深入理解Android多线程、线程同步及AsyncTask机制

客官°小女子只卖身不卖艺 2022-07-12 07:15 338阅读 0赞

### Android应用中的线程 ###

在Android Studio中通过adb shell命令可以查看应用的进程与线程信息，操作之前，先明确几个概念：

*  UID——User ID，即用户id，在Android中，每个应用就代表一个用户，用户id在应用安装后就会分配。
 *  PID——Process identifier，即进程id。
 *  PPID——Parent process identifier，即父进程id，我们知道每个应用进程都派生自另一个进程，而Android中所有应用进程都派生自Zygote进程，也就是说Zygote进程是所有应用的父进程，待会儿我们也会证明这一事实。  
    使用adb命令进行如下操作：
    
    1.  先查看Zygote的进程情况
    2.  再来看me.geed.planner应用的进程情况
    3.  最后打印me.geed.planner应用的线程信息  
        ![线程][SouthEast]  
        其中的com.feoul.customviewdemo是应用包名  
        上图的第一列代表UID，第二列为PID，第三列为PPID，最后一列为Name。因此我们可以发现Zygote进程的PID为365。  
        则可以看出线程名为：com.feoul.customviewdemo的线程即是应用的UI线程，因为此线程的PPID正是365（即zygote进程），往下的线程都是UI线程的子线程，，如Heap线程、GC线程、Signal Catcher线程、Compiler线程及Binder线程等。

我们经常用到的子线程即为工作线程，用来执行一些耗时的任务，比如网络请求，I/O操作等。

### Android中线程同步的方法： ###

1.  **synchronized**是在JVM层面上实现的，不但可以通过一些监控工具监控synchronized的锁定，而且在代码执行时出现异常，JVM会自动释放锁定，但是使用Lock则不行，lock是通过代码实现的，要保证锁定一定会被释放，就必须将unLock()放到finally\{\}中。  
    在资源竞争不是很激烈的情况下，Synchronized的性能要优于
2.  **ReetrantLock**，但是在资源竞争很激烈的情况下，Synchronized的性能会下降几十倍，但是ReetrantLock的性能能维持常态；  
    ReentrantLock获取锁定与三种方式：  
    a) lock(), 如果获取了锁立即返回，如果别的线程持有锁，当前线程则一直处于休眠状态，直到获取锁  
    b) tryLock(), 如果获取了锁立即返回true，如果别的线程正持有锁，立即返回false；  
    c)tryLock(long timeout,TimeUnit unit)， 如果获取了锁定立即返回true，如果别的线程正持有锁，会等待参数给定的时间，在等待的过程中，如果获取了锁定，就返回true，如果等待超时，返回false；  
    d) lockInterruptibly:如果获取了锁定立即返回，如果没有获取锁定，当前线程处于休眠状态，直到或者锁定，或者当前线程被别的线程中断
3.  **Atomic**: 和ReetrantLock 的类似，不激烈情况下，性能比synchronized略逊，而激烈的时候，也能维持常态。激烈的时候，Atomic的性能会优于ReentrantLock一倍左右。但是其有一个缺点，就是只能同步一个值，一段代码中只能出现一个Atomic的变量，多于一个同步无效。因为他不能在多个Atomic之间同步。

在Android中除了传统的用New Thread的方式创建子线程外，Android SDK 也为我们封装了一些子线程，方便我们使用，比如AsyncTask，HandlerThread以及IntentService，它们的底层实现也是线程，下面我们来重点了解下AsyncTask的工作原理。

