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    浅谈Android中多线程切换的几种方法

    本篇文章主要介绍了浅谈Android中多线程切换的几种方法,小编觉得挺不错的,现在分享给大家,也给大家做个参考。一起跟随小编过来看看吧

    我们知道,多线程是Android开发中必现的场景,很多原生API和开源项目都有多线程的内容,这里简单总结和探讨一下常见的多线程切换方式。

    我们先回顾一下Java多线程的几个基础内容,然后再分析总结一些经典代码中对于线程切换的实现方式。

    几点基础

    多线程切换,大概可以切分为这样几个内容:如何开启多个线程,如何定义每个线程的任务,如何在线程之间互相通信。

    Thread

    Thread可以解决开启多个线程的问题。

    Thread是Java中实现多线程的线程类,每个Thread对象都可以启动一个新的线程,注意是可以启动,也可以不启动新线程:

     thread.run();//不启动新线程,在当前线程执行 thread.start();//启动新线程。

    另外就是Thread存在线程优先级问题,如果为Thread设置较高的线程优先级,就有机会获得更多的CPU资源,注意这里也是有机会,优先级高的Thread不是必然会先于其他Thread执行,只是系统会倾向于给它分配更多的CPU。

    默认情况下,新建的Thread和当前Thread的线程优先级一致。

    设置线程优先级有两种方式:

     thread.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);//1~10,通过线程设置 Process.setThreadPriority(Process.THREAD_PRIORITY_BACKGROUND);//-20~19,通过进程设置

    这两种设置方式是相对独立的,在Android中,一般建议通过Process进程设置优先级。

    ThreadPool

    Thread本身是需要占用内存的,开启/销毁过量的工作线程会造成过量的资源损耗,这种场景我们一般会通过对资源的复用来进行优化,针对IO资源我们会做IO复用(例如Http的KeepAlive),针对内存我们会做内存池复用(例如Fresco的内存池),针对CPU资源,我们一般会做线程复用,也就是线程池。

    所以,在Android开发中,一般不会直接开启大量的Thread,而是会使用ThreadPool来复用线程。

    Runnable

    Runnable主要解决如何定义每个线程的工作任务的问题。
    Runnable是Java中实现多线程的接口,相对Thread而言,Runnable接口更容易扩展(不需要单继承),而且,Thread本身也是一种Runnable:

     public class Thread implements Runnable {

    相比Thread而言,Runnable不关注如何调度线程,只关心如何定义要执行的工作任务,所以在实际开发中,多使用Runnable接口完成多线程开发。

    Callable

    Callable和Runnable基本类似,但是Callable可以返回执行结果。

    线程间通信

    Thread和Runnable能实现切换到另一个线程工作(Runnable需要额外指派工作线程),但它们完成任务后就会退出,并不注重如何在线程间实现通信,所以切换线程时,还需要在线程间通信,这就需要一些线程间通信机制。

    Future

    一般来说,如果要做简单的通信,我们最常用的是通过接口回调来实现。

    Future就是这样一种接口,它可以部分地解决线程通信的问题,Future接口定义了done、canceled等回调函数,当工作线程的任务完成时,它会(在工作线程中)通过回调告知我们,我们再采用其他手段通知其他线程。

     mFuture = new FutureTask(runnable) { @Override protected void done() { ...//还是在工作线程里 } }; 

    Condition

    Condition其实是和Lock一起使用的,但如果把它视为一种线程间通信的工具,也说的通。

    因为,Condition本身定位就是一种多线程间协调通信的工具,Condition可以在某些条件下,唤醒等待线程。

     Lock lock = new ReentrantLock(); Condition notFull = lock.newCondition(); //定义Lock的Condition ... while (count == items.length) notFull.await();//等待condition的状态 ... notFull.signal();//达到condition的状态

    Handler

    其实,最完整的线程间通信机制,也是我们最熟悉的线程间通信机制,莫过于Handler通信机制,Handler利用线程封闭的ThreadLocal维持一个消息队列,Handler的核心是通过这个消息队列来传递Message,从而实现线程间通信。

    AsyncTask的多线程切换

    回顾完多线程的几个基础概念,先来看看简单的多线程切换,Android自带的AsyncTask。

    AsyncTask主要在doInBackground函数中定义工作线程的工作内容,在其他函数中定义主线程的工作内容,例如

    onPostExecute,这里面必然涉及两个问题:
    1.如何实现把doInBackground抛给工作线程
    2.如何实现把onPostExecute抛给主线程

