关于Android中工作者线程的思考
StacieK47
8年前
<h2>版权说明</h2> <p>本文为 InfoQ 中文站特供稿件，首发地址为：<a href="/misc/goto?guid=4959675878122360021" title="http://www.infoq.com/cn/articles/android-worker-thread">http://www.infoq.com/cn/articles/android-worker-thread</a> 如需转载，请与 InfoQ 中文站联系。</p> <p> </p> <p>在Android中，我们或多或少使用了工作者线程，比如Thread，AsyncTask，HandlerThread，甚至是自己创建的线程池，使用工作者线程我们可以将耗时的操作从主线程中移走。然而在Android系统中为什么存在工作者线程呢，常用的工作者线程有哪些不易察觉的问题呢，关于工作者线程有哪些优化的方面呢，本文将一一解答这些问题。</p> <h2>工作者线程的存在原因</h2> <ul> <li>因为Android的UI单线程模型，所有的UI相关的操作都需要在主线程(UI线程)执行</li> <li>Android中各大组件的生命周期回调都是位于主线程中，使得主线程的职责更重</li> <li>如果不使用工作者线程为主线程分担耗时的任务，会造成应用卡顿，严重时可能出现ANR(Application Not Responding),即程序未响应。</li> </ul> <p>因而，在Android中使用工作者线程显得势在必行，如一开始提到那样，在Android中工作者线程有很多，接下来我们将围绕AsyncTask，HandlerThread等深入研究。</p> <h2>AsyncTask</h2> <p>AsyncTask是Android框架提供给开发者的一个辅助类，使用该类我们可以轻松的处理异步线程与主线程的交互，由于其便捷性，在Android工程中，AsyncTask被广泛使用。然而AsyncTask并非一个完美的方案，使用它往往会存在一些问题。接下来将逐一列举AsyncTask不容易被开发者察觉的问题。</p> <h3>AsyncTask与内存泄露</h3> <p>内存泄露是Android开发中常见的问题，只要开发者稍有不慎就有可能导致程序产生内存泄露，严重时甚至可能导致OOM(OutOfMemory，即内存溢出错误)。AsyncTask也不例外，也有可能造成内存泄露。</p> <p>以一个简单的场景为例：在Activity中，通常我们这样使用AsyncTask</p> <pre> <code class="language-java">//In Activity new AsyncTask<String, Void, Void>() { @Override protected Void doInBackground(String... params) { //some code return null; } }.execute("hello world");</code></pre> <p>上述代码使用的匿名内存类创建AsyncTask实例，然而在Java中， 非静态内存类会隐式持有外部类的实例引用 ，上面例子AsyncTask创建于Activity中，因而会隐式持有Activity的实例引用。</p> <p>而在AsyncTask内部实现中,mFuture同样使用匿名内部类创建对象，而mFuture会作为执行任务加入到任务执行器中。</p> <pre> <code class="language-java">private final WorkerRunnable<Params, Result> mWorker; public AsyncTask() { mFuture = new FutureTask<Result>(mWorker) { @Override protected void done() { //some code } }; }</code></pre> <p>而mFuture加入任务执行器，实际上是放入了一个静态成员变量SERIAL_EXECUTOR指向的对象SerialExecutor的一个ArrayDeque类型的集合中。</p> <pre> <code class="language-java">public static final Executor SERIAL_EXECUTOR = new SerialExecutor(); private static class SerialExecutor implements Executor { final ArrayDeque<Runnable> mTasks = new ArrayDeque<Runnable>(); public synchronized void execute(final Runnable r) { mTasks.offer(new Runnable() { public void run() { //fake code r.run(); } }); } }</code></pre> <p>当任务处于排队状态，则Activity实例引用被静态常量SERIAL_EXECUTOR 间接持有。</p> <p>在通常情况下，当设备发生屏幕旋转事件，当前的Activity被销毁，新的Activity被创建，以此完成对布局的重新加载。</p> <p>而本例中，当屏幕旋转时，处于排队的AsyncTask由于其对Activity实例的引用关系，导致这个Activity不能被销毁，其对应的内存不能被GC回收，因而就出现了内存泄露问题。