Android執行緒思考

在編程中我們經常遇到多執行緒相關的問題，記得剛作業的時候對執行緒沒有太多概念，只知道new Thread()run函式中是新的執行緒，函式多呼叫幾層，特別是一些別人的回呼函式中，就忽略了執行緒引起的并發問題，產生了并發修改例外的崩潰，今天總結一些執行緒相關的知識，

執行緒基礎

執行緒創建

Java創建執行緒的兩種方式：

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

執行緒生命周期

新建-就緒-運行-阻塞-死亡，

執行緒同步

Syncronized關鍵字

1. 無論synchronized關鍵字加在方法上還是物件上，如果它作用的物件是非靜態的，則它取得的鎖是物件；如果synchronized作用的物件是一個靜態方法或一個類，則它取得的鎖是對類，該類所有的物件同一把鎖，
2. 每個物件只有一個鎖（lock）與之相關聯，誰拿到這個鎖誰就可以運行它所控制的那段代碼，
3. 實作同步是要很大的系統開銷作為代價的，甚至可能造成死鎖，所以盡量避免無謂的同步控制，

執行緒同步手段

• AsyncTask

• runOnUiThread

• Handler

• View.post(Runnable r)

執行緒池

什么是執行緒池？

執行緒池是一種多執行緒處理形式，處理程序中將任務提交到執行緒池，任務的執行交由執行緒池來管理， 如果每個請求都創建一個執行緒去處理，那么服務器的資源很快就會被耗盡，使用執行緒池可以減少創建和銷毀執行緒的次數，每個作業執行緒都可以被重復利用，可執行多個任務， java.util.concurrent.Executors提供了一個 java.util.concurrent.Executor介面的實作用于創建執行緒池

為什么要使用執行緒池？

創建執行緒和銷毀執行緒的花銷是比較大的，這些時間有可能比處理業務的時間還要長，這樣頻繁的創建執行緒和銷毀執行緒，再加上業務作業執行緒，消耗系統資源的時間，可能導致系統資源不足，（我們可以把創建和銷毀的執行緒的程序去掉）

多執行緒技術主要解決處理器單元內多個執行緒執行的問題，它可以顯著減少處理器單元的閑置時間，增加處理器單元的吞吐能力， 假設一個服務器完成一項任務所需時間為：T1 創建執行緒時間，T2 在執行緒中執行任務的時間，T3 銷毀執行緒時間，

如果：T1 + T3 遠大于 T2，則可以采用執行緒池，以提高服務器性能， 一個執行緒池包括以下四個基本組成部分：

1. 執行緒池管理器（ThreadPool）：用于創建并管理執行緒池，包括 創建執行緒池，銷毀執行緒池，添加新任務；
2. 作業執行緒（PoolWorker）：執行緒池中執行緒，在沒有任務時處于等待狀態，可以回圈的執行任務；
3. 任務介面（Task）：每個任務必須實作的介面，以供作業執行緒調度任務的執行，它主要規定了任務的入口，任務執行完后的收尾作業，任務的執行狀態等；
4. 任務佇列（taskQueue）：用于存放沒有處理的任務，提供一種緩沖機制，

執行緒池有什么作用？

執行緒池作用就是限制系統中執行執行緒的數量

1. 提高效率 創建好一定數量的執行緒放在池中，等需要使用的時候就從池中拿一個，這要比需要的時候創建一個執行緒物件要快的多，
2. 方便管理 可以撰寫執行緒池管理代碼對池中的執行緒同一進行管理，比如說啟動時有該程式創建100個執行緒，每當有請求的時候，就分配一個執行緒去作業，如果剛好并發有101個請求，那多出的這一個請求可以排隊等候，避免因無休止的創建執行緒導致系統崩潰，

