Android中的线程

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Android中的线程

Android 中的线程

       线程在 Android 中是一个很重要的概念，从用途上来说，线程分为主线程和子线程，主线程主要处理和界面相关的事情，而子线程则往往用于执行耗时操作。由于 Android 的特性，如果在主线程中执行耗时操作那么就会导致程序无法及时地响应，因此耗时操作必须放在子线程中去执行。除了 Thread 本身以外，在 Android 中可以扮演线程角色的还有很多，比如 AsyncTask 和 IntentService，同时 HandlerThread 也是一种特殊的线程。尽管 AsyncTask、IntentService 以及 HandlerThread 的表现形式都有别于传统的线程，但是它们的本质仍然是传统的线程。对于 AsyncTask 来说，它的底层用到了线程池，对于 IntentService 和 HandlerThread 来说，它们的底层则直接使用了线程。

       不同形式的线程虽然都是线程，但是它们仍然具有不同的特性和使用场景。AsyncTask 封装了线程池和 Handler，它主要是为了方便开发者在子线程中更新 UI。HandlerThread 是一种具有消息循环的线程，在它的内部可以使用 Handler。IntentService 是一个服务，系统对其进行了封装使其可以更方便地执行后台任务，IntentService 内部采用 HandlerThread 来执行任务，当任务执行完毕后 IntentService 会自动退出。从任务执行的角度来看，IntentService 的作用很像一个后台线程，但是 IntentService 是一种服务，它不容易被系统杀死从而可以尽量保证任务的执行，而如果是一个后台线程，由于这个时候进程中没有活动的四大组件，那么这个进程的优先级就会非常低，很容易被系统杀死，这就是 IntentService 的优点。

       在操作系统中，线程是操作系统调度的最小单元，同时线程又是一种受限的系统资源，即线程不可能无限制地产生，并且线程的创建和销毁都会有相应的开销。当系统中存在大量的线程时，系统会通过时间片轮转的方式调度每个线程，因此线程不可能做到绝对的并行，除非线程数量小于等于 CPU 的核心数，一般来说这是不可能的。试想一下，如果在一个进程中频繁地创建和销毁线程，这显然不是高效的做法。正确的做法是采用线程池，一个线程池中会缓存一定数量的线程，通过线程池就可以避免因为频繁创建和销毁线程所带来的系统开销。Android 中的线程池来源于 Java，主要是通过 Executor 来派生特定类型的线程池，不同种类的线程池又具有各自的特性。

主线程和子线程

       主线程是指进程所拥有的线程，在 Java 中默认情况下一个进程只有一个线程，这个线程就是主线程。主线程主要处理界面交互相关的逻辑，因为用户随时会和界面发生交互，因此主线程在任何时候都必须有较高的响应速度，否则就会产生一种界面卡顿的感觉。为了保持较高的响应速度，这就要求主线程中不能执行耗时的任务，这个时候子线程就派上用场了。子线程也叫工作线程，除了主线程以外的线程都是子线程。

       Android 沿用了 Java 的线程模型，其中的线程也分为主线程和子线程。应用启动时，系统会为应用创建一个名为“主线程”的执行线程。 此线程非常重要，因为它负责将事件分派给相应的用户界面小部件，其中包括绘图事件。此外，它也是应用与 Android UI 工具包组件（来自 android.widget 和 android.view 软件包的组件）进行交互的线程。因此，主线程也称为 UI 线程。主线程的作用是运行四大组件以及处理它们和用户的交互，而子线程的作用则是执行耗时任务，比如网络请求、I/O操作等。从 Android3.0 开始系统要求网络访问必须在子线程中进行，否则网络访问将会失败并抛出 NetworkMainThreadException 这个异常，这样做是为了避免主线程由于被耗时操作所阻塞从而出现 ANR 现象。

举例说明

       系统不会为每个组件实例创建单独的线程。运行于同一进程的所有组件均在 UI 线程中实例化，并且对每个组件的系统调用均由该线程进行分派。 因此，响应系统回调的方法（比如报告用户操作的 onKeyDown() 或生命周期回调方法）始终在进程的 UI 线程中运行。

       例如，当用户触摸屏幕上的按钮时，应用的 UI 线程会将触摸事件分派给小部件，而小部件反过来又设置其按下状态，并将失效请求发布到事件队列中。 UI 线程从队列中取消该请求并通知小部件应该重绘自身。如果 UI 线程需要处理所有任务，则执行耗时很长的操作将会阻塞整个 UI。 一旦线程被阻塞，将无法分派任何事件，包括绘图事件。如果 UI 线程被阻塞超过特定时间用户就会看到一个显示“应用无响应”(ANR) 文本的对话框。

       此外，Android UI 工具包并非线程安全工具包。因此不能通过工作线程操纵 UI，而只能通过 UI 线程操纵用户界面。 因此，Android 的单线程模式必须遵守两条规则：

  • 不要阻塞 UI 线程
  • 不要在 UI 线程之外访问 Android UI 工具包

       要保证应用 UI 的响应能力，关键是不能阻塞 UI 线程。如果执行的操作不能很快完成，则应确保它们在单独的线程中运行。例如，以下代码演示了一个点击监听器从单独的线程下载图像并将其显示在 ImageView 中：

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public void onClick(View v) {
    new Thread(new Runnable() {
        public void run() {
            Bitmap b = loadImageFromNetwork("http://example.com/image.png");
            mImageView.setImageBitmap(b);
        }
    }).start();
}

       可以看出它创建了一个新线程来处理网络操作，但是它违反了单线程模式的第二条规则：不要在 UI 线程之外访问 Android UI 工具包。在工作线程中修改了 ImageView， 这将使应用运行时出现错误。为解决此问题，Android 提供了几种途径来从其他线程访问 UI 线程：

  • Activity.runOnUiThread(Runnable)
  • View.post(Runnable)
  • View.postDelayed(Runnable, long)

       可以将以上代码修改为

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public void onClick(View v) {
    new Thread(new Runnable() {
        public void run() {
            final Bitmap bitmap = loadImageFromNetwork("http://example.com/image.png");
            mImageView.post(new Runnable() {
                public void run() {
                    mImageView.setImageBitmap(bitmap);
                }
            });
        }
    }).start();
}

       现在，上述实现属于线程安全型：在单独的线程中完成网络操作，而在 UI 线程中操纵 ImageView。此外，也可以使用 AsyncTask 来完成任务。AsyncTask 允许对用户界面执行异步操作。它会先阻塞工作线程中的操作，然后在 UI 线程中发布结果。

       要使用AsyncTask ，必须创建 AsyncTask 的子类并实现 doInBackground() 回调方法，该方法将在后台线程池中运行。 要更新 UI，应该实现 onPostExecute() 方法以传递 doInBackground() 返回的结果并在 UI 线程中运行，以便安全地更新 UI。

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public void onClick(View v) {
    new DownloadImageTask().execute("http://example.com/image.png");
}

private class DownloadImageTask extends AsyncTask<String, Void, Bitmap> {

    protected Bitmap doInBackground(String... urls) {
        return loadImageFromNetwork(urls[0]);
    }

    protected void onPostExecute(Bitmap result) {
        mImageView.setImageBitmap(result);
    }
}

参考资料：
叶志陈_ Android 进程和线程
《Android 开发艺术探索》任玉刚 第11章 Android的线程和线程池11.1主线程和子线程

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