</p> <p>关于如何避免内存泄露，我们可以使用静态内部类 + 弱引用的形式解决。</p> <h3>cancel的问题</h3> <p>AsyncTask作为任务，是支持调用者取消任务的，即允许我们使用AsyncTask.canncel()方法取消提交的任务。然而其实cancel并非真正的起作用。</p> <p>首先，我们看一下cancel方法：</p> <pre> <code class="language-java">public final boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning) { mCancelled.set(true); return mFuture.cancel(mayInterruptIfRunning); }</code></pre> <p>cancel方法接受一个boolean类型的参数，名称为 mayInterruptIfRunning ，意思是是否可以打断正在执行的任务。</p> <p>当我们调用cancel(false)，不打断正在执行的任务，对应的结果是</p> <ul> <li>处于doInBackground中的任务不受影响，继续执行</li> <li>任务结束时不会去调用 onPostExecute 方法，而是执行 onCancelled 方法</li> </ul> <p>当我们调用cancel(true)，表示打断正在执行的任务，会出现如下情况：</p> <ul> <li>如果doInBackground方法处于阻塞状态，如调用Thread.sleep,wait等方法，则会抛出InterruptedException。</li> <li>对于某些情况下，有可能无法打断正在执行的任务</li> </ul> <p>如下，就是一个cancel方法无法打断正在执行的任务的例子</p> <pre> <code class="language-java">AsyncTask<String,Void,Void> task = new AsyncTask<String, Void, Void>() { @Override protected Void doInBackground(String... params) { boolean loop = true; while(loop) { Log.i(LOGTAG, "doInBackground after interrupting the loop"); } return null; } } task.execute("hello world"); try { Thread.sleep(2000);//确保AsyncTask任务执行 task.cancel(true); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }</code></pre> <p>上面的例子，如果想要使cancel正常工作需要在循环中，需要在循环条件里面同时检测 isCancelled() 才可以。</p> <h3>串行带来的问题</h3> <p>Android团队关于AsyncTask执行策略进行了多次修改，修改大致如下：</p> <ul> <li>自最初引入到Donut(1.6)之前，任务串行执行</li> <li>从Donut到GINGERBREAD_MR1(2.3.4),任务被修改成了并行执行</li> <li>从HONEYCOMB（3.0）至今，任务恢复至串行，但可以设置 executeOnExecutor() 实现并行执行。</li> </ul> <p>然而AsyncTask的串行实际执行起来是这样的逻辑</p> <ul> <li>由串行执行器控制任务的初始分发</li> <li>并行执行器一次执行单个任务，并启动下一个</li> </ul> <p>在AsyncTask中，并发执行器实际为ThreadPoolExecutor的实例，其CORE_POOL_SIZE为当前设备CPU数量+1，MAXIMUM_POOL_SIZE值为CPU数量的2倍 + 1。</p> <p>以一个四核手机为例，当我们持续调用AsyncTask任务过程中</p> <ul> <li>在AsyncTask线程数量小于CORE_POOL_SIZE(5个)时，会启动新的线程处理任务，不重用之前空闲的线程</li> <li>当数量超过CORE_POOL_SIZE(5个)，才开始重用之前的线程处理任务</li> </ul> <p>但是由于AsyncTask属于默认线性执行任务，导致并发执行器总是处于某一个线程工作的状态，因而造成了ThreadPool中其他线程的浪费。同时由于AsyncTask中并不存在allowCoreThreadTimeOut(boolean)的调用，所以ThreadPool中的核心线程即使处于空闲状态也不会销毁掉。</p> <h2>Executors</h2> <p>Executors是Java API中一个快速创建线程池的工具类，然而在它里面也是存在问题的。</p> <p>以Executors中获取一个固定大小的线程池方法为例</p> <pre> <code class="language-java">public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) { return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,0L, TimeUnit.MILLISECONDS,new LinkedBlockingQueue<Runnable>()); }</code></pre> <p>在上面代码实现中，CORE_POOL_SIZE和MAXIMUM_POOL_SIZE都是同样的值，如果把nThreads当成核心线程数，则无法保证最大并发，而如果当做最大并发线程数，则会造成线程的浪费。