Android 线程思考

在编程中我们经常遇到多线程相关的问题，记得刚工作的时候对线程没有太多概念，只知道new Thread()run 函数中是新的线程，函数多调用几层，特别是一些别人的回调函数中，就忽略了线程引起的并发问题，产生了并发修改异常的崩溃。今天总结一些线程相关的知识。

线程基础

线程创建

Java 创建线程的两种方式：

1. new Thread(){}.start();
   

2. new Thread(new Runnable(){}).start();

线程生命周期

新建-就绪-运行-阻塞-死亡。

线程同步

Syncronized 关键字

1. 无论 synchronized 关键字加在方法上还是对象上，如果它作用的对象是非静态的，则它取得的锁是对象；如果 synchronized 作用的对象是一个静态方法或一个类，则它取得的锁是对类，该类所有的对象同一把锁。

2. 每个对象只有一个锁（lock）与之相关联，谁拿到这个锁谁就可以运行它所控制的那段代码。

3. 实现同步是要很大的系统开销作为代价的，甚至可能造成死锁，所以尽量避免无谓的同步控制。

线程同步手段

• AsyncTask

• runOnUiThread

• Handler

• View.post(Runnable r)

线程池

什么是线程池？

线程池是一种多线程处理形式，处理过程中将任务提交到线程池，任务的执行交由线程池来管理。 如果每个请求都创建一个线程去处理，那么服务器的资源很快就会被耗尽，使用线程池可以减少创建和销毁线程的次数，每个工作线程都可以被重复利用，可执行多个任务。 java.util.concurrent.Executors 提供了一个 java.util.concurrent.Executor 接口的实现用于创建线程池

为什么要使用线程池？

创建线程和销毁线程的花销是比较大的，这些时间有可能比处理业务的时间还要长。这样频繁的创建线程和销毁线程，再加上业务工作线程，消耗系统资源的时间，可能导致系统资源不足。（我们可以把创建和销毁的线程的过程去掉）

多线程技术主要解决处理器单元内多个线程执行的问题，它可以显著减少处理器单元的闲置时间，增加处理器单元的吞吐能力。 假设一个服务器完成一项任务所需时间为：T1 创建线程时间，T2 在线程中执行任务的时间，T3 销毁线程时间。

如果：T1 + T3 远大于 T2，则可以采用线程池，以提高服务器性能。 一个线程池包括以下四个基本组成部分：

1. 线程池管理器（ThreadPool）：用于创建并管理线程池，包括 创建线程池，销毁线程池，添加新任务；

2. 工作线程（PoolWorker）：线程池中线程，在没有任务时处于等待状态，可以循环的执行任务；

3. 任务接口（Task）：每个任务必须实现的接口，以供工作线程调度任务的执行，它主要规定了任务的入口，任务执行完后的收尾工作，任务的执行状态等；

4. 任务队列（taskQueue）：用于存放没有处理的任务。提供一种缓冲机制。

线程池有什么作用？

线程池作用就是限制系统中执行线程的数量

1. 提高效率 创建好一定数量的线程放在池中，等需要使用的时候就从池中拿一个，这要比需要的时候创建一个线程对象要快的多。

2. 方便管理 可以编写线程池管理代码对池中的线程同一进行管理，比如说启动时有该程序创建 100 个线程，每当有请求的时候，就分配一个线程去工作，如果刚好并发有 101 个请求，那多出的这一个请求可以排队等候，避免因无休止的创建线程导致系统崩溃。

线程池原理

Java 通过 Executors 提供四种线程池

• CachedThreadPool()：可缓存线程池。如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程。比较适合处理执行时间比较小的任务

• FixedThreadPool()：定长线程池。可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待。可以用于已知并发压力的情况下，对线程数做限制。

• ScheduledThreadPool()：定时线程池。支持定时及周期性任务执行。适用于需要多个后台线程执行周期任务的场景

• SingleThreadExecutor()：单线程化的线程池。它只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。可以用于需要保证顺序执行的场景，并且只有一个线程在执行

使用 ThreadPoolExecutor 自定义的线程池

阿里巴巴 Java 开发手册，明确指出不允许使用上述 Executors 静态工厂构建线程池 原因如下：线程池不允许使用 Executors 去创建，而是通过 ThreadPoolExecutor 的方式，这样的处理方式让写的同学更加明确线程池的运行规则，规避资源耗尽的风险,同时 Executors 返回的线程池对象的弊端如下：

1. FixedThreadPool 和 SingleThreadPool：允许的请求队列（底层实现是 LinkedBlockingQueue）长度为 Integer.MAX_VALUE，可能会堆积大量的请求，从而导致 OOM

2. CachedThreadPool 和 ScheduledThreadPool: 允许的创建线程数量为 Integer.MAX_VALUE，可能会创建大量的线程，从而导致 OOM。

ThreadPoolExecutor 创建

避免使用 Executors 创建线程池，主要是避免使用其中的默认实现，那么我们可以自己直接调用 ThreadPoolExecutor 的构造函数来自己创建线程池。在创建的同时，给 BlockQueue 指定容量就可以了。

  private static ExecutorService executor = new ThreadPoolExecutor(10, 10,      60L, TimeUnit.SECONDS,      new ArrayBlockingQueue(10));   