執行緒池原理

Java通過Executors提供四種執行緒池

• CachedThreadPool()：可快取執行緒池，如果執行緒池長度超過處理需要，可靈活回收空閑執行緒，若無可回收，則新建執行緒，比較適合處理執行時間比較小的任務
• FixedThreadPool()：定長執行緒池，可控制執行緒最大并發數，超出的執行緒會在佇列中等待，可以用于已知并發壓力的情況下，對執行緒數做限制，
• ScheduledThreadPool()：定時執行緒池，支持定時及周期性任務執行，適用于需要多個后臺執行緒執行周期任務的場景
• SingleThreadExecutor()：單執行緒化的執行緒池，它只會用唯一的作業執行緒來執行任務，保證所有任務按照指定順序(FIFO, LIFO, 優先級)執行，可以用于需要保證順序執行的場景，并且只有一個執行緒在執行

使用ThreadPoolExecutor自定義的執行緒池

阿里巴巴Java開發手冊，明確指出不允許使用上述Executors靜態工廠構建執行緒池 原因如下：執行緒池不允許使用Executors去創建，而是通過ThreadPoolExecutor的方式，這樣的處理方式讓寫的同學更加明確執行緒池的運行規則，規避資源耗盡的風險,同時Executors回傳的執行緒池物件的弊端如下：

1. FixedThreadPool 和 SingleThreadPool：允許的請求佇列（底層實作是LinkedBlockingQueue）長度為Integer.MAX_VALUE，可能會堆積大量的請求，從而導致OOM
2. CachedThreadPool 和 ScheduledThreadPool: 允許的創建執行緒數量為Integer.MAX_VALUE，可能會創建大量的執行緒，從而導致OOM，

ThreadPoolExecutor創建

避免使用Executors創建執行緒池，主要是避免使用其中的默認實作，那么我們可以自己直接呼叫ThreadPoolExecutor的建構式來自己創建執行緒池，在創建的同時，給BlockQueue指定容量就可以了，

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

?

或者是使用開源類別庫：開源類別庫，如apache和guava等，

ThreadPoolExecutor的執行流程

1. 執行緒數量未達到corePoolSize，則新建一個執行緒(核心執行緒)執行任務，
2. 執行緒數量達到了corePools，則將任務移入佇列等待，
3. 佇列已滿，新建執行緒(非核心執行緒)執行任務，
4. 佇列已滿，總執行緒數又達到了maximumPoolSize，就會由(RejectedExecutionHandler)拋出例外(拒絕策略)
5. 新建執行緒->達到核心數->加入佇列->新建執行緒（非核心）->達到最大數->觸發拒絕策略

ThreadPoolExecutor引數說明

1. corePoolSize：核心池的大小，這個引數跟后面講述的執行緒池的實作原理有非常大的關系，在創建了執行緒池后，默認情況下，執行緒池中并沒有任何執行緒，而是等待有任務到來才創建執行緒去執行任務，除非呼叫了prestartAllCoreThreads()或者prestartCoreThread()方法，從這2個方法的名字就可以看出，是預創建執行緒的意思，即在沒有任務到來之前就創建corePoolSize個執行緒或者一個執行緒，默認情況下，在創建了執行緒池后，執行緒池中的執行緒數為0，當有任務來之后，就會創建一個執行緒去執行任務，當執行緒池中的執行緒數目達到corePoolSize后，就會把到達的任務放到快取佇列當中，
2. maximumPoolSize：執行緒池最大執行緒數，這個引數也是一個非常重要的引數，它表示在執行緒池中最多能創建多少個執行緒；如果當前阻塞佇列滿了，且繼續提交任務，則創建新的執行緒執行任務，前提是當前執行緒數小于maximumPoolSize；當阻塞佇列是無界佇列，則maximumPoolSize不起作用，因為無法提交至核心執行緒池的執行緒會一直持續地放入workQueue(作業佇列)中，
3. keepAliveTime：表示執行緒沒有任務執行時最多保持多久時間會終止，默認情況下，只有當執行緒池中的執行緒數大于corePoolSize時，keepAliveTime才會起作用，直到執行緒池中的執行緒數不大于corePoolSize，即當執行緒池中執行緒數大于corePoolSize時，如果一個執行緒空閑的時間達到keepAliveTime，則會終止，直到執行緒池中的執行緒數不超過corePoolSize，但是如果呼叫了allowCoreThreadTimeOut(boolean)方法，在執行緒池中的執行緒數不大于corePoolSize時，keepAliveTime引數也會起作用，直到執行緒池中的執行緒數為0，
4. allowCoreThreadTimeout：默認情況下超過keepAliveTime的時候，核心執行緒不會退出，可通過將該引數設定為true，讓核心執行緒也退出，
5. unit：可以指定keepAliveTime的時間單位，
6. workQueue