因而Executors这样的API导致了我们无法在最大并发数和线程节省上做到平衡。</p> <p>为了达到最大并发数和线程节省的平衡，建议自行创建ThreadPoolExecutor，根据业务和设备信息确定CORE_POOL_SIZE和MAXIMUM_POOL_SIZE的合理值。</p> <h2>HandlerThread</h2> <p>HandlerThread是Android中提供特殊的线程类，使用这个类我们可以轻松创建一个带有Looper的线程，同时利用Looper我们可以结合Handler实现任务的控制与调度。以Handler的post方法为例，我们可以封装一个轻量级的任务处理器</p> <pre> <code class="language-java">private Handler mHandler; private LightTaskManager() { HandlerThread workerThread = new HandlerThread("LightTaskThread"); workerThread.start(); mHandler = new Handler(workerThread.getLooper()); } public void post(Runnable run) { mHandler.post(run); } public void postAtFrontOfQueue(Runnable runnable) { mHandler.postAtFrontOfQueue(runnable); } public void postDelayed(Runnable runnable, long delay) { mHandler.postDelayed(runnable, delay); } public void postAtTime(Runnable runnable, long time) { mHandler.postAtTime(runnable, time); }</code></pre> <p>在本例中，我们可以按照如下规则提交任务</p> <ul> <li>post 提交优先级一般的任务</li> <li>postAtFrontOfQueue 将优先级较高的任务加入到队列前端</li> <li>postAtTime 指定时间提交任务</li> <li>postDelayed 延后提交优先级较低的任务</li> </ul> <p>上面的轻量级任务处理器利用HandlerThread的单一线程 + 任务队列的形式，可以处理类似本地IO（文件或数据库读取）的轻量级任务。在具体的处理场景下，可以参考如下做法：</p> <ul> <li>对于本地IO读取，并显示到界面，建议使用postAtFrontOfQueue</li> <li>对于本地IO写入，不需要通知界面，建议使用postDelayed</li> <li>一般操作，可以使用post</li> </ul> <h2>线程优先级调整</h2> <p>在Android应用中，将耗时任务放入异步线程是一个不错的选择，那么为异步线程调整应有的优先级则是一件锦上添花的事情。众所周知，线程的并行通过CPU的时间片切换实现，对线程优先级调整，最主要的策略就是降低异步线程的优先级，从而使得主线程获得更多的CPU资源。</p> <p>Android中的线程优先级和Linux系统进程优先级有些类似，其值都是从-20至19。其中Android中，开发者可以控制的优先级有：</p> <ul> <li>THREAD_PRIORITY_DEFAULT ，默认的线程优先级，值为0</li> <li>THREAD_PRIORITY_LOWEST ，最低的线程级别，值为19</li> <li>THREAD_PRIORITY_BACKGROUND 后台线程建议设置这个优先级，值为10</li> <li>THREAD_PRIORITY_MORE_FAVORABLE 相对 THREAD_PRIORITY_DEFAULT 稍微优先，值为-1</li> <li>THREAD_PRIORITY_LESS_FAVORABLE 相对 THREAD_PRIORITY_DEFAULT 稍微落后一些，值为1</li> </ul> <p>为线程设置优先级也比较简单，通用的做法是在run方法体的开始部分加入下列代码</p> <pre> <code class="language-java">android.os.Process.setThreadPriority(priority);</code></pre> <p>通常设置优先级的规则如下：</p> <ul> <li>一般的工作者线程，设置成 THREAD_PRIORITY_BACKGROUND</li> <li>对于优先级很低的线程，可以设置 THREAD_PRIORITY_LOWEST</li> <li>其他特殊需求，视业务应用具体的优先级</li> </ul> <h2>总结</h2> <p>在Android中工作者线程如此普遍，然而潜在的问题也不可避免，建议在开发者使用工作者线程时，从工作者线程的数量和优先级等方面进行审视，做到较为合理的使用。</p> <p> </p> <p>来自：http://droidyue.com/blog/2015/12/20/worker-thread-in-android/</p> <p> </p>