Android多线程操作 Android中实现多线程操作的几种方式
哗啦啦啦啦 人气:0前言
多线程一直是一个老大难的问题,首先因为它难以理解,其次在实际工作中我们需要面对的关于线程安全问题也并不常见,今天就来总结一下实现多线程的几种方式,可能并不全面,还请各位看官多多补充。
最基础的方式
继承Thread类并实现run()方法
class MyThread extends Thread{ @Override public void run() { System.out.println("我是子线程"); } } new MyThread().start();
匿名内部类
public class ManyThread { public static void main(String[] args) { new Thread(){ public void run() { System.out.println("我是子线程"); }; }.start(); } }
实现Runnable接口
class MyRunnable implements Runnable{ @Override public void run() { System.out.println("我是子线程"); } } Thread thread = new Thread(new MyRunnable()); thread.start();
太简单了吧!!别着急,这只是热身~
callable+FutureTask
Callable接口类似于Runnable,区别在于使用callable可以拿到结果。
FutureTask实现了RunnableFuture,
public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V> { ... }
RunnableFuture又实现了Runnable和Future
public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> { /** * Sets this Future to the result of its computation * unless it has been cancelled. */ void run(); }
所以FutureTask既可以当Runnable使用又可以当Future使用get()来拿到结果
future的API:get():当任务结束后,返回一个结果,如果调用时,任务还没有结束,则会阻塞线程,直到任务执行完毕。可以设置等待时间,超出时间或者返回结果为null,则抛出异常cancel():
//自定义CallAble并实现call()方法 class MyCallable implements Callable<Integer>{ @Override public Integer call() throws Exception { int a = 1; for (int i = 0; i <100000; i++) { a++; } Thread.sleep(2000); return a; } } public static void main(String[] args) { //新建CallAble MyCallable callable = new MyCallable(); //新建FutureTask任务 FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<Integer>(callable); //新建Thread并与FutureTask关联 Thread thread = new Thread(futureTask, "A"); thread.start(); int sum; try { //拿到callable的结果 sum = futureTask.get(); System.out.println(sum); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } catch (ExecutionException e) { e.printStackTrace(); } }
线程池
线程池的创建方式有两种,
手动创建线程池
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue, ThreadFactory threadFactory, RejectedExecutionHandler handler)
要注意线程池的几个参数:
- corePoolSize :核心线程数
- maximumPoolSize :允许创建的最大线程数
- keepAliveTime :这是空闲线程保持存活的最大时间。
- unit : keepAliveTime的时间单位
- workQueue :任务队列,保存等待执行的任务的阻塞队列
- threadFactory :用于设置创建线程的工厂,可以通过线程工厂给每个创建出来的线程设置更有含义的名字
- handler :饱和策略,当队列和线程池都满了,说明线程处于饱和状态,必须采取一种策略处理提交的新任务。默认情况下是AbortPolicy,表示无法处理新任务时抛出异常。
向线程池提交任务execute()和submit():
ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(2, 2, 1, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingDeque<Runnable>()); //使用execute提交任务 threadPoolExecutor.execute(new Runnable() { @Override public void run() { System.out.println("我是线程池"); } }); //之前说的callable MyCallable callable = new MyCallable(); //使用submit提交任务 返回一个future Future<Integer> future = threadPoolExecutor.submit(callable); try { //通过future拿到执行callable的结果 int x = future.get(); System.out.println(x); } catch (InterruptedException e) { //中断异常 e.printStackTrace(); } catch (ExecutionException e) { //无法执行任务异常 e.printStackTrace(); }finally { //关闭线程池 threadPoolExecutor.shutdown(); }
使用自定义线程池要合理的配置各个参数。
- 根据任务的性质:CPU密集型还是IO密集型设置核心线程数的大小,cpu密集型应配置尽可能小的线程,可以配置为 CPU个数+1。由于IO密集型任务线程并不是一直在执行任务,应配置尽可能多的线程,可以配置为 2*cpu个数
- 优先级不同的任务,可以使用优先级队列PriorityBlockingQueue来处理,它可以让优先级高的任务先执行
- 建议使用有界队列,有界队列能增加系统的稳定性和预警能力。
使用Executors创建线程池
这种创建方式本质上也是对ThreadPoolExecutor的参数进行不同的配置,每条创建后边把源码中不同的配置放到后边,以便更清晰的展示出来
