Android 多线程之线程池（一）

作者: JingChen_ | 来源:发表于2020-12-25 16:58 被阅读0次

一为何使用线程池

在我们日常的Android开发中，经常使用多线程来处理异步的任务，第一想到的就是new Thread来创建一个子线程来处理，但是呢，创建一两个还好，但是任务执行完系统会对子线程进行销毁，多个线程频繁地销毁，使性能降低，又非常耗时。

总结一下造成的问题
① 在任务众多的情况下，系统要为每一个任务创建一个线程，而任务执行完毕后会销毁每一个线程，所以会造成线程频繁地创建与销毁。

② 多个线程频繁地创建会占用大量的资源，并且在资源竞争的时候就容易出现问题，同时这么多的线程缺乏一个统一的管理，容易造成界面的卡顿。

③ 多个线程频繁地销毁，会频繁地调用GC机制，这会使性能降低，又非常耗时。

创建的线程过多，缺乏对线程的管理，为了解决这一类问题，才有了线程池

线程池的好处

1、重用线程池中的线程，减少线程的创建和销毁带来的开销。
2、有效的控制线程的最大并发数，避免大量线程之间因为相互抢占系统资源而导致的阻塞现象。
3、提供简单的管理，定时执行，指定间隔循环执行，线程资源常驻及释放。

二线程池工作原理

Android中线程池的概念来源于Java中的Executor，具体实现为 ThreadPoolExecutor。可以通过它的构造参数来创建不同类型的线程池。

线程池可以理解成一个装线程的池子。线程池创建和管理若干线程，在需要使用的时候可以直接从线程池中取出来使用，在任务结束之后闲置等待复用，或者销毁。

线程池中的线程分为两种：核心线程和普通线程。
1、核心线程即线程池中长期存活的线程，即使闲置下来也不会被销毁，需要使用的时候可以直接拿来用。
2、普通线程则有一定的寿命，如果闲置时间超过寿命，则这个线程就会被销毁。

创建线程池需调用ThreadPoolExecutor类，里面有很多种构造方法，但最终都调用了到同一个构造方法

  public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                              ThreadFactory threadFactory) {
        ...
    }

核心数 corePoolSize ：刚才提及到的线程池中核心线程的数量。

情况1:allowCoreThreadTimeout = flase（默认）,核心线程会伴随线程池的整个生命周期一直存活，即使处于闲置
情况2：allowCoreThreadTimeout = true，闲置的核心线程在等待新任务时可触发超时策略，时间间隔为keepAliveTime

最大容量 maximumPoolSize：线程池最大允许保留多少线程。
超时时间 keepAliveTime：线程池中线程的存活时间。
unit：keepAliveTim时间属性的单位
workQueue 任务队列：用于存放待处理的任务的一个阻塞队列
threadFactory：线程工厂可用于设置线程名字等等一般无须设置该参数。

在网上看到一个简单的例子：

    val threadPoolExecutor =
        ThreadPoolExecutor(3, 5, 1, TimeUnit.SECONDS, LinkedBlockingQueue<Runnable>(100))

    create.setOnClickListener {
        for (i in 1..30) {
            val runnable = Runnable {
                try {
                    Thread.sleep(3000)
                    Log.e("Thread++", i.toString())
                    Log.e("当前线程++", Thread.currentThread().name)
                } catch (e: InterruptedException) {
                    e.printStackTrace()
                }
            }
            threadPoolExecutor.execute(runnable)
        }
    }

分析：
① 创建一个线程池，3个核心线程，线程的最大数量为5个，1s的超时时间，一个容量为100的阻塞队列。

② 创建30个任务，每个任务延迟3s后执行，创建完后丢到线程池里面execute。

猜测下点击事件触发后，日志是怎么打印的？
1.每隔3s一个个打印？
2.3s后全部打印出来？
3.每隔3s打印三条？

带着疑惑来分析下，线程池execute后做了什么？这里先具体说下流程，后面再分析源码：
还要回到我们刚自定义创建线程池threadPoolExecutor里面的参数
① 线程池接收一个任务后，根据创建的线程池ThreadPoolExecutor(3, 5, 1, TimeUnit.SECONDS, LinkedBlockingQueue<Runnable>(100))，执行第一个任务时是没有运行的线程的，当运行线程少于核心线程数（corePoolSize）时，就要新建一个线程执行该任务，此时的线程为核心线程。