    其实非常简单,我们先看第一个

    1.如何实现把doInBackground抛给工作线程

    在使用AsyncTask时,我们一般会创建一个基于AsyncTask的扩展类或匿名类,在其中实现几个抽象函数,例如:

     private class MyTask extends AsyncTask { @Override protected void onPreExecute() {... } @Override protected Long doInBackground(String... params) {... } @Override protected void onProgressUpdate(Object... values) {... } @Override protected void onPostExecute(Long aLong) {... } @Override protected void onCancelled() {... } 

    然后,我们会实例化这个AsyncTask:

     MyTask mTask = new MyTask();

    在AsyncTask源码中,我们看到,构造函数里会创建一个WorkerRunnable:

     public AsyncTask() { mWorker = new WorkerRunnable() {//这是一个Callable public Result call() throws Exception { ... result = doInBackground(mParams);//在工作线程中执行 ...

    WorkerRunnable实际上是一个Callable对象,所以,doInBackground是被包在一个Callable对象中了,这个Callable还会被继续包装,最终被交给一个线程池去执行:

     Runnable mActive; ... if ((mActive = mTasks.poll()) != null) { THREAD_POOL_EXECUTOR.execute(mActive);//交给线程池执行 }

    梳理一下,大致过程为:

    定义doInBackground-->被一个Callable调用-->层层包为一个Runnable-->交给线程池执行。

    这样就解决了第一个问题,如何实现把doInBackground抛给工作线程。

    我们再来看第二个问题。

    2.如何实现把onPostExecute抛给主线程

    首先,我们要知道工作任务何时执行完毕,就需要在工作完成时触发一个接口回调,也就是前面说过的Future,还是看AsyncTask源码:

     public AsyncTask() { mWorker = new WorkerRunnable() { public Result call() throws Exception { ... }; mFuture = new FutureTask(mWorker) { @Override protected void done() {//Future的回调 try { postResultIfNotInvoked(get());//get()是FutureTask接口函数 ... } }; } 

    这样,我们就知道可以处理onPostExecute函数了,但是,我们还需要把它抛给主线程,主要源码如下:

     //mWorker、mFuture和都会指向postResult函数 private Result postResult(Result result) { @SuppressWarnings("unchecked") Message message = getHandler().obtainMessage(MESSAGE_POST_RESULT, new AsyncTaskResult(this, result)); message.sendToTarget(); return result; } //getHandler()会指向InternalHandler private static class InternalHandler extends Handler { public InternalHandler() { super(Looper.getMainLooper());//指向MainLooper } @SuppressWarnings({"unchecked", "RawUseOfParameterizedType"}) @Override public void handleMessage(Message msg) { AsyncTaskResult result = (AsyncTaskResult) msg.obj; switch (msg.what) { case MESSAGE_POST_RESULT: // There is only one result result.mTask.finish(result.mData[0]);//通过handler机制,回到主线程,调用finish函数 ... } //在Handler中,最终会在主线程中调用finish private void finish(Result result) { if (isCancelled()) { onCancelled(result); } else { onPostExecute(result);//调用onPostExecute接口函数 } mStatus = Status.FINISHED; }

    从源码可以看到,其实AsyncTask还是通过Handler机制,把任务抛给了主线程。

    总体来说,AsyncTask的多线程任务是通过线程池实现的工作线程,在完成任务后利用Future的done回调来通知任务完成,并通过handler机制通知主线程去执行onPostExecute等回调函数。

    EventBus的多线程切换

    EventBus会为每个订阅事件注册一个目标线程,所以需要从发布事件的线程中,根据注册信息,实时切换到目标线程中,所以,这是个很典型的多线程切换场景。
    根据EventBus源码,多线程切换的主要判断代码如下:

     switch (subscription.subscriberMethod.threadMode) { case POSTING: invokeSubscriber(subscription, event);//直接在当前线程执行 break; case MAIN: if (isMainThread) { invokeSubscriber(subscription, event);//在当前主线程执行 } else { mainThreadPoster.enqueue(subscription, event);//当然不是主线程,交给主线程执行 } break; case BACKGROUND: if (isMainThread) { backgroundPoster.enqueue(subscription, event);//当前线程为主线程,交给工作线程 } else { invokeSubscriber(subscription, event);//直接在当前工作线程执行 } break; case ASYNC: asyncPoster.enqueue(subscription, event);//异步执行 break; default: throw new IllegalStateException("Unknown thread mode: " + subscription.subscriberMethod.threadMode); } 