//会根据需要创建新线程的线程池 ExecutorService newCachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool(); //核心线程数设置为0,最大线程数则是无界,的也就是说某些情况下会有无限多的线程被创建,从而导致一些问题,空闲线程最大等待时长是60秒 public static ExecutorService newCachedThreadPool() { return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE, 60L, TimeUnit.SECONDS, new SynchronousQueue<Runnable>()); } //使用单个worker线程 ExecutorService newSingleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor(); //核心线程数和最大线程数都设置为1,并使用无界队列作为线程池的工作队列,其容量为无限大,某些情况下会导致队列中有太多的任务而出错 public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() { return new FinalizableDelegatedExecutorService (new ThreadPoolExecutor(1, 1, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>())); } //可重用固定线程数的线程池 ExecutorService newFixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(10); //核心线程数和最大线程数都设置为创建时传入的数量,空闲等待时长为0,说明空闲线程会立即终止,而任务队列容量也是无限大,可能会导致同样的问题 public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) { return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>()); } //可以用来在给定延时后执行异步任务或者周期性执行任务 ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(2); //核心线程的个数为指定的数量,允许的最大线程数是无限的 public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize, ThreadFactory threadFactory, RejectedExecutionHandler handler) { super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS, new DelayedWorkQueue(), threadFactory, handler); }
Android中特有的实现多线程
使用HandlerThread
HandleThread本质上就是一个线程,其继承了Thread。它的内部有自己的looper对象,并在run方法中通过Looper.prepare()来创建消息队列,并通过Looper.loop()开启消息循环,这样在使用中就允许在HandlerThread中创建Handler了
HandlerThread和普通的Thread是有显著的区别的,普通的Thread主要在run方法中执行一个耗时任务,而HandlerThread在内部创建了消息队列,外界需要通过Handler的消息方式来通知HandlerThread执行一个具体的任务,由于handlerThread的run方法是一个无限循环,因此当明确不需要再使用HandlerThread时,可以通过其quit或者quitSafely方法来终止线程的执行。
public class HandlerThread extends Thread { Looper mLooper; private @Nullable Handler mHandler; @Override public void run() { mTid = Process.myTid(); Looper.prepare(); synchronized (this) { mLooper = Looper.myLooper(); notifyAll(); } Process.setThreadPriority(mPriority); onLooperPrepared(); Looper.loop(); mTid = -1; } ... }
具体使用:
//创建handlerThread,标记一个名字 HandlerThread handlerThread = new HandlerThread("MyHandlerThread"); //启动线程 handlerThread.start(); //创建工作线程的handler,关联handlerThread的Looper对象。 //复写handleMessage处理消息 Handler myHandler = new Handler(handlerThread.getLooper()) { @Override public void handleMessage(@NonNull Message msg) { Log.i(msg.what + msg.obj.toString()); super.handleMessage(msg); } }; //定义消息 Message msg = new Message(); msg.what = 1; msg.obj = "A"; //发送消息到其绑定的消息队列中 myHandler.sendMessage(msg); //结束线程,停止线程的消息循环 handlerThread.quit();
使用IntentService
本质上是一个Service,可以看做是Service和HandlerThread的结合体,它继承了Service并且是一个抽象类,因此需要创建它的子类才能使用IntentService。可以用于执行后台耗时任务,由于是服务,所以它的优先级比单纯的线程要高很多,并且不容易被系统杀死。有如下几个特点
- IntentService是继承自service并处理异步请求的一个类,其内部有一个工作线程处理耗时请求
- 任务执行完毕,会自动销毁
- 如果IntentService启动多次,每个耗时操作会以队列的方式在IntentService的onHandleIntent方法中依次执行,串行执行结束后,会自动销毁。
首先看一下IntentService的源码:
//继承自service public abstract class IntentService extends Service { private volatile Looper mServiceLooper; @UnsupportedAppUsage private volatile ServiceHandler mServiceHandler; private final class ServiceHandler extends Handler { public ServiceHandler(Looper looper) { super(looper); } @Override public void handleMessage(Message msg) { //处理消息时调用onHandleIntent方法 我们需要重写这个方法实现自己的处理逻辑 onHandleIntent((Intent)msg.obj); stopSelf(msg.arg1); } } ... @Override public void onCreate() { super.onCreate(); //创建handlerThread并启动 HandlerThread thread = new HandlerThread("IntentService[" + mName + "]"); thread.start(); mServiceLooper = thread.getLooper(); //初始化handler并绑定handlerThread的looper mServiceHandler = new ServiceHandler(mServiceLooper); } @Override public void onStart(@Nullable Intent intent, int startId) { Message msg = mServiceHandler.obtainMessage(); msg.arg1 = startId; msg.obj = intent; //通过handler发送消息给HandlerThread处理 mServiceHandler.sendMessage(msg); } ...