​

或者是使用开源类库：开源类库，如 apache 和 guava 等。

ThreadPoolExecutor 的执行流程

1. 线程数量未达到 corePoolSize，则新建一个线程(核心线程)执行任务。

2. 线程数量达到了 corePools，则将任务移入队列等待。

3. 队列已满，新建线程(非核心线程)执行任务。

4. 队列已满，总线程数又达到了 maximumPoolSize，就会由(RejectedExecutionHandler)抛出异常(拒绝策略)

5. 新建线程->达到核心数->加入队列->新建线程（非核心）->达到最大数->触发拒绝策略

ThreadPoolExecutor 参数说明

1. corePoolSize：核心池的大小，这个参数跟后面讲述的线程池的实现原理有非常大的关系。在创建了线程池后，默认情况下，线程池中并没有任何线程，而是等待有任务到来才创建线程去执行任务，除非调用了 prestartAllCoreThreads()或者 prestartCoreThread()方法，从这 2 个方法的名字就可以看出，是预创建线程的意思，即在没有任务到来之前就创建 corePoolSize 个线程或者一个线程。默认情况下，在创建了线程池后，线程池中的线程数为 0，当有任务来之后，就会创建一个线程去执行任务，当线程池中的线程数目达到 corePoolSize 后，就会把到达的任务放到缓存队列当中。

2. maximumPoolSize：线程池最大线程数，这个参数也是一个非常重要的参数，它表示在线程池中最多能创建多少个线程；如果当前阻塞队列满了，且继续提交任务，则创建新的线程执行任务，前提是当前线程数小于 maximumPoolSize；当阻塞队列是无界队列，则 maximumPoolSize 不起作用，因为无法提交至核心线程池的线程会一直持续地放入 workQueue(工作队列)中。

3. keepAliveTime：表示线程没有任务执行时最多保持多久时间会终止。默认情况下，只有当线程池中的线程数大于 corePoolSize 时，keepAliveTime 才会起作用，直到线程池中的线程数不大于 corePoolSize，即当线程池中线程数大于 corePoolSize 时，如果一个线程空闲的时间达到 keepAliveTime，则会终止，直到线程池中的线程数不超过 corePoolSize。但是如果调用了 allowCoreThreadTimeOut(boolean)方法，在线程池中的线程数不大于 corePoolSize 时，keepAliveTime 参数也会起作用，直到线程池中的线程数为 0。

4. allowCoreThreadTimeout：默认情况下超过 keepAliveTime 的时候，核心线程不会退出，可通过将该参数设置为 true，让核心线程也退出。

5. unit：可以指定 keepAliveTime 的时间单位。

6. workQueue

• ArrayBlockingQueue 是一个基于数组结构的有界阻塞队列，此队列按 FIFO（先进先出）原则对元素进行排序。需要指定队列大小。

• LinkedBlockingQueue 若指定大小则和 ArrayBlockingQueue 类似，若不指定大小则默认能存储 Integer.MAX_VALUE 个任务，相当于无界队列，此时 maximumPoolSize 值其实是无意义的。此队列按 FIFO （先进先出） 排序元素，吞吐量通常要高于 ArrayBlockingQueue。静态工厂方法 Executors.newFixedThreadPool()使用了这个队列

• SynchronousQueue 同步阻塞队列，当有任务添加进来后，必须有线程从队列中取出，当前线程才会被释放，newCachedThreadPool 就使用这种队列。

• PriorityBlockingQueue 一个具有优先级的无限阻塞队列。

• RejectedExecutionHandler：线程数和队列都满的情况下，线程池会执行的拒绝策略，有四个(也可以使用自定义的策略)。

• AbortPolicy：不执行新任务，直接抛出异常，提示线程池已满，线程池默认策略。

• DiscardPolicy：不执行新任务，也不抛出异常，基本上为静默模式。

• DisCardOldSetPolicy：将消息队列中的第一个任务替换为当前新进来的任务执行。

• CallerRunPolicy：拒绝新任务进入，如果该线程池还没被关闭，那么这个新的任务在执行线程中被调用。

• Executors 和 ThreadPoolExecutor 创建线程的区别

如何向线程池中提交任务

可以通过 execute()或 submit()两个方法向线程池提交任务。

• execute()方法没有返回值，所以无法判断任务知否被线程池执行成功。

• submit()方法返回一个 future,那么我们可以通过这个 future 来判断任务是否执行成功，通过 future 的 get 方法来获取返回值。

如何关闭线程池

可以通过 shutdown()或 shutdownNow()方法来关闭线程池。

• shutdown 的原理是只是将线程池的状态设置成 SHUTDOWN 状态，然后中断所有没有正在执行任务的线程。

• shutdownNow 的原理是遍历线程池中的工作线程，然后逐个调用线程的 interrupt 方法来中断线程，所以无法响应中断的任务可能永远无法终止。shutdownNow 会首先将线程池的状态设置成 STOP，然后尝试停止所有的正在执行或暂停任务的线程，并返回等待执行任务的列表。