    所以,在EventBus里,如果需要做线程间切换,主要是抛给不同的任务队列,实现线程间切换。

    从任务队列判断,切换目标包括主线程Poster、backgroundPoster和asyncPoster这样三种。

    我们先看任务队列的设计:

    任务队列

    因为EventBus不能判断有哪些任务会并行,所以它采用了队列的设计,多线程任务(EventBus的事件)会先进入队列,然后再处理队列中的工作任务,这是典型的生产--消费场景。
    主线程Poster、backgroundPoster和asyncPoster都是任务队列的不同实现。

    主线程Poster

    负责处理主线程的mainThreadPoster是Handler的子类:

     final class HandlerPoster extends Handler { ... void enqueue(Subscription subscription, Object event) { ... synchronized (this) {//因为主线程只有一个,需要线程安全 queue.enqueue(pendingPost); ... if (!sendMessage(obtainMessage())) {//作为handler发送消息 ... //在主线程中处理消息 @Override public void handleMessage(Message msg) { ... } 

    从源码可以看出,这个Poster其实是一个Handler,它采用了哪个线程的消息队列,就决定了它能和哪个线程通信,我们确认一下:

     EventBus(EventBusBuilder builder) { ... mainThreadPoster = new HandlerPoster(this, Looper.getMainLooper(), 10);//获取主线程的MainLooper

    所以,EventBus是扩展了一个Handler,作为主线程的Handler,通过Handler消息机制实现的多线程切换。

    当然,这个Handler本事,又多了一层queue。

    backgroundPoster和asyncPoster

    backgroundPoster和asyncPoster其实都是使用了EventBus的线程池,默认是个缓存线程池:

     private final static ExecutorService DEFAULT_EXECUTOR_SERVICE = Executors.newCachedThreadPool();

    所以,backgroundPoster和asyncPoster都是把任务交给线程池处理,这样实现的多线程切换。

    不过,backgroundPoster和asyncPoster也有一些不同,我们知道,在newCachedThreadPool中,最大线程数就是Integer的最大值,相当于不设上限,所以可以尽可能多的启动线程,asyncPoster就是这样做的,enqueu和run都没做同步,为每个事件单独开启新线程处理。

    而在backgroundPoster中,可以尽量复用线程,主要方法是在run的时候,做个1秒的等待:

     @Override public void run() { ... PendingPost pendingPost = queue.poll(1000);//允许等待1秒

    因为做了这一秒的挂起等待,在enqueue和run时,都需要用synchronized (this) 来确保线程安全。

    另外,其实这里面还有个很重要的用法,就是Executors.newCachedThreadPool()中的SynchronousQueue:

     public static ExecutorService newCachedThreadPool() { return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE, 60L, TimeUnit.SECONDS, new SynchronousQueue());//用于辅助线程切换的阻塞队列 }

    这个SynchronousQueue,在OkHttp中也使用了:

     //okhttp3.Dispatcher源码 public synchronized ExecutorService executorService() { if (executorService == null) { executorService = new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE, 60, TimeUnit.SECONDS, new SynchronousQueue(), Util.threadFactory("OkHttp Dispatcher", false));//用于辅助线程切换的阻塞队列 } return executorService; }

    SynchronousQueue与普通队列不同,不是数据等线程,而是线程等数据,这样每次向SynchronousQueue里传入数据时,都会立即交给一个线程执行,这样可以提高数据得到处理的速度。

    总的来看,EventBus还是采用线程池实现工作线程,采用handler机制通知到主线程。不同在于,它采用的queue的队列方式来管理所有的跨线程请求,而且它利用了SynchronousQueue阻塞队列来辅助实现线程切换。

    RxJava的多线程切换

    其实在多线程管理这方面,RxJava的线程管理能力是非常令人赞叹的。
    RxJava的主要概念是工作流,它可以把一序列工作流定义在一个线程类型上:

     myWorkFlow.getActResponse(myParam) .subscribeOn(Schedulers.io())//指定线程 .xxx//其他操作

    这个构建工作流的过程其实挺复杂的,不过如果我们只看线程操作这部分,其实流程非常清晰,我们追踪一下subscribeOn的源码(RxJava2):

     //进入subscribeOn public final Flowable subscribeOn(@NonNull Scheduler scheduler) { ObjectHelper.requireNonNull(scheduler, "scheduler is null"); return subscribeOn(scheduler, !(this instanceof FlowableCreate)); } //继续进入subscribeOn public final Flowable subscribeOn(@NonNull Scheduler scheduler, boolean requestOn) { ObjectHelper.requireNonNull(scheduler, "scheduler is null"); return RxJavaPlugins.onAssembly(new FlowableSubscribeOn(this, scheduler, requestOn)); }