当IntentService被启动时,它的onCreate方法被调用,onCreate方法会创建一个HandlerThread,然后使用它的Looper来构造一个Handler对象,这样通过Handler发送的消息最终会在HandlerThread中执行。每次启动IntentService,它的onStartCommand方法就会调用一次,IntentService在onStartCommand中处理每个后台任务的Intnet。onStartCommond调用了onStart,在onStart方法中,IntentService通过handler发送一个消息,这个消息会在HandlerThread中处理。当onHandleIntent方法执行结束后,IntentService会通过stopSelf方法尝试停止服务,onHandlerIntent是一个抽象方法,需要我们在子类中实现,它的作用是从Intent参数中区分具体的任务并执行这些任务。
如何使用?
- 新建service类并继承自IntentService
- 实现service的构造方法
- 在manifast.xml中注册服务
- 在服务的onHandleIntent方法中实现业务逻辑
自定义一个IntentService
public class MyIntentService extends IntentService { public MyIntentService(String name) { super(name); } @Override protected void onHandleIntent(@Nullable Intent intent) { if(intent != null){ String action = intent.getAction(); if(action.equals("A")){ doSomeThingA(); }else if(action.equals("B")){ doSomeThingB(); } } } }
JobIntentService/JobScheduler
系统不允许后台应用创建后台服务,因此8.0引入了Context.startForegroundService(),以在前台启动新服务,
由于Android O的后台限制,创建后台服务需要使用JobScheduler来由系统进行调度任务的执行,而使用JobScheduler的方式比较繁琐,8.0及以上提供了JobIntentService帮助开发者更方便的将任务交给JobScheduler调度,其本质是Service后台任务在他的OnhandleWork()中进行,子类重写该方法即可。使用较简单。
public class SimpleJobIntentService extends JobIntentService { /** * 这个Service 唯一的id */ static final int JOB_ID = 1000; /** * 将工作加入此服务的方法,使用中调用这个方法 */ static void enqueueWork(Context context, Intent work) { enqueueWork(context, SimpleJobIntentService.class, JOB_ID, work); } //在这里执行耗时任务 @Override protected void onHandleWork(Intent intent) { Log.i("SimpleJobIntentService", "Executing work: " + intent); String label = intent.getStringExtra("label"); if (label == null) { label = intent.toString(); } toast("Executing: " + label); for (int i = 0; i < 5; i++) { Log.i("SimpleJobIntentService", "Running service " + (i + 1) + "/5 @ " + SystemClock.elapsedRealtime()); try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { } } Log.i("SimpleJobIntentService", "Completed service @ " + SystemClock.elapsedRealtime()); } @Override public void onDestroy() { super.onDestroy(); toast("All work complete"); } final Handler mHandler = new Handler(); // Helper for showing tests void toast(final CharSequence text) { mHandler.post(new Runnable() { @Override public void run() { Toast.makeText(SimpleJobIntentService.this, text, Toast.LENGTH_SHORT).show(); } }); } }
activity中通过调用enqueueWork()方法来启动
Intent workIntent = new Intent(); num++; Log.d("houson", "onClick: "+num); workIntent.putExtra("work","work num:"+num); //调用enqueueWork方法 MyJobIntentService.enqueueWork(getApplicationContext(),workIntent);
WorkManager
根据需求的不同,Android为后台任务提供了多种解决方案,如JobScheduler,Loader,Service等。如果这些API没有被适当地使用,可能会消耗大量的电量。WorkManager的出现,为应用程序中那些不需要及时完成的任务,提供统一的解决方案,以便在设备电量和用户体验之间达到一个比较好的平衡。
WorkManager最低可以兼容API Level 14,在API Level 23+,通过JobScheduler来完成任务,23一下的设备,通过AlarmManager和BroadCastReceivers组合完成任务。
WorkManager主要针对不需要及时完成的任务,如发送日志,同步应用程序数据,备份等。并且可以保证任务一定会被执行,即使应用当前不在运行中,WorkManager有自己的数据库,关于任务的所有信息和数据都保存在这个数据库中。因此只要你的任务交给了WorkManager,哪怕你的应用程序彻底退出,或者设备重新启动,WorkManager依然能够保证完成你交给的任务。
如何使用?
