浅谈Android中多线程切换的几种方法

2023-09-18 12:31:05 355

我们知道，多线程是Android开发中必现的场景，很多原生API和开源项目都有多线程的内容，这里简单总结和探讨一下常见的多线程切换方式。

我们先回顾一下Java多线程的几个基础内容，然后再分析总结一些经典代码中对于线程切换的实现方式。

几点基础

多线程切换，大概可以切分为这样几个内容：如何开启多个线程，如何定义每个线程的任务，如何在线程之间互相通信。

Thread

Thread可以解决开启多个线程的问题。

Thread是Java中实现多线程的线程类，每个Thread对象都可以启动一个新的线程，注意是可以启动，也可以不启动新线程：

thread.run();//不启动新线程，在当前线程执行
thread.start();//启动新线程。

另外就是Thread存在线程优先级问题，如果为Thread设置较高的线程优先级，就有机会获得更多的CPU资源，注意这里也是有机会，优先级高的Thread不是必然会先于其他Thread执行，只是系统会倾向于给它分配更多的CPU。

默认情况下，新建的Thread和当前Thread的线程优先级一致。

设置线程优先级有两种方式：

thread.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);//1~10，通过线程设置
Process.setThreadPriority(Process.THREAD_PRIORITY_BACKGROUND);//-20~19，通过进程设置

这两种设置方式是相对独立的，在Android中，一般建议通过Process进程设置优先级。

ThreadPool

Thread本身是需要占用内存的，开启/销毁过量的工作线程会造成过量的资源损耗，这种场景我们一般会通过对资源的复用来进行优化，针对IO资源我们会做IO复用（例如Http的KeepAlive），针对内存我们会做内存池复用（例如Fresco的内存池），针对CPU资源，我们一般会做线程复用，也就是线程池。

所以，在Android开发中，一般不会直接开启大量的Thread，而是会使用ThreadPool来复用线程。

Runnable

Runnable主要解决如何定义每个线程的工作任务的问题。
Runnable是Java中实现多线程的接口，相对Thread而言，Runnable接口更容易扩展（不需要单继承），而且，Thread本身也是一种Runnable：

publicclassThreadimplementsRunnable{

相比Thread而言，Runnable不关注如何调度线程，只关心如何定义要执行的工作任务，所以在实际开发中，多使用Runnable接口完成多线程开发。

Callable

Callable和Runnable基本类似，但是Callable可以返回执行结果。

线程间通信

Thread和Runnable能实现切换到另一个线程工作（Runnable需要额外指派工作线程），但它们完成任务后就会退出，并不注重如何在线程间实现通信，所以切换线程时，还需要在线程间通信，这就需要一些线程间通信机制。

Future

一般来说，如果要做简单的通信，我们最常用的是通过接口回调来实现。

Future就是这样一种接口，它可以部分地解决线程通信的问题，Future接口定义了done、canceled等回调函数，当工作线程的任务完成时，它会（在工作线程中）通过回调告知我们，我们再采用其他手段通知其他线程。

mFuture=newFutureTask(runnable){
@Override
protectedvoiddone(){
...//还是在工作线程里
}
};

Condition

Condition其实是和Lock一起使用的，但如果把它视为一种线程间通信的工具，也说的通。

因为，Condition本身定位就是一种多线程间协调通信的工具，Condition可以在某些条件下，唤醒等待线程。

Locklock=newReentrantLock();
ConditionnotFull=lock.newCondition();//定义Lock的Condition
...
while(count==items.length)
notFull.await();//等待condition的状态
...
notFull.signal();//达到condition的状态

Handler

其实，最完整的线程间通信机制，也是我们最熟悉的线程间通信机制，莫过于Handler通信机制，Handler利用线程封闭的ThreadLocal维持一个消息队列，Handler的核心是通过这个消息队列来传递Message，从而实现线程间通信。

AsyncTask的多线程切换

回顾完多线程的几个基础概念，先来看看简单的多线程切换，Android自带的AsyncTask。

AsyncTask主要在doInBackground函数中定义工作线程的工作内容，在其他函数中定义主线程的工作内容，例如

onPostExecute，这里面必然涉及两个问题：
1.如何实现把doInBackground抛给工作线程
2.如何实现把onPostExecute抛给主线程

其实非常简单，我们先看第一个

1.如何实现把doInBackground抛给工作线程

在使用AsyncTask时，我们一般会创建一个基于AsyncTask的扩展类或匿名类，在其中实现几个抽象函数，例如：

privateclassMyTaskextendsAsyncTask{
@Override
protectedvoidonPreExecute(){...}
@Override
protectedLongdoInBackground(String...params){...}
@Override
protectedvoidonProgressUpdate(Object...values){...}
@Override
protectedvoidonPostExecute(LongaLong){...}
@Override
protectedvoidonCancelled(){...}

然后，我们会实例化这个AsyncTask：

MyTaskmTask=newMyTask();

在AsyncTask源码中，我们看到，构造函数里会创建一个WorkerRunnable：

publicAsyncTask(){
mWorker=newWorkerRunnable(){//这是一个Callable
publicResultcall()throwsException{
...
result=doInBackground(mParams);//在工作线程中执行
...

