關于Android中工作者線程的思考
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在Android中，我們或多或少使用了工作者線程，比如Thread，AsyncTask，HandlerThread，甚至是自己創建的線程池，使用工作者線程我們可以將耗時的操作從主線程中移走。然而在Android系統中為什么存在工作者線程呢，常用的工作者線程有哪些不易察覺的問題呢，關于工作者線程有哪些優化的方面呢，本文將一一解答這些問題。
工作者線程的存在原因
- 因為Android的UI單線程模型，所有的UI相關的操作都需要在主線程(UI線程)執行
- Android中各大組件的生命周期回調都是位于主線程中，使得主線程的職責更重
- 如果不使用工作者線程為主線程分擔耗時的任務，會造成應用卡頓，嚴重時可能出現ANR(Application Not Responding),即程序未響應。
因而，在Android中使用工作者線程顯得勢在必行，如一開始提到那樣，在Android中工作者線程有很多，接下來我們將圍繞AsyncTask，HandlerThread等深入研究。
AsyncTask
AsyncTask是Android框架提供給開發者的一個輔助類，使用該類我們可以輕松的處理異步線程與主線程的交互，由于其便捷性，在Android工程中，AsyncTask被廣泛使用。然而AsyncTask并非一個完美的方案，使用它往往會存在一些問題。接下來將逐一列舉AsyncTask不容易被開發者察覺的問題。
AsyncTask與內存泄露
內存泄露是Android開發中常見的問題，只要開發者稍有不慎就有可能導致程序產生內存泄露，嚴重時甚至可能導致OOM(OutOfMemory，即內存溢出錯誤)。AsyncTask也不例外，也有可能造成內存泄露。
以一個簡單的場景為例：在Activity中，通常我們這樣使用AsyncTask
//In Activity
new AsyncTask<String, Void, Void>() {
@Override
protected Void doInBackground(String... params) {
//some code
return null;
}
}.execute("hello world");</code></pre>
上述代碼使用的匿名內存類創建AsyncTask實例，然而在Java中， 非靜態內存類會隱式持有外部類的實例引用 ，上面例子AsyncTask創建于Activity中，因而會隱式持有Activity的實例引用。
而在AsyncTask內部實現中,mFuture同樣使用匿名內部類創建對象，而mFuture會作為執行任務加入到任務執行器中。
private final WorkerRunnable<Params, Result> mWorker;
public AsyncTask() {
mFuture = new FutureTask<Result>(mWorker) {
@Override
protected void done() {
//some code
}
};
}
而mFuture加入任務執行器，實際上是放入了一個靜態成員變量SERIAL_EXECUTOR指向的對象SerialExecutor的一個ArrayDeque類型的集合中。
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>
當任務處于排隊狀態，則Activity實例引用被靜態常量SERIAL_EXECUTOR 間接持有。
在通常情況下，當設備發生屏幕旋轉事件，當前的Activity被銷毀，新的Activity被創建，以此完成對布局的重新加載。
而本例中，當屏幕旋轉時，處于排隊的AsyncTask由于其對Activity實例的引用關系，導致這個Activity不能被銷毀，其對應的內存不能被GC回收，因而就出現了內存泄露問題。
關于如何避免內存泄露，我們可以使用靜態內部類 + 弱引用的形式解決。
cancel的問題
AsyncTask作為任務，是支持調用者取消任務的，即允許我們使用AsyncTask.canncel()方法取消提交的任務。然而其實cancel并非真正的起作用。
首先，我們看一下cancel方法：
public final boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning) {
mCancelled.set(true);
return mFuture.cancel(mayInterruptIfRunning);
}
cancel方法接受一個boolean類型的參數，名稱為 mayInterruptIfRunning ，意思是是否可以打斷正在執行的任務。
當我們調用cancel(false)，不打斷正在執行的任務，對應的結果是
- 處于doInBackground中的任務不受影響，繼續執行
- 任務結束時不會去調用 onPostExecute 方法，而是執行 onCancelled 方法
當我們調用cancel(true)，表示打斷正在執行的任務，會出現如下情況：
- 如果doInBackground方法處于阻塞狀態，如調用Thread.sleep,wait等方法，則會拋出InterruptedException。
- 對于某些情況下，有可能無法打斷正在執行的任務
如下，就是一個cancel方法無法打斷正在執行的任務的例子
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);//確保AsyncTask任務執行
task.cancel(true);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}</code></pre>