添加依赖
dependencies { def versions = "2.2.0" implementation "androidx.work:work-runtime:$versions" }
定义Worker任务:
worker是任务的执行者,是一个抽象类,需要继承它实现要执行的任务。
//继承worker,自定义worker class MyWork extends Worker{ public MyWork(@NonNull Context context, @NonNull WorkerParameters workerParams) { super(context, workerParams); } //执行耗时任务 @NonNull @Override public Result doWork() { //拿到传进来的数据 String input_data = getInputData().getString("input_data"); // 任务执行完成后返回数据 Data outputData = new Data.Builder().putString("output_data", "Success!").build(); // 执行成功返回Result.success() // 执行失败返回Result.failure() // 需要重新执行返回Result.retry() return Result.success(outputData); } }
使用WorkRequest配置任务。
WorkRequest指定让哪个 Woker 执行任务,指定执行的环境,执行的顺序等。要使用它的子类 OneTimeWorkRequest(执行一次) 或 PeriodicWorkRequest(周期执行)。
通过WorkRequest配置我们的任务何时运行以及如何运行
//设置任务的触发条件 Constraints constraints = new Constraints.Builder() .setRequiresCharging(true) // 在充电时执行 .setRequiresStorageNotLow(true) // 不在存储容量不足时执行 // 网络状态 //NOT_REQUIRED--没有要求 //CONNECTED--网络连接 //UNMETERED--连接无限流量的网络 //METERED--连接按流量计费的网络 //NOT_ROAMING--连接非漫游网络 .setRequiredNetworkType(NetworkType.CONNECTED) .setRequiresDeviceIdle(true) // 在待机状态下执行,需要 API 23 .setRequiresBatteryNotLow(true)// 不在电量不足时执行 .build(); //然后将该Constraints设置到WorkRequest。WorkRequest是一个抽象类, //它有两种实现OneTimeWorkRequest和PeriodicWorkRequest,分别对应的是一次性任务和周期性任务。 //定义要传递的数据 Data inputData = new Data.Builder().putString("input_data", "Hello").build(); OneTimeWorkRequest oneTimeWorkRequest = new OneTimeWorkRequest.Builder(MyWork.class) .setConstraints(constraints) .setInputData(inputData) .build();
WorkManager
将任务提交给系统。管理任务请求和任务队列,发起的 WorkRequest 会进入它的任务队列。WorkManager.enqueue()方法会将你配置好的WorkRequest交给系统来执行。
WorkManager.getInstance(this).enqueue(oneTimeWorkRequest);
观察任务的状态
任务在提交给系统后,通过WorkInfo获知任务的状态,WorkInfo包含了任务的id,tag,以及Worker对象传递过来的outputData,以及任务当前的状态。有三种方式可以得到WorkInfo对象。
通过LiveData,我们便可以在任务状态发生变化的时候,收到通知。同时通过LiveData的WorkInfo.getOutputData(),得到从Worker传递过来的数据。
WorkManager.getInstance(this).getWorkInfoByIdLiveData(oneTimeWorkRequest.getId()).observe( MainActivity.this, new Observer<WorkInfo>() { @Override public void onChanged(WorkInfo workInfo) { Log.d("onChanged()->", "workInfo:"+workInfo); if (workInfo != null && workInfo.getState() == WorkInfo.State.SUCCEEDED) { String outputData = workInfo.getOutputData().getString("output_data"); Log.d("onChanged()->", "outputData:"+outputData); } } } );
取消任务
WorkManager.getInstance(MainActivity.this).cancelAllWork();
以上就是WorkManager的一些基本使用,更详细的可以参照官方文档或者其他文章,这里就不仔细讲解了。工作中,我们经常需要处理后台任务,如果处理后台任务所采用的API没有被正确使用,那么很可能会消耗大量设备的电量。Android出于设备电量的考虑,为开发者提供了WorkManager,旨在将一些不需要及时完成的任务交给它来完成。
使用协程
协程是一种并发设计模式,您可以在 Android 平台上使用它来简化异步执行的代码,协程是轻量级的线程,为什么是轻量的?因为它基于线程池API。协程可以使用阻塞式的方式写出非阻塞式的代码,解决回调地狱的问题。
协程有如下的特点:
- 轻量:您可以在单个线程上运行多个协程,因为协程支持挂起,不会使正在运行协程的线程阻塞。挂起比阻塞节省内存,且支持多个并行操作。
- 内存泄漏更少:使用结构化并发机制在一个作用域内执行多项操作。
- 内置取消支持:取消操作会自动在运行中的整个协程层次结构内传播。
- Jetpack 集成:许多 Jetpack 库都包含提供全面协程支持的扩展。某些库还提供自己的协程作用域,可供您用于结构化并发。
引入协程
dependencies { implementation("org.jetbrains.kotlinx:kotlinx-coroutines-android:1.3.9") }
