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：

new Thread(){}.start();
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

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。
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。
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：

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；
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；
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；
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

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。
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：

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
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

线程数量未达到corePoolSize，则新建一个线程(核心线程)执行任务。
线程数量达到了corePools，则将任务移入队列等待。
队列已满，新建线程(非核心线程)执行任务。
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)
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

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。
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。
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。
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。
unit：可以指定keepAliveTime的时间单位。
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。