
private static volatile executor sdefaultexecutor = serial_executor;
private static class serialexecutor implements executor {
236 final arraydeque mtasks = new arraydeque();
237 runnable mactive;
238
239 public synchronized void execute(final runnable r) {
240 mtasks.offer(new runnable() {
241 public void run() {
242 try {
243 r.run();
244 } finally {
245 schedulenext();
246 }
247 }
248 });
249 if (mactive == null) {
250 schedulenext();
251 }
252 }
253
254 protected synchronized void schedulenext() {
255 if ((mactive = mtasks.poll()) != null) {
256 thread_pool_executor.execute(mactive);
257 }
258 }
259 }
会将params参数封装成futuretask对象，futuretask是一个并发对象，在这里充当runnable对象。futuretask会被交给serialexecutor 的execute方法处理，将futuretask插入到任务队列mtasks中。执行完任务后，会调用schedulenext来开启下一个asynctask，直到所有任务被执行完为止。从这里可以看出，asynctask是串行执行的。
asynctask中有两个线程池（serialexecutor 、thread_pool_executor）和一个handler（internalhandler）。serialexecutor 线程池用于任务的排队，thread_pool_executor则执行真正的后台任务。internalhandler用于将执行环境切换到主线程。再asynctask的构造方法在中，有如下代码：
mworker = new workerrunnable() { 299 public result call() throws exception { 300 mtaskinvoked.set(true); 301 result result = null; 302 try { 303 process.setthreadpriority(process.thread_priority_background); 304 //noinspection unchecked 305 result = doinbackground(mparams); 306 binder.flushpendingcommands(); 307 } catch (throwable tr) { 308 mcancelled.set(true); 309 throw tr; 310 } finally { 311 postresult(result); 312 } 313 return result; 314 } 315 }; ,>
futuretask会调用mworker 的run方法，因此mwork最终将在线程池中执行。再mwork的的call方法中，首先将mtaskinvoked设置true，表示任务已经被调用，然后执行doinbackground方法，最终将结果返回给postresult方法。
private result postresult(result result) {
342 @suppresswarnings("unchecked")
343 message message = gethandler().obtainmessage(message_post_result,
344 new asynctaskresult(this, result));
345 message.sendtotarget();
346 return result;
347 }
在postresult方法中，通过gethandler方法获取shandler 对象并发送一条message_post_result消息。
private static handler gethandler() {
281 synchronized (asynctask.class) {
282 if (shandler == null) {
283 shandler = new internalhandler();
284 }
285 return shandler;
286 }
287 }
该handler定义如下：
private static class internalhandler extends handler {
673 public internalhandler() {
674 super(looper.getmainlooper());
675 }
676
677 @suppresswarnings({"unchecked", "rawuseofparameterizedtype"})
678 @override
679 public void handlemessage(message msg) {
680 asynctaskresult result = (asynctaskresult) msg.obj;
681 switch (msg.what) {
682 case message_post_result:
683 // there is only one result
684 result.mtask.finish(result.mdata[0]);
685 break;
686 case message_post_progress:
687 result.mtask.onprogressupdate(result.mdata);
688 break;
689 }
690 }
691 }
可以看到，该handler是一个静态对象，为了将执行环境切换到主线程，因此shandler 必须在主线程创建。由于静态成员在类加载的时候会被初始化，因此这里变相的要求asynctask必须在主线程创建。收到message_post_result消息后，会调用finish方法。
private void finish(result result) {
664 if (iscancelled()) {
665 oncancelled(result);
666 } else {
667 onpostexecute(result);
668 }
669 mstatus = status.finished;
670 }
在finish方法中，如果iscancelled方法被调用，即任务被取消，则调用oncancelled(result)方法，反之调用onpostexecute方法，参数为doinbackground方法的返回结果。
下面通过一个例子，验证asynctask的串行执行。
点击按钮时，同时开启五个任务，每个任务休眠5秒模拟耗时，最后打印任务执行完成的时间点。
mbutton.setonclicklistener(new view.onclicklistener() {
@override