• • ArrayBlockingQueue 是一個基于陣列結構的有界阻塞佇列，此佇列按 FIFO（先進先出）原則對元素進行排序，需要指定佇列大小，
  • LinkedBlockingQueue若指定大小則和ArrayBlockingQueue類似，若不指定大小則默認能存盤Integer.MAX_VALUE個任務，相當于無界佇列，此時maximumPoolSize值其實是無意義的，此佇列按FIFO （先進先出） 排序元素，吞吐量通常要高于ArrayBlockingQueue，靜態工廠方法Executors.newFixedThreadPool()使用了這個佇列
  • SynchronousQueue同步阻塞佇列，當有任務添加進來后，必須有執行緒從佇列中取出，當前執行緒才會被釋放，newCachedThreadPool就使用這種佇列，
  • PriorityBlockingQueue 一個具有優先級的無限阻塞佇列，
  • RejectedExecutionHandler：執行緒數和佇列都滿的情況下，執行緒池會執行的拒絕策略，有四個(也可以使用自定義的策略)，
• • AbortPolicy：不執行新任務，直接拋出例外，提示執行緒池已滿，執行緒池默認策略，
  • DiscardPolicy：不執行新任務，也不拋出例外，基本上為靜默模式，
  • DisCardOldSetPolicy：將訊息佇列中的第一個任務替換為當前新進來的任務執行，
  • CallerRunPolicy：拒絕新任務進入，如果該執行緒池還沒被關閉，那么這個新的任務在執行執行緒中被呼叫，
  • Executors和ThreadPoolExecutor創建執行緒的區別

如何向執行緒池中提交任務

可以通過execute()或submit()兩個方法向執行緒池提交任務，

• execute()方法沒有回傳值，所以無法判斷任務知否被執行緒池執行成功，
• submit()方法回傳一個future,那么我們可以通過這個future來判斷任務是否執行成功，通過future的get方法來獲取回傳值，

如何關閉執行緒池

可以通過shutdown()或shutdownNow()方法來關閉執行緒池，

• shutdown的原理是只是將執行緒池的狀態設定成SHUTDOWN狀態，然后中斷所有沒有正在執行任務的執行緒，
• shutdownNow的原理是遍歷執行緒池中的作業執行緒，然后逐個呼叫執行緒的interrupt方法來中斷執行緒，所以無法回應中斷的任務可能永遠無法終止，shutdownNow會首先將執行緒池的狀態設定成STOP，然后嘗試停止所有的正在執行或暫停任務的執行緒，并回傳等待執行任務的串列，

初始化執行緒池時執行緒數的選擇

• 如果任務是IO密集型，一般執行緒數需要設定2倍CPU數以上，以此來盡量利用CPU資源，
• 如果任務是CPU密集型，一般執行緒數量只需要設定CPU數加1即可，更多的執行緒數也只能增加背景關系切換，不能增加CPU利用率，