上面的例子，如果想要使cancel正常工作需要在循環中，需要在循環條件里面同時檢測 isCancelled() 才可以。
串行帶來的問題
Android團隊關于AsyncTask執行策略進行了多次修改，修改大致如下：
- 自最初引入到Donut(1.6)之前，任務串行執行
- 從Donut到GINGERBREAD_MR1(2.3.4),任務被修改成了并行執行
- 從HONEYCOMB（3.0）至今，任務恢復至串行，但可以設置 executeOnExecutor() 實現并行執行。
然而AsyncTask的串行實際執行起來是這樣的邏輯
- 由串行執行器控制任務的初始分發
- 并行執行器一次執行單個任務，并啟動下一個
在AsyncTask中，并發執行器實際為ThreadPoolExecutor的實例，其CORE_POOL_SIZE為當前設備CPU數量+1，MAXIMUM_POOL_SIZE值為CPU數量的2倍 + 1。
以一個四核手機為例，當我們持續調用AsyncTask任務過程中
- 在AsyncTask線程數量小于CORE_POOL_SIZE(5個)時，會啟動新的線程處理任務，不重用之前空閑的線程
- 當數量超過CORE_POOL_SIZE(5個)，才開始重用之前的線程處理任務
但是由于AsyncTask屬于默認線性執行任務，導致并發執行器總是處于某一個線程工作的狀態，因而造成了ThreadPool中其他線程的浪費。同時由于AsyncTask中并不存在allowCoreThreadTimeOut(boolean)的調用，所以ThreadPool中的核心線程即使處于空閑狀態也不會銷毀掉。
Executors
Executors是Java API中一個快速創建線程池的工具類，然而在它里面也是存在問題的。
以Executors中獲取一個固定大小的線程池方法為例
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,0L,
TimeUnit.MILLISECONDS,new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}
在上面代碼實現中，CORE_POOL_SIZE和MAXIMUM_POOL_SIZE都是同樣的值，如果把nThreads當成核心線程數，則無法保證最大并發，而如果當做最大并發線程數，則會造成線程的浪費。因而Executors這樣的API導致了我們無法在最大并發數和線程節省上做到平衡。
為了達到最大并發數和線程節省的平衡，建議自行創建ThreadPoolExecutor，根據業務和設備信息確定CORE_POOL_SIZE和MAXIMUM_POOL_SIZE的合理值。
HandlerThread
HandlerThread是Android中提供特殊的線程類，使用這個類我們可以輕松創建一個帶有Looper的線程，同時利用Looper我們可以結合Handler實現任務的控制與調度。以Handler的post方法為例，我們可以封裝一個輕量級的任務處理器
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>
在本例中，我們可以按照如下規則提交任務
- post 提交優先級一般的任務
- postAtFrontOfQueue 將優先級較高的任務加入到隊列前端
- postAtTime 指定時間提交任務
- postDelayed 延后提交優先級較低的任務
上面的輕量級任務處理器利用HandlerThread的單一線程 + 任務隊列的形式，可以處理類似本地IO（文件或數據庫讀取）的輕量級任務。在具體的處理場景下，可以參考如下做法：
- 對于本地IO讀取，并顯示到界面，建議使用postAtFrontOfQueue
- 對于本地IO寫入，不需要通知界面，建議使用postDelayed
- 一般操作，可以使用post
線程優先級調整
在Android應用中，將耗時任務放入異步線程是一個不錯的選擇，那么為異步線程調整應有的優先級則是一件錦上添花的事情。眾所周知，線程的并行通過CPU的時間片切換實現，對線程優先級調整，最主要的策略就是降低異步線程的優先級，從而使得主線程獲得更多的CPU資源。
Android中的線程優先級和Linux系統進程優先級有些類似，其值都是從-20至19。其中Android中，開發者可以控制的優先級有：
- THREAD_PRIORITY_DEFAULT ，默認的線程優先級，值為0
- THREAD_PRIORITY_LOWEST ，最低的線程級別，值為19
- THREAD_PRIORITY_BACKGROUND 后臺線程建議設置這個優先級，值為10
- THREAD_PRIORITY_MORE_FAVORABLE 相對 THREAD_PRIORITY_DEFAULT 稍微優先，值為-1
- THREAD_PRIORITY_LESS_FAVORABLE 相對 THREAD_PRIORITY_DEFAULT 稍微落后一些，值為1
為線程設置優先級也比較簡單，通用的做法是在run方法體的開始部分加入下列代碼
android.os.Process.setThreadPriority(priority);
通常設置優先級的規則如下：
- 一般的工作者線程，設置成 THREAD_PRIORITY_BACKGROUND
- 對于優先級很低的線程，可以設置 THREAD_PRIORITY_LOWEST
- 其他特殊需求，視業務應用具體的優先級
總結
在Android中工作者線程如此普遍，然而潛在的問題也不可避免，建議在開發者使用工作者線程時，從工作者線程的數量和優先級等方面進行審視，做到較為合理的使用。
來自：http://droidyue.com/blog/2015/12/20/worker-thread-in-android/