    然后,进入FlowableSubscribeOn类

     //进入FlowableSubscribeOn类 public FlowableSubscribeOn(Flowable source, Scheduler scheduler, boolean nonScheduledRequests) { ... this.scheduler = scheduler; ... } @Override public void subscribeActual(final Subscriber s) { Scheduler.Worker w = scheduler.createWorker();//根据参数值,如Schedulers.io()创建worker final SubscribeOnSubscriber sos = new SubscribeOnSubscriber(s, w, source, nonScheduledRequests);//根据worker创建SubscribeOnSubscriber s.onSubscribe(sos); w.schedule(sos); } 

    这个SubscribeOnSubscriber是个内部类:

     SubscribeOnSubscriber(Subscriber actual, Scheduler.Worker worker, Publisher source, boolean requestOn) { ... this.worker = worker; ... } ... void requestUpstream(final long n, final Subscription s) { ... worker.schedule(new Request(s, n));//worker会安排如何执行runnable(Request是一个runnable) ... }

    而这个worker,其实就是我们输入的线程参数,如Schedulers.io(),这个io是这样定义的:

     //io.reactivex.schedulers.Schedulers源码 static { SINGLE = RxJavaPlugins.initSingleScheduler(new SingleTask()); COMPUTATION = RxJavaPlugins.initComputationScheduler(new ComputationTask()); IO = RxJavaPlugins.initIoScheduler(new IOTask()); TRAMPOLINE = TrampolineScheduler.instance(); NEW_THREAD = RxJavaPlugins.initNewThreadScheduler(new NewThreadTask()); } ... static final class IOTask implements Callable { @Override public Scheduler call() throws Exception { return IoHolder.DEFAULT; } } static final class NewThreadTask implements Callable { @Override public Scheduler call() throws Exception { return NewThreadHolder.DEFAULT; } } static final class SingleTask implements Callable { @Override public Scheduler call() throws Exception { return SingleHolder.DEFAULT; } } static final class ComputationTask implements Callable { @Override public Scheduler call() throws Exception { return ComputationHolder.DEFAULT; } } ... static final class SingleHolder { static final Scheduler DEFAULT = new SingleScheduler(); } static final class ComputationHolder { static final Scheduler DEFAULT = new ComputationScheduler(); } static final class IoHolder { static final Scheduler DEFAULT = new IoScheduler(); } static final class NewThreadHolder { static final Scheduler DEFAULT = new NewThreadScheduler(); } 

    这里的IO,最终会指向一个Scheduler,如IoScheduler:

     //io.reactivex.internal.schedulers.IoScheduler源码 ... static final class EventLoopWorker extends Scheduler.Worker {//Scheduler.Worker的实现类 ... @NonNull @Override public Disposable schedule(@NonNull Runnable action, long delayTime, @NonNull TimeUnit unit) { if (tasks.isDisposed()) { // don't schedule, we are unsubscribed return EmptyDisposable.INSTANCE; } return threadWorker.scheduleActual(action, delayTime, unit, tasks);//交给线程池 } 

    这样,Scheculer中的具体任务就交给了某个线程池来处理。

    需要特别说明的是,RxJava中调用Android主线程(AndroidSchedulers.mainThread),其实还是使用了Handler机制:

     public final class AndroidSchedulers { ... static final Scheduler DEFAULT = new HandlerScheduler(new Handler(Looper.getMainLooper())); 

    这个HandlerScheduler其实就是实现了Scheduler和Scheduler.Worker内部类。

     ・・・ final class HandlerScheduler extends Scheduler { private final Handler handler; HandlerScheduler(Handler handler) { this.handler = handler; } private static final class HandlerWorker extends Worker { ... @Override public Disposable schedule(Runnable run, long delay, TimeUnit unit) { ... handler.sendMessageDelayed(message, Math.max(0L, unit.toMillis(delay))); ・・・

    总的来看,RxJava的多线程切换其实是利用了Scheculer.Worker这个内部类,把任务交给Scheculer的Worker去做,而这个Scheculer的Worker是根据定义的线程来实现了不同的线程池,其实还是交给线程池去处理了。
    至于主线程,RxJava也是使用了Handler机制。

    总结

    小小总结一下,基本上来说,Android中的多线程切换,主要使用Runnable和Callable来定义工作内容,使用线程池来实现异步并行,使用Handler机制来通知主线程,有些场景下会视情况需要,使用Future的接口回调,使用SynchronousQueue阻塞队列等。

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