### AsyncTask机制 ###

先来看看AsyncTask的定义：

public abstract class AsyncTask<Params, Progress, Result>

三种泛型类型分别代表“启动任务执行的输入参数”、“后台任务执行的进度”、“后台计算结果的类型”。在特定场合下，并不是所有类型都被使用，如果没有被使用，可以用Java.lang.Void类型代替。  
一个异步任务的执行一般包括以下几个步骤：  
1.**execute(Params… params)**，执行一个异步任务，需要我们在代码中调用此方法，触发异步任务的执行。  
2.**onPreExecute()**，在execute(Params… params)被调用后立即执行，一般用来在执行后台任务前对UI做一些标记，及做一些准备工作。  
3.**doInBackground(Params… params)**，在onPreExecute()完成后立即执行，用于执行较为费时的操作，此方法将接收输入参数和返回计算结果。在执行过程中可以调用publishProgress(Progress… values)来更新进度信息。另外此方法需要返回计算结果给onPostExecute方法。  
4.**onProgressUpdate(Progress… values)**，在调用publishProgress(Progress… values)时，此方法被执行，直接将进度信息更新到UI组件上。  
5.**onPostExecute(Result result)**，当后台操作结束时，此方法将会被调用，计算结果将做为参数传递到此方法中，直接将结果显示到UI组件上。

**Tip：在使用的时候，有几点需要格外注意：**  
1.异步任务的实例必须在UI线程中创建。  
2.execute(Params… params)方法必须在UI线程中调用。  
3.不要手动调用onPreExecute()，doInBackground(Params… params)，onProgressUpdate(Progress… values)，onPostExecute(Result result)这几个方法。  
4.不能在doInBackground(Params… params)中更改UI组件的信息。  
5.一个任务实例只能执行一次，如果执行第二次将会抛出异常。

@MainThread
        public final AsyncTask<Params, Progress, Result> execute(Params... params) {
            return executeOnExecutor(sDefaultExecutor, params);
        }
    
    
    @MainThread
        public final AsyncTask<Params, Progress, Result> executeOnExecutor(Executor exec,
                Params... params) {
            if (mStatus != Status.PENDING) {
                switch (mStatus) {
                    case RUNNING:
                        throw new IllegalStateException("Cannot execute task:"
                                + " the task is already running.");
                    case FINISHED:
                        throw new IllegalStateException("Cannot execute task:"
                                + " the task has already been executed "
                                + "(a task can be executed only once)");
                }
            }
    
            mStatus = Status.RUNNING;
    
            onPreExecute();
    
            mWorker.mParams = params;
            exec.execute(mFuture);
    
            return this;
        }

由 mStatus = Status.RUNNING; 可知，，每个异步任务在完成前只能执行一次。否则会报错。  
然后执行了onPreExecute()，当前依然在UI线程，所以我们可以在其中做一些准备工作。  
上面出现了mWorker和mFuture两个未知的类，我们来探究下

public AsyncTask() {  
            mWorker = new WorkerRunnable<Params, Result>() {  
                public Result call() throws Exception {  
                    mTaskInvoked.set(true);  
    
                    Process.setThreadPriority(Process.THREAD_PRIORITY_BACKGROUND);  
                    //noinspection unchecked  
                    return postResult(doInBackground(mParams));  
                }  
            };  
    ...
    
    }

可以看到mWorker在构造方法中完成了初始化，并且因为是一个抽象类，在这里new了一个实现类，实现了call方法，call方法中设置mTaskInvoked=true，且最终调用doInBackground(mParams)方法，并返回Result值作为参数给postResult方法.可以看到还调用了doInBackground方法。

private Result postResult(Result result) {
            @SuppressWarnings("unchecked")
            Message message = getHandler().obtainMessage(MESSAGE_POST_RESULT,
                    new AsyncTaskResult<Result>(this, result));
            message.sendToTarget();
            return result;
        }

有此处可知，AsyncTask的底层的线程切换，还是用到了我们上一篇文章讲到的Handler机制，传递了一个消息message, message.what为MESSAGE\_POST\_RESULT；message.object= new AsyncTaskResult(this,result);  
其中AsyncTaskResult就是一个简单的携带参数的对象。  
继续查看getHandler：

private static Handler getHandler() {
            synchronized (AsyncTask.class) {
                if (sHandler == null) {
                    sHandler = new InternalHandler();
                }
                return sHandler;
            }
        }

InternalHandler：

private static class InternalHandler extends Handler {
        
            public InternalHandler() {
                super(Looper.getMainLooper());
            }
    
            @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]);
                        break;
                    case MESSAGE_POST_PROGRESS:
                        result.mTask.onProgressUpdate(result.mData);
                        break;
                }
            }
        }