public void onclick(view view) {
new testtask("task1").execute();
new testtask("task2").execute();
new testtask("task3").execute();
new testtask("task4").execute();
new testtask("task5").execute();
}
});
class testtask extends asynctask{
private string mname = "testtask";
public testtask(string mname) {
this.mname = mname;
}
@override
protected string doinbackground(string... strings) {
try {
thread.sleep(5000);
} catch (interruptedexception e) {
e.printstacktrace();
}
return mname;
}
@override
protected void onpostexecute(string s) {
super.onpostexecute(s);
simpledateformat time = new simpledateformat("yyyy-mm-dd hh:mm:ss");
log.d("testtask",s + " finshed at time:" + time.format(new date()));
}
}
结果：
d/testtask: task1 finshed at time:2018-01-31 02:37:37 d/testtask: task2 finshed at time:2018-01-31 02:37:42 d/testtask: task3 finshed at time:2018-01-31 02:37:47 d/testtask: task4 finshed at time:2018-01-31 02:37:52 d/testtask: task5 finshed at time:2018-01-31 02:37:57
通过结果，我们可以再次验证asynctask在线程池中是串行执行的，当然，这是在android3.0之后，之前将并行执行。为了能在3.0后并发执行，系统提供了executeonexecutor方法。
new testtask("task1").executeonexecutor(asynctask.thread_pool_executor,"");
new testtask("task2").executeonexecutor(asynctask.thread_pool_executor,"");
new testtask("task3").executeonexecutor(asynctask.thread_pool_executor,"");
new testtask("task4").executeonexecutor(asynctask.thread_pool_executor,"");
new testtask("task5").executeonexecutor(asynctask.thread_pool_executor,"");
结果：
d/testtask: task2 finshed at time:2018-01-31 02:59:26 d/testtask: task1 finshed at time:2018-01-31 02:59:26 d/testtask: task3 finshed at time:2018-01-31 02:59:31 d/testtask: task4 finshed at time:2018-01-31 02:59:31 d/testtask: task5 finshed at time:2018-01-31 02:59:36
上面的代码运行在api 26上，发现通过executeonexecutor方法开启并发任务时，最多允许两个asynctask任务并发进行。当我们调用execute方法时，系统会通过serialexecutor 线程池对任务进行排队，最后调用executeonexecutor串行执行；当我们直接调用executeonexecutor方法是，跳过了中间的排队过程，直接通过thread_pool_executor线程池开启并发任务。
对于asynctask实现原理的分析就到这里了，总结一下：在asynctask中，一个两个线程池和一个handler。serialexecutor 线程池用于任务的排队，thread_pool_executor线程池用于执行具体的任务，当任务完成后，通过internalhandler发送结果消息，并将执行环境切换到主线程。internalhandler为静态对象，当加载类时，会自动初始化，这样就变相的要求asynctask在主线程创建。
2、handlerthread
handlerthread继承thread，可以使用handler的线程。在其run方法中，通过looper.prepare()创建消息循环队列，looper.loop()开启消息循环。有了looper对象，这样就可以在handlerthread中创建handler对象。与常规thread不同的是，一般的thread通常执行一些耗时任务，而handlerthread内部封装了消息循环，外界需要通过handler通知handlerthread执行具体的任务。handlerthread的run方法是一个死循环，因此当不再需要的时候，调用其 quit()或 quitsafely()方法跳出循环，终止线程的执行。
@override
52 public void run() {
53 mtid = process.mytid();
54 looper.prepare();
55 synchronized (this) {
56 mlooper = looper.mylooper();
57 notifyall();
58 }
59 process.setthreadpriority(mpriority);
60 onlooperprepared();
61 looper.loop();
62 mtid = -1;
63 }
3、intentservice
intentservice是一种特殊的service，并且是一个抽象类，因此必须为其创建子类才能实现它。intentservice用于执行后台任务，当任务执行完成后会自动停止。由于其属于server，所以优先级会高于普通的线程，比较适合开启优先级较高的后台任务，不容易因系统内存不足而被杀死。实现上，intentservice封装了handlerthread和handler，二者在oncreate方法中被创建：
@override
104 public void oncreate() {
105 // todo: it would be nice to have an option to hold a partial wakelock
106 // during processing, and to have a static startservice(context, intent)
107 // method that would launch the service & hand off a wakelock.