使用
fun main() = runBlocking { launch { delay(1000L) println("World!") } println("Hello") }
协程的使用当然不是这么简单,有很多的API,这里限于篇幅,就不深入讲解了。
AsyncTask
是一个轻量级的异步任务类,在高版本中已经过时了。但研究一下还是很有意义的。他可以在线程池中执行后台任务,然后把执行的进度和最终结果传递给主线程并在主线程中更新ui。AsyncTask封装了Thread和Handler,通过AsyncTask可以更加方便的执行后台任务以及在主线程中访问ui。
AsyncTask提供了四个核心方法:
- onPreExecute:在主线程中执行,在异步任务执行之前,此方法会被调用,一般用于一些准备工作
- doInBackground:在线程池中执行,此方法用于执行异步任务,params参数表示异步任务的输入参数,此方法中可以通过publishProgress来更新任务的进度。
- onProgressUpdata(Progress...values):在主线程中执行,当后台任务的执行进度发生改变时调用此方法
- onPostExecute:在主线程中执行,在异步任务执行之后,此方法会被调用,result参数是后台任务的返回值,即doInbackground的返回值
AsyncTask在使用过程中有一些限制条件:
- AsyncTask必须在主线程中加载,也就是第一次访问AsyncTask必须发生在主线程
- AsyncTask的对象须在主线程中创建
- execute方法必须在ui线程调用
- 不要在程序中直接调用onPreExecute、onPostExecute、doInBackground、onProgressUpdate方法
- 一个AsyncTask对象只能执行一次,也就是只能调用一次execute方法,否则会报异常
原理分析:
从execute方法开始分析,调用executeOnExecutor方法,sDefaultExecutor是一个串行的线程池如下:
@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; //线程池开始执行 封装为Futuretask交个线程池处理 exec.execute(mFuture); return this; }
sDefaultExecutor是一个串行线程池,一个进程中所有的AsyncTask任务都在这个线程池中排队执行。首先系统会把AsyncTask的Params参数封装为FutureTask对象,这里FutureTask充当Runnable,接着这个FutureTask会交给SerialExecutor的execute方法处理,SerialExecute的execute方法首先把FutureTask对象插入到任务队列中,接着调用scheduleNext方法执行FutureTask任务,从队列中取出任务交给THREAD_POOL_EXECUTOR线程池去真正执行任务。InternalHandler用于将执行环境从线程池切换到主线程。
//串行线程池 private static volatile Executor sDefaultExecutor = SERIAL_EXECUTOR; public static final Executor SERIAL_EXECUTOR = new SerialExecutor(); //线程池用于真正执行任务 public static final Executor THREAD_POOL_EXECUTOR; //用于将执行环境从线程池切换到主线程 private static InternalHandler sHandler; //初始化执行任务的线程池 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; } //用于调度任务的串行线程池 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() { //从队列中取出任务交个THREAD_POOL_EXECUTOR线程池去真正执行任务 if ((mActive = mTasks.poll()) != null) { THREAD_POOL_EXECUTOR.execute(mActive); } } }
再看一下任务future,call方法中调用postResult方法,通过handler发送消息,最终在handleMessage方法中进行处理。
private final WorkerRunnable<Params, Result> mWorker; private final FutureTask<Result> mFuture; mWorker = new WorkerRunnable<Params, Result>() { public Result call() throws Exception { mTaskInvoked.set(true); Result result = null; try { Process.setThreadPriority(Process.THREAD_PRIORITY_BACKGROUND); //noinspection unchecked result = doInBackground(mParams); Binder.flushPendingCommands(); } catch (Throwable tr) { mCancelled.set(true); throw tr; } finally { postResult(result); } return result; } }; mFuture = new FutureTask<Result>(mWorker) { @Override protected void done() { try { postResultIfNotInvoked(get()); } catch (InterruptedException e) { android.util.Log.w(LOG_TAG, e); } catch (ExecutionException e) { throw new RuntimeException("An error occurred while executing doInBackground()", e.getCause()); } catch (CancellationException e) { postResultIfNotInvoked(null); } } };
结语
以上介绍了几种实现多线程操作的方式,有些并没有深入分析,当然了,实现多线程的方式不止以上的几种,还请各位看官多多补充,如有错误的地方还请指出。
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