Android中的线程池

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ThreadPoolExecutor 构造方法、线程池分类

       线程池的优点可以概括为以下三点：

  • 重用线程池中的线程，避免因为线程的创建和销毁所带来的性能开销。
  • 能有效控制线程池的最大并发数，避免大量的线程之间因互相抢占系统资源而导致的阻塞现象。
  • 能够对线程进行简单的管理，并提供定时执行以及指定间隔循环执行等功能。

       Android中的线程池概念来源于Java中的Executor，Executor是一个接口，真正的线程池的实现为ThreadPoolExecutor。ThreadPoolExecutor提供了一系列参数来配置线程池，通过不同的参数可以创建不同的线程池，从线程池的功能特性上来说，Android的线程池主要分为4类，这4类线程池可以通过Executors所提供的工厂方法来得到。由于Android中的线程池都是直接或者间接通过配置ThreadPoolExecutor来实现的，因此需要先介绍ThreadPoolExecutor。

ThreadPoolExecutor

       ThreadPoolExecutor是线程池的真正实现，它的构造方法提供了一系列参数来配置线程池。下面介绍ThreadPoolExecutor的构造方法中各个参数的含义，这些参数将会直接影响到线程池的功能特性，下面是ThreadPoolExecutor的一个比较常用的构造方法。

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public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
				int maximunPoolSize,
				long keepAliveTime,
				TimeUnit unit,
				BlockingQueue<Runnable> workQueue,
				ThreadFactory threadFactory)

corePoolSize

       线程池的核心线程数，默认情况下 ，核心线程会在线程池中一直存活，即使它们处于闲置状态。线程池新建线程的时候，如果当前线程总数小于 corePoolSize ，则新建的是核心线程；如果超过corePoolSize，则新建的是非核心线程。如果将ThreadPoolExecutor的allowCoreThreadTimeOut属性设置为true，那么闲置的核心线程在等待新任务到来时有超时策略，这个时间间隔由keepAliveTime所指定，当等待时间超过keepAliveTime所指定的时长后，核心线程就会被终止。

maximumPoolSize

       线程池所能容纳的最大线程数（线程总数 = 核心线程数 + 非核心线程数），当活动线程数达到这个数值后，后续的新任务将会被阻塞。

keepAliveTime

       非核心线程闲置时的超时时长，超过这个时长，非核心线程就会被回收。当ThreadPoolExecutor的allowCoreThreadTimeOut属性设置成true时，keepAliveTime同样会作用于核心线程。

unit

       用于指定keepAliveTime参数的时间单位，这是一个枚举，常用的有TimeUnit.MILLISECONDS(毫秒)，TimeUnit.SECONDS(秒)以及TimeUnit.MINUTES(分钟)等。

workQueue

       线程池中的任务队列，通过线程池的execute方法提交的Runnable对象会存储在这个参数中。一般来说，workQueue有以下四种队列类型：

       SynchronousQueue：（同步队列）这个队列接收到任务的时候，会直接提交给线程处理，而不保留它（名字定义为同步队列）。但有一种情况，假设所有线程都在工作怎么办？这种情况下，SynchronousQueue就会新建一个线程来处理这个任务。所以为了保证不出现错误（线程数达到了maximumPoolSize而不能新建线程），使用这个类型队列的时候，maximumPoolSize一般指定成Integer.MAX_VALUE，即无限大，去规避这个使用风险。

       LinkedBlockingQueue（链表阻塞队列）：这个队列接收到任务的时候，如果当前线程数小于核心线程数，则新建线程(核心线程)处理任务；如果当前线程数等于核心线程数，则进入队列等待。由于这个队列没有最大值限制，即所有超过核心线程数的任务都将被添加到队列中，这也就导致了maximumPoolSize的设定失效，因为总线程数永远不会超过corePoolSize。

       ArrayBlockingQueue（数组阻塞队列）：可以限定队列的长度（既然是数组，那么就限定了大小），接收到任务的时候，如果没有达到corePoolSize的值，则新建线程(核心线程)执行任务，如果达到了，则入队等候，如果队列已满，则新建线程(非核心线程)执行任务，如果总线程数到了maximumPoolSize，并且队列也满了，则发生错误。