108
109 super.oncreate();
110 handlerthread thread = new handlerthread("intentservice[" + mname + "]");
111 thread.start();
112
113 mservicelooper = thread.getlooper();
114 mservicehandler = new servicehandler(mservicelooper);
115 }
第一次启动intentserver时，oncreate方法会被调用，首先创建handlerthread 线程对象并开启线程。然后获取该线程的looper，并创建对应的mservicehandler ，这样，由mservicehandler 发送的消息都将被handlerthread 线程处理执行。每次启动intentserver，它的onstartcommand会被调用，用于处理每个后台任务的intent。
@override
132 public int onstartcommand(@nullable intent intent, int flags, int startid) {
133 onstart(intent, startid);
134 return mredelivery ? start_redeliver_intent : start_not_sticky;
135 }
onstartcommand会调用onstart方法：
@override
118 public void onstart(@nullable intent intent, int startid) {
119 message msg = mservicehandler.obtainmessage();
120 msg.arg1 = startid;
121 msg.obj = intent;
122 mservicehandler.sendmessage(msg);
123 }
可以看出，在onstart方法中，通过mservicehandler发送了intent对象消息，因为mservicehandler是在handlerthread 中创建，所以消息会在handlerthread 线程中被处理。mservicehandler的handlemessage方法中，会将收到的intent对象交给 onhandleintent方法处理。值得注意的是，这里的intent对象和启动server时startserver(intent)里的intent对象是一致的，这样在onhandleintent方法中通过intent的不同参数开启不同的任务。
private final class servicehandler extends handler {
62 public servicehandler(looper looper) {
63 super(looper);
64 }
65
66 @override
67 public void handlemessage(message msg) {
68 onhandleintent((intent)msg.obj);
69 stopself(msg.arg1);
70 }
71 }
其中，onhandleintent方法是一个抽象方法，需要在子类中实现。当onhandleintent方法执行完后，系统会调用stopself(msg.arg1)来尝试停止服务。之所以用stopself(msg.arg1)而不是用stopself()方法是因为当前可能还有其他消息未处理，而stopself()方法会立即停止服务，stopself(msg.arg1)方法会等待所有消息处理完再停止服务。
由于每执行一次任务就必须启动一次intentserver，而intentserver内部是通过消息机制向handlerthread 请求执行任务的，handler中的looper是顺序处理消息的，因此，intentserver也将顺序执行后台任务。
下面通过一个举例，来阐述intentserver的用法。
public static class servertask extends intentservice{
public servertask() {
super("test");
}
@override
protected void onhandleintent(@nullable intent intent) {
string tag = intent.getstringextra("action");
log.d("servertask","action: " + tag);
try {
thread.sleep(5000);
} catch (interruptedexception e) {
e.printstacktrace();
}
}
@override
public void ondestroy() {
super.ondestroy();
log.d("servertask","ondestroy--------");
}
}
intent intent = new intent(this,servertask.class);
intent.putextra("action","action_tag 1#");
startservice(intent);