初始化线程池时线程数的选择

• 如果任务是 IO 密集型，一般线程数需要设置 2 倍 CPU 数以上，以此来尽量利用 CPU 资源。

• 如果任务是 CPU 密集型，一般线程数量只需要设置 CPU 数加 1 即可，更多的线程数也只能增加上下文切换，不能增加 CPU 利用率。

上述只是一个基本思想，如果真的需要精确的控制，还是需要上线以后观察线程池中线程数量跟队列的情况来定。

线程优先级

Linux 中，使用 nice value（以下成为 nice 值）来设定一个进程的优先级，系统任务调度器根据 nice 值合理安排调度。

nice 的取值范围为-20 到 19。 通常情况下，nice 的默认值为 0。视具体操作系统而定。 nice 的值越大，进程的优先级就越低，获得 CPU 调用的机会越少，nice 值越小，进程的优先级则越高，获得 CPU 调用的机会越多。 一个 nice 值为-20 的进程优先级最高，nice 值为 19 的进程优先级最低。 父进程 fork 出来的子进程 nice 值与父进程相同。父进程 renice，子进程 nice 值不会随之改变。

由于 Android 基于 Linux Kernel，在 Android 中也存在 nice 值。但是一般情况下我们无法控制，原因如下：

Android 系统并不像其他 Linux 发行版那样便捷地使用 nice 命令操作。 renice 需要 root 权限，一般应用无法实现。

Android 中的线程优先级别目前规定了如下，了解了进程优先级与 nice 值的关系，那么线程优先级与值之间的关系也就更加容易理解。

• THREAD_PRIORITY_DEFAULT，默认的线程优先级，值为 0。

• THREAD_PRIORITY_LOWEST，最低的线程级别，值为 19。

• THREAD_PRIORITY_BACKGROUND 后台线程建议设置这个优先级，值为 10。

• THREAD_PRIORITY_FOREGROUND 用户正在交互的 UI 线程，代码中无法设置该优先级，系统会按照情况调整到该优先级，值为-2。

• THREAD_PRIORITY_DISPLAY 也是与 UI 交互相关的优先级界别，但是要比 THREAD_PRIORITY_FOREGROUND 优先，代码中无法设置，由系统按照情况调整，值为-4。

• THREAD_PRIORITY_URGENT_DISPLAY 显示线程的最高级别，用来处理绘制画面和检索输入事件，代码中无法设置成该优先级。值为-8。 THREAD_PRIORITY_AUDIO 声音线程的标准级别，代码中无法设置为该优先级，值为 -16。

• THREAD_PRIORITY_URGENT_AUDIO 声音线程的最高级别，优先程度较 THREAD_PRIORITY_AUDIO 要高。代码中无法设置为该优先级。值为-19。

• THREAD_PRIORITY_MORE_FAVORABLE 相对 THREAD_PRIORITY_DEFAULT 稍微优先，值为-1。

• THREAD_PRIORITY_LESS_FAVORABLE 相对 THREAD_PRIORITY_DEFAULT 稍微落后一些，值为 1。

使用 Android API 为线程设置优先级也很简单，只需要在线程执行时调用 android.os.Process.setThreadPriority 方法即可。这种在线程运行时进行修改优先级，效果类似 renice。

Android 应用程序包含线程

我们创建一个只有一个页面一个按钮的 android 应用，启动时会产生几个线程呢？这些线程分别是做什么？

我们可以想到的有：

• 主线程

• 6.0 开始有了渲染线程

• gc 线程 回收守护线程, 回收监控线程

• binder 线程池 4 个线程

• JVM agent *2

看看通过 AndroidStudio profile 看到的：

像 Profile Saver 猜测是性能检测工具注入的。其它的我们可以带着问题从 framework 中寻找。

之前做电视项目的时候遇到了录音丢帧问题，最后定位到是因为 CPU 打满，录音线程被阻塞引起。为了解决问题首先想到的是提升录音线程优先级，但是不管调用 Android 哪个录音 API 系统都会为应用分配一个 AudioRecorder 线程，我们无法修改这个线程的优先级，而且 AudioRecorder 线程本身优先级就是-19，已经很高了。所以后续的优化思路只能是整个 APP 层面性能优化。

线程注意事项

我们不管是在写代码还是阅读别人代码时，要经常思考所看的方法是运行在哪个线程，避免多线程并发引起的问题。在我们做架构设计或者 SDK 设计时要考虑对外暴露的接口的线程安全性。

总结

本文总结了线程的基础知识，以及线程池，线程优先级相关的东西，并且介绍了一个最简单 APP 所包含的线程及作用。