       DelayQueue（延迟队列）：队列内元素必须实现Delayed接口，这就意味着你传进去的任务必须先实现Delayed接口。这个队列接收到任务时，首先先入队，只有达到了指定的延时时间，才会执行任务。

threadFactory

       线程工厂，为线程池提供创建新线程的功能。ThreadFactory是一个接口，它只有一个方法：Thread newThread(Runnable r)。

       除了上面的这些主要参数外，ThreadPoolExecutor还有一个不常用的参数RejectedExecutionHandler handler。当线程池无法执行新任务时，这可能是由于任务队列已满或者是无法成功执行任务，这个时候ThreadPoolExecutor会调用handler的rejectedExecution方法来通知调用者，默认情况下rejectedExecution方法会直接抛出一个RejectedExecutionException。ThreadPoolExecutor为RejectedExecutionHandler提供了几个可选值：CallerRunsPolicy、AbortPolicy、DiscardPolicy和DiscardOldestPolicy，其中AbortPolicy是默认值，它会直接抛出RejectedExecutionException，由于handler这个参数不常用，这里就不再具体介绍了。

       ThreadPoolExecutor执行任务时大致遵循以下规则：

  1. 如果线程池中的线程数量未达到核心线程的数量，那么会直接启动一个核心线程来执行任务。

  2. 如果线程池中的线程数量已经达到或者超过核心线程的数量，那么任务会被插入到任务队列中排队等待执行。

  3. 如果在步骤2中无法将任务插入到任务队列中，这往往是由于任务队列已满，这个时候如果线程数量未达到线程池规定的最大值，那么会立刻启动一个非核心线程来执行任务。

  4. 如果步骤3中线程数量已经达到线程池规定的最大值，那么就拒绝执行此任务，ThreadPoolExecutor会调用RejectedExecutionHandler的rejectedExecution方法来通知调用者。

       ThreadPoolExecutor的参数配置在AsyncTask中有明显的体现，下面是AsyncTask中的线程池的配置情况：

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private static final int CPU_COUNT=Runtime.getRuntime().availableProcessors();
private static final int CORE_POOL_SIZE=CPU_COUNT+1;
private static final int MAXMIUM_POOL_SIZE=CPU_COUNT*2+1;
private static final int KEEP_ALIVE=1;

private static final ThreadFactory sThreadFactory=new ThreadFactory(){
    private final AtomicInteger mCount=new AtomicInteger(1);

    public Thread newThread(Runnable r){
        return new Thread(r,"AsyncTask #"+mCount.getAndIncrement());
    }
};

private static final BlockingQueue<Runnable> sPoolWorkQueue=new LinkedBlockingQueue<Runnable>(128);

public static final Executor THREAD_POOL_EXECUTOR=new ThreadPoolExecutor(CORE_POOL_SIZE,MAXIMUM_POOL_SIZE,KEEP_ALIVE,TimeUnit.SECONDS,sPoolWorkQueue,sThreadFactory);

       从上面的代码可以知道，AsyncTask对THREAD_POOL_EXECUTOR这个线程池进行了配置，配置后的线程池规格如下：

  1. 核心线程数等于CPU核心数+1；
  2. 线程池的最大线程数为CPU核心数的2倍+1；
  3. 核心线程无超时机制，非核心线程在闲置时的超时时间为1秒；
  4. 任务队列的容量为128。

线程池的分类

       下面介绍Android中最常见的四类具有不同功能特性的线程池，它们都直接或者间接地通过配置ThreadPoolExecutor来实现自己的功能特性，这四类线程池分别是FixedThreadPool、CachedThreadPool、ScheduledThreadPool和SingleThreadPool。