intent.putextra("action","action_tag 2#");
startservice(intent);
intent.putextra("action","action_tag 3#");
this.startservice(intent);
在onhandleintent方法中获取intent的参数值，可以对不同的intent进行过滤，执行不同操作。最后在ondestroy方法中进行日志打印，判断service自动结束的时间点。
结果打印：
d/servertask: action: action_tag 1# d/servertask: action: action_tag 2# d/servertask: action: action_tag 3# d/servertask: ondestroy--------
从日志可以看出，任务执行的顺序是串行的，当所有的任务执行完成后，ondestroy方法被调用，服务停止。
线程池
提到线程池，首先说一下线程池的优点：
重用线程池中的线程，避免创建或销毁线程带来的性能开销； 能有效控制线程池的最大并发数，避免大量线程间相互抢占资源导致的阻塞现象； 能够对线程进行简单的管理，并提供定时执行或指定间隔循环执行。android中的线程池来至与java中的executor，executor是一个接口，真正的线程池实现为threadpoolexecutor。threadpoolexecutor通过不同的参数来创建不同功能的线程池。
threadpoolexecutor的构造方法中，通过不同的参数配置线程池，下面通过threadpoolexecutor中的不同参数，来理解线程池：
public threadpoolexecutor(int corepoolsize,
1182 int maximumpoolsize,
1183 long keepalivetime,
1184 timeunit unit,
1185 blockingqueue workqueue) {
1186 this(corepoolsize, maximumpoolsize, keepalivetime, unit, workqueue,
1187 executors.defaultthreadfactory(), defaulthandler);
1188 }
corepoolsize
线程池的核心线程数，默认情况下，核心线程会一直存活，即使处于闲置状态。当threadpoolexecutor的allowcorethreadtimeout属性设置为true时，则会有超时策略，时间由keepalivetime决定，当超过该时间时，核心线程将被终止。
maximumpoolsize
线程池能容纳最多的线程数，当达到该上限后，后续的任务将会被阻塞。
keepalivetime
非核心线程闲置状态超时时间，超过该时间，非核心线程将会被终止。当allowcorethreadtimeout属性设置为true时，同样作用于核心线程。
unit
用于指定keepalivetime时间单位，为一个枚举，包括毫秒、秒、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对象会存储在该队列中。
threadfactory
线程工厂，为线程池提供创建新线程的接口。其只有一个方法，thread newthread（runnable r）。
除了上面的参数外，线程池还有一个特殊的参数rejected-executionhandler,当线程池无法执行任务时，有可能是线程任务已满或者是无法成功执行任务。这时候threadpoolexecutor会调用该handler的rejectedexeuction方法来通知调用者，默认情况下会抛出一个异常。
threadpoolexecutor执行任务时，遵循下面的规则：
如果线程池中的线程数量未达到核心线程数时，会开启一个新的核心线程来执行任务； 如果线程池中线程数量达到或超过核心线程数，则会被放入等待队列中排队执行； 上述二中，如果无法插入排队队列，那么一般情况是队列已满，此时如果线程数量未达到线程池规定的最大值，那么将开启非核心线程来执行任务； 上述三中，如果线程数量已经达到线程池规定的最大线程数，那么将拒绝执行该任务。上面介绍了线程池，那么接下来介绍几种比较常用的线程池。
fixedthreadpool这是一种线程数量固定的线程池，当线程处于空闲状态时，并不会被回收，除非线程池被销毁。当所有线程都处于活跃状态时，新任务将等待，知道有空闲任务出来。由于该种线程池只有核心线程并且核心线程不会被回收，意味着它能够加速外界的请求。 cachedthreadpool
这是一种线程数量不固定的线程池，并且只有非核心线程。最大线程数为integer.max_value,由于integer.max_value是一个很大的数，也就是说线程数可以任意大。当线程池中线程处于活跃状态时，会创建新的线程执行任务，否则将利用空闲线程，其中空闲线程的超时时间为一分钟。 schedulethreadpool
核心线程是固定的，而非核心线程是没有限制的，并且非核心线程在闲置时会立即被回收。 singlethreadexecutor
该线程池内只有一个核心线程，并且确保所有任务都在同一个任务中执行，这样多任务间就不需要解决同步的问题。
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