可以看到，在接收到MESSAGE\_POST\_RESULT消息时，执行了result.mTask.finish(result.mData\[0\]);其实就是我们的AsyncTask.this.finish(result)，于是看finish方法

private void finish(Result result) {
            if (isCancelled()) {
                onCancelled(result);
            } else {
                onPostExecute(result);
            }
            mStatus = Status.FINISHED;
        }

此处判断了是否调用了cancel()，若无则调用 onPostExecute(result);方法，最后将状态置为FINISHED。

还记得上面的execute方法中的倒数第2行：exec.execute(mFuture)  
exec为executeOnExecutor(sDefaultExecutor, params)中的sDefaultExecutor  
下面看这个sDefaultExecutor

private static volatile Executor sDefaultExecutor = SERIAL_EXECUTOR;  
    public static final Executor SERIAL_EXECUTOR = new SerialExecutor();  
    private static class SerialExecutor implements Executor {
          
            final ArrayDeque<Runnable> mTasks = new ArrayDeque<Runnable>();  
            Runnable mActive;  
            public synchronized void execute(final Runnable r) {  
                mTasks.offer(new Runnable() {  
                    public void run() {  
                        try {  
                            r.run();  
                        } finally {  
                            scheduleNext();  
                        }  
                    }  
                });  
                if (mActive == null) {  
                    scheduleNext();  
                }  
            }  
            protected synchronized void scheduleNext() {  
                if ((mActive = mTasks.poll()) != null) {  
                    THREAD_POOL_EXECUTOR.execute(mActive);  
                }  
            }  
    }

可以看到sDefaultExecutor其实为SerialExecutor的一个实例，其内部维持一个任务队列；直接看其execute（Runnable runnable）方法，将runnable放入mTasks队尾；  
判断当前mActive是否为空，为空则调用scheduleNext方法  
scheduleNext，则直接取出任务队列中的队首任务，如果不为null则传入THREAD\_POOL\_EXECUTOR进行执行。  
第一个任务入队，然后在mActive = mTasks.poll()) != null被取出，并且赋值给mActivte，然后交给线程池去执行。然后第二个任务入队，但是此时mActive并不为null，并不会执行scheduleNext();所以如果第一个任务比较慢，10个任务都会进入队列等待；真正执行下一个任务的时机是，线程池执行完成第一个任务以后，调用Runnable中的finally代码块中的scheduleNext，所以虽然内部有一个线程池，其实调用的过程还是线性的。一个接着一个的执行，相当于单线程。

下面看THREAD\_POOL\_EXECUTOR：

/**
         * An {@link Executor} that can be used to execute tasks in parallel.
         */
        public static final Executor THREAD_POOL_EXECUTOR;
    
        static {
            ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(
                    CORE_POOL_SIZE, MAXIMUM_POOL_SIZE, KEEP_ALIVE_SECONDS, TimeUnit.SECONDS,
                    sPoolWorkQueue, sThreadFactory);
            threadPoolExecutor.allowCoreThreadTimeOut(true);
            THREAD_POOL_EXECUTOR = threadPoolExecutor;
        }
    
        /**

可以看到就是一个自己设置参数的线程池，

private static final int CPU_COUNT = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
    // the CPU with background work
        private static final int CORE_POOL_SIZE = Math.max(2, Math.min(CPU_COUNT - 1, 4));
        private static final int MAXIMUM_POOL_SIZE = CPU_COUNT * 2 + 1;
        private static final int KEEP_ALIVE_SECONDS = 30;

参考资料：  
[http://blog.csdn.net/lmj623565791/article/details/38614699][http_blog.csdn.net_lmj623565791_article_details_38614699]  
[http://blog.csdn.net/ahence/article/details/50768587][http_blog.csdn.net_ahence_article_details_50768587]

[SouthEast]: /images/20220711/46f5a18b730f417d9d0e1a1af08e2b0f.png
[http_blog.csdn.net_lmj623565791_article_details_38614699]: http://blog.csdn.net/lmj623565791/article/details/38614699
[http_blog.csdn.net_ahence_article_details_50768587]: http://blog.csdn.net/ahence/article/details/50768587