上述只是一個基本思想，如果真的需要精確的控制，還是需要上線以后觀察執行緒池中執行緒數量跟佇列的情況來定，

執行緒優先級

Linux中，使用nice value（以下成為nice值）來設定一個行程的優先級，系統任務調度器根據nice值合理安排調度，

nice的取值范圍為-20到19， 通常情況下，nice的默認值為0，視具體作業系統而定， nice的值越大，行程的優先級就越低，獲得CPU呼叫的機會越少，nice值越小，行程的優先級則越高，獲得CPU呼叫的機會越多， 一個nice值為-20的行程優先級最高，nice值為19的行程優先級最低， 父行程fork出來的子行程nice值與父行程相同，父行程renice，子行程nice值不會隨之改變，

由于Android基于Linux Kernel，在Android中也存在nice值，但是一般情況下我們無法控制，原因如下：

Android系統并不像其他Linux發行版那樣便捷地使用nice命令操作， renice需要root權限，一般應用無法實作，

Android中的執行緒優先級別目前規定了如下，了解了行程優先級與nice值的關系，那么執行緒優先級與值之間的關系也就更加容易理解，

• THREAD_PRIORITY_DEFAULT，默認的執行緒優先級，值為0，
• THREAD_PRIORITY_LOWEST，最低的執行緒級別，值為19，
• THREAD_PRIORITY_BACKGROUND 后臺執行緒建議設定這個優先級，值為10，
• THREAD_PRIORITY_FOREGROUND 用戶正在互動的UI執行緒，代碼中無法設定該優先級，系統會按照情況調整到該優先級，值為-2，
• THREAD_PRIORITY_DISPLAY 也是與UI互動相關的優先級界別，但是要比THREAD_PRIORITY_FOREGROUND優先，代碼中無法設定，由系統按照情況調整，值為-4，
• THREAD_PRIORITY_URGENT_DISPLAY 顯示執行緒的最高級別，用來處理繪制畫面和檢索輸入事件，代碼中無法設定成該優先級，值為-8， THREAD_PRIORITY_AUDIO 聲音執行緒的標準級別，代碼中無法設定為該優先級，值為 -16，
• THREAD_PRIORITY_URGENT_AUDIO 聲音執行緒的最高級別，優先程度較THREAD_PRIORITY_AUDIO要高，代碼中無法設定為該優先級，值為-19，
• THREAD_PRIORITY_MORE_FAVORABLE 相對THREAD_PRIORITY_DEFAULT稍微優先，值為-1，
• THREAD_PRIORITY_LESS_FAVORABLE 相對THREAD_PRIORITY_DEFAULT稍微落后一些，值為1，

使用Android API為執行緒設定優先級也很簡單，只需要在執行緒執行時呼叫android.os.Process.setThreadPriority方法即可，這種在執行緒運行時進行修改優先級，效果類似renice，

Android應用程式包含執行緒

我們創建一個只有一個頁面一個按鈕的android應用，啟動時會產生幾個執行緒呢？這些執行緒分別是做什么？

我們可以想到的有：

• 主執行緒

• 6.0開始有了渲染執行緒

• gc執行緒 回收守護執行緒, 回收監控執行緒

• binder執行緒池 4個執行緒

• JVM agent *2

看看通過AndroidStudio profile看到的：

像Profile Saver猜測是性能檢測工具注入的，其它的我們可以帶著問題從framework中尋找，

之前做電視專案的時候遇到了錄音丟幀問題，最后定位到是因為CPU打滿，錄音執行緒被阻塞引起，為了解決問題首先想到的是提升錄音執行緒優先級，但是不管呼叫Android哪個錄音API系統都會為應用分配一個AudioRecorder執行緒，我們無法修改這個執行緒的優先級，而且AudioRecorder執行緒本身優先級就是-19，已經很高了，所以后續的優化思路只能是整個APP層面性能優化，

執行緒注意事項

我們不管是在寫代碼還是閱讀別人代碼時，要經常思考所看的方法是運行在哪個執行緒，避免多執行緒并發引起的問題，在我們做架構設計或者SDK設計時要考慮對外暴露的介面的執行緒安全性，

總結

本文總結了執行緒的基礎知識，以及執行緒池，執行緒優先級相關的東西，并且介紹了一個最簡單APP所包含的執行緒及作用，