FixedThreadPool

       通过Executors的newFixedThreadPool方法来创建。它是一种线程数量固定的线程池，当线程处于空闲状态时，它们并不会被回收，除非线程池被关闭了（调用shutdown）。当所有的线程都处于活动状态时，新任务都会处于等待状态，直到有线程空闲出来。由于FixedThreadPool只有核心线程并且这些核心线程不会被回收，这意味着它能够更加快速地响应外界的请求。newFixedThreadPool方法的实现如下，可以发现FixedThreadPool中只有核心线程并且这些核心线程没有超时机制，另外任务队列也是没有大小限制的。

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public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads){
    return new ThreadPoolExecutor(nThreads,nThreads,
					    0L,TimeUnit.MILLISECONDS,
                                  new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}

CachedThreadPool

       通过Executors的newCachedThreadPool方法来创建。它是一种线程数量不定的线程池，它只有非核心线程，并且其最大线程数为Integer.MAX_VALUE。由于Integer.MAX_VALUE是一个很大的数，实际上就相当于最大线程数可以任意大。当线程池中的线程都处于活动状态时，线程池会创建新的线程来处理新任务，否则就会利用空闲的线程来处理新任务。线程池中的空闲线程都有超时机制，这个超时时长为60秒，超过60秒闲置线程就会被回收。和FixedThreadPool不同的是，CachedThreadPool的任务队列其实相当于一个空集合，这将导致任何任务都会立即被执行，因为在这种场景下SynchronousQueue是无法插入任务的。SynchronousQueue是一个非常特殊的队列，在很多情况下可以把它简单理解为一个无法存储元素的队列，由于它在实际中较少使用，这里就不深入探讨它了。从CachedThreadPool的特性来看，这类线程池比较适合执行大量的耗时较少的任务。当整个线程池都处于闲置状态时，线程池中的线程都会超时而被停止，这个时候CachedThreadPool之中实际上是没有任何线程的，它几乎是不占用任何系统资源的。newCachedThreadPool方法的实现如下：

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public static ExecutorService newCachedThreadPool(){
    return new ThreadPoolExecutor(0,Integer.MAX_VALUE,
					    60L,TimeUnit.SECONDS,
					    new SynchronousQueue<Runnable>());
}

ScheduledThreadPool

       通过Executors的newScheduledThreadPool方法来创建。它的核心线程数量是固定的，而非核心线程数是没有限制的，并且当非核心线程闲置时会被立即回收。ScheduledThreadPool这类线程池主要用于执行定时任务和具有固定周期的重复任务，newScheduledThreadPool方法的实现如下所示：

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public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize){
    return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
}

public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize){
    super(corePoolSize,Integer.MAX_VALUE,0,NANOSECONDS,new DelayedWorkQueue());
}

SingleThreadPool

       通过Executors的newSingleThreadExecutor方法来创建。这类线程池内部只有一个核心线程，它确保所有的任务都在同一个线程中按顺序执行。SingleThreadExecutor的意义在于统一所有的外界任务到一个线程中，这使得在这些任务之间不需要处理线程同步的问题。newSingleThreadExecutor方法的实现如下：

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public static ExecotorService newSingleThreadExecutor(){
    reutrn new FinalizableDelegatedExecutorService
	(new ThreadPoolExecutor(1,1,
					0L,TimeUnit.MILLSECONDS,
					new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
}

       上面对Android中常见的4种线程池进行了详细的介绍，除了上面系统提供的4类线程池以外，也可以根据实际需要灵活地配置线程池。下面的代码演示了系统预置的4种线程池的典型使用方法。

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Runnable command = new Runnable(){  
	@Override  
	public void run(){  
		SystemClock.sleep(2000);  
	}  
};  

ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(4);  
fixedThreadPool.execute(command);  

ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();  
cachedThreadPool.execute(command);  

ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(4);  
//2000ms后执行command  
scheduledThreadPool.schedule(command,2000,TimeUnit.MILLISECONDS);  
//延迟10ms后，每隔1000ms执行一次command  
scheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(command,10,1000,TimeUnit.MILLISECONDS);  

ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();  
singleThreadExecutor.execute(command);

参考资料：
《Android 开发艺术探索》任玉刚 第11章 11.3 Android中的线程池
骑小猪看流星 必须要理清的Java线程池

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