② 当四个任务要被执行时，由于前三个任务已经占用了3个核心线程，此时就要用到刚才创建的任务队列了，当线程池中运行的线程等于核心线程时，就把后续要执行的任务放进任务队列，等正在执行任务的线程完成后，再从任务队列里面取任务执行。

③ 三秒后，三个任务被执行打印出来，此时3个运行线程处理完当前任务了，就从任务队列取任务执行，也就是说，3个线程分别取了任务执行，后续基本重复该操作。

打印的日志（截取部分，注意日志时间）：

2020-12-24 19:45:17.131 4506-4704/ E/Thread++: 1
2020-12-24 19:45:17.131 4506-4705/ E/Thread++: 2
2020-12-24 19:45:17.131 4506-4704/ E/当前线程++: pool-1-thread-1
2020-12-24 19:45:17.131 4506-4705/ E/当前线程++: pool-1-thread-2
2020-12-24 19:45:17.132 4506-4706/ E/Thread++: 3
2020-12-24 19:45:17.132 4506-4706/ E/当前线程++: pool-1-thread-3
2020-12-24 19:45:20.132 4506-4705/ E/Thread++: 5
2020-12-24 19:45:20.132 4506-4704/ E/Thread++: 4
2020-12-24 19:45:20.132 4506-4704/ E/当前线程++: pool-1-thread-1
2020-12-24 19:45:20.132 4506-4705/ E/当前线程++: pool-1-thread-2
2020-12-24 19:45:20.133 4506-4706/ E/Thread++: 6
2020-12-24 19:45:20.133 4506-4706/ E/当前线程++: pool-1-thread-3
2020-12-24 19:45:23.133 4506-4704/ E/Thread++: 7
2020-12-24 19:45:23.133 4506-4705/ E/Thread++: 8
2020-12-24 19:45:23.133 4506-4706/ E/Thread++: 9
2020-12-24 19:45:23.133 4506-4705/ E/当前线程++: pool-1-thread-2
2020-12-24 19:45:23.133 4506-4704/ E/当前线程++: pool-1-thread-1
2020-12-24 19:45:23.133 4506-4706/ E/当前线程++: pool-1-thread-3
...

可以看到，每个三秒打印3条线程的日志。

那么把队列的设置为25的容量（ThreadPoolExecutor(3, 5, 1, TimeUnit.SECONDS, LinkedBlockingQueue<Runnable>(25))），会是怎么样结果呢？

分析：
当前三个任务执行的时候，把剩余的27个任务放进25容量的队列时，有两个是放不进去的，这个时候就用到我们设定的普通线程了，线程池最大容量为5个线程，其中核心线程为3个，其余的为普通线程，所以当队列放满后，就又要去创建2个线程来执行当前放不进去队列的2个任务。

日志如下（注意时间）：

2020-12-24 20:02:29.365 7188-7264/ E/Thread++: 1
2020-12-24 20:02:29.365 7188-7265/ E/Thread++: 2
2020-12-24 20:02:29.366 7188-7266/ E/Thread++: 3
2020-12-24 20:02:29.366 7188-7266/ E/当前线程++: pool-1-thread-3
2020-12-24 20:02:29.366 7188-7264/ E/当前线程++: pool-1-thread-1
2020-12-24 20:02:29.366 7188-7265/ E/当前线程++: pool-1-thread-2
2020-12-24 20:02:29.368 7188-7267/ E/Thread++: 29
2020-12-24 20:02:29.368 7188-7267/ E/当前线程++: pool-1-thread-4
2020-12-24 20:02:29.369 7188-7268/ E/Thread++: 30
2020-12-24 20:02:29.369 7188-7268/ E/当前线程++: pool-1-thread-5
2020-12-24 20:02:32.367 7188-7264/ E/Thread++: 6
2020-12-24 20:02:32.367 7188-7266/ E/Thread++: 4
2020-12-24 20:02:32.367 7188-7265/t E/Thread++: 5
2020-12-24 20:02:32.367 7188-7266/ E/当前线程++: pool-1-thread-3
2020-12-24 20:02:32.367 7188-7264/ E/当前线程++: pool-1-thread-1
2020-12-24 20:02:32.367 7188-7265/ E/当前线程++: pool-1-thread-2
2020-12-24 20:02:32.368 7188-7267/ E/Thread++: 7
2020-12-24 20:02:32.368 7188-7267/ E/当前线程++: pool-1-thread-4
2020-12-24 20:02:32.370 7188-7268/ E/Thread++: 8
2020-12-24 20:02:32.370 7188-7268/ E/当前线程++: pool-1-thread-5
···

刚开始前三个任务是跟之前一样，第29、30个任务由于放不进队列，由新建普通线程线程来执行，所以才跟前3个任务一起执行。3s后，由于此时有5个线程了，后续工作都由这5个线程从队列里面取任务出来执行。

那么，当任务队列设定24的容量后执行会怎么样呢？

分析：3个核心线程执行前3个任务，把剩下27个，放进24容量的队列，剩下3个，那就需要3个普通线程，但是线程池里面只能再创建2个普通线程，不满足，所以拒绝执行该任务，采取
饱和策略，并抛出RejectedExecutionException异常。

线程池调用execute(runnable)之后的流程：

线程池工作原理.png

三常见的线程池

在Executors工厂类中提供了多种线程池，典型的有以下四种：

FixedThreadPool 固定容量线程池
CachedThreadPool 缓存线程池
ScheduledThreadPool 调度线程池
SingleThreadExecutor 单线程线程池

FixedThreadPool

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

可以看到，创建的时候传了个nThreads，核心线程数为nThreads，最大线程数为nThreads。这个线程池只有核心现场，且核心线程不会超时（keepAliveTime为0L），LinkedBlockingQueue<Runnable>()为无界阻塞队列（无界的容量）。

优点：响应任务的速度快，任务量和吞吐量饱和时，任务处理效率最大化。
缺点：并发能力较弱，吞吐量>任务数量时不可避免会造成资源浪费（主要是内存）。

应用场景：处理需要长期快速响应，无很高的并发效率要求。对批量任务执行无较高的时间等待要求。

CachedThreadPool

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

核心线程数为0，最大线程数无上限，线程超时时间60秒，所有线程均为普通线程。当有新任务到来，则插入到SynchronousQueue中，由于SynchronousQueue是同步队列（一个无法存储元素的队列），因此会在池中寻找可用线程来执行，若有可用线程则执行，若没有可用线程则创建一个线程来执行该任务；若池中线程空闲时间超过指定大小（60秒），则该线程会被销毁。

优点：所有任务都会被立即分配线程执行，几乎可以理解为一个突破手。用于处理集中并发任务。在全部线程都超时后，这个线程池几乎是不占任何系统资源的（我将这里类比为主动new N个普通线程）
缺点：随着任务数量激增可能会导致系统资源匮乏，导致线程阻塞。

应用场景：处理大量耗时较少的任务或者负载较轻的服务器

ScheduledThreadPool

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

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

核心线程数自定，最大线程数无上限，创建一个固定大小的线程池，线程池内线程存活时间无限制，线程池可以支持定时及周期性任务执行，如果所有线程均处于繁忙状态，对于新任务会进入DelayedWorkQueue队列中，这是一种按照超时时间排序的队列结构。

优点：非核心线程10s(DEFAULT_KEEPALIVE_MILLIS为10s)就会被即时回收，释放速度快，吞吐量大于FixedThreadPool 响应速度略高于CachedThreadPool。

应用场景：使用schedule()方法处理定时任务，或处理固定周期的重复任务，执行完后直到下次执行期间，尽量少的占用资源。可以参考这个配置自定义线程池，更好的适应具体场景，比如将DEFAULT_KEEPALIVE_MILLIS 设置为0s，加速资源释放。

SingleThreadExecutor

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
        return new FinalizableDelegatedExecutorService
            (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                     0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                     new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
    }

核心线程数为1，最大线程数为1，也就是说SingleThreadExecutor这个线程池中的线程数固定为1。创建只有一个线程的线程池，且线程的存活时间是无限的；当该线程正繁忙时，对于新任务会进入阻塞队列中(无界的阻塞队列)

应用场景：处理需要线程同步的任务。

Android 多线程之线程池（一）

一为何使用线程池

二线程池工作原理

三常见的线程池

FixedThreadPool

CachedThreadPool

ScheduledThreadPool

SingleThreadExecutor

本章主要讲述了线程池的基本使用和常见的线程池类型，下章将对execute后进行源码分析Android 多线程之线程池（二）

End

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一 为何使用线程池

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