WorkerRunnable实际上是一个Callable对象，所以，doInBackground是被包在一个Callable对象中了，这个Callable还会被继续包装，最终被交给一个线程池去执行：

RunnablemActive;
...
if((mActive=mTasks.poll())!=null){
THREAD_POOL_EXECUTOR.execute(mActive);//交给线程池执行
}

梳理一下，大致过程为：

定义doInBackground-->被一个Callable调用-->层层包为一个Runnable-->交给线程池执行。

这样就解决了第一个问题，如何实现把doInBackground抛给工作线程。

我们再来看第二个问题。

2.如何实现把onPostExecute抛给主线程

首先，我们要知道工作任务何时执行完毕，就需要在工作完成时触发一个接口回调，也就是前面说过的Future，还是看AsyncTask源码：

publicAsyncTask(){
mWorker=newWorkerRunnable(){
publicResultcall()throwsException{
...
};

mFuture=newFutureTask(mWorker){
@Override
protectedvoiddone(){//Future的回调
try{
postResultIfNotInvoked(get());//get()是FutureTask接口函数
...
}
};
}

这样，我们就知道可以处理onPostExecute函数了，但是，我们还需要把它抛给主线程，主要源码如下：

//mWorker、mFuture和都会指向postResult函数
privateResultpostResult(Resultresult){
@SuppressWarnings("unchecked")
Messagemessage=getHandler().obtainMessage(MESSAGE_POST_RESULT,
newAsyncTaskResult(this,result));
message.sendToTarget();
returnresult;
}
//getHandler()会指向InternalHandler
privatestaticclassInternalHandlerextendsHandler{
publicInternalHandler(){
super(Looper.getMainLooper());//指向MainLooper
}
@SuppressWarnings({"unchecked","RawUseOfParameterizedType"})
@Override
publicvoidhandleMessage(Messagemsg){
AsyncTaskResultresult=(AsyncTaskResult)msg.obj;
switch(msg.what){
caseMESSAGE_POST_RESULT:
//Thereisonlyoneresult
result.mTask.finish(result.mData[0]);//通过handler机制，回到主线程，调用finish函数
...
}
//在Handler中，最终会在主线程中调用finish
privatevoidfinish(Resultresult){
if(isCancelled()){
onCancelled(result);
}else{
onPostExecute(result);//调用onPostExecute接口函数
}
mStatus=Status.FINISHED;
}

从源码可以看到，其实AsyncTask还是通过Handler机制，把任务抛给了主线程。

总体来说，AsyncTask的多线程任务是通过线程池实现的工作线程，在完成任务后利用Future的done回调来通知任务完成，并通过handler机制通知主线程去执行onPostExecute等回调函数。

EventBus的多线程切换

EventBus会为每个订阅事件注册一个目标线程，所以需要从发布事件的线程中，根据注册信息，实时切换到目标线程中，所以，这是个很典型的多线程切换场景。
根据EventBus源码，多线程切换的主要判断代码如下：

switch(subscription.subscriberMethod.threadMode){
casePOSTING:
invokeSubscriber(subscription,event);//直接在当前线程执行
break;
caseMAIN:
if(isMainThread){
invokeSubscriber(subscription,event);//在当前主线程执行
}else{
mainThreadPoster.enqueue(subscription,event);//当然不是主线程，交给主线程执行
}
break;
caseBACKGROUND:
if(isMainThread){
backgroundPoster.enqueue(subscription,event);//当前线程为主线程，交给工作线程
}else{
invokeSubscriber(subscription,event);//直接在当前工作线程执行
}
break;
caseASYNC:
asyncPoster.enqueue(subscription,event);//异步执行
break;
default:
thrownewIllegalStateException("Unknownthreadmode:"+subscription.subscriberMethod.threadMode);
}

所以，在EventBus里，如果需要做线程间切换，主要是抛给不同的任务队列，实现线程间切换。

从任务队列判断，切换目标包括主线程Poster、backgroundPoster和asyncPoster这样三种。

我们先看任务队列的设计：

任务队列

因为EventBus不能判断有哪些任务会并行，所以它采用了队列的设计，多线程任务（EventBus的事件）会先进入队列，然后再处理队列中的工作任务，这是典型的生产--消费场景。
主线程Poster、backgroundPoster和asyncPoster都是任务队列的不同实现。

主线程Poster

负责处理主线程的mainThreadPoster是Handler的子类：

finalclassHandlerPosterextendsHandler{
...
voidenqueue(Subscriptionsubscription,Objectevent){
...
synchronized(this){//因为主线程只有一个，需要线程安全
queue.enqueue(pendingPost);
...
if(!sendMessage(obtainMessage())){//作为handler发送消息
...
//在主线程中处理消息
@Override
publicvoidhandleMessage(Messagemsg){
...
}

从源码可以看出，这个Poster其实是一个Handler，它采用了哪个线程的消息队列，就决定了它能和哪个线程通信，我们确认一下：

EventBus(EventBusBuilderbuilder){
...
mainThreadPoster=newHandlerPoster(this,Looper.getMainLooper(),10);//获取主线程的MainLooper

所以，EventBus是扩展了一个Handler，作为主线程的Handler，通过Handler消息机制实现的多线程切换。

当然，这个Handler本事，又多了一层queue。

backgroundPoster和asyncPoster

backgroundPoster和asyncPoster其实都是使用了EventBus的线程池，默认是个缓存线程池：

privatefinalstaticExecutorServiceDEFAULT_EXECUTOR_SERVICE=Executors.newCachedThreadPool();

所以，backgroundPoster和asyncPoster都是把任务交给线程池处理，这样实现的多线程切换。

不过，backgroundPoster和asyncPoster也有一些不同，我们知道，在newCachedThreadPool中，最大线程数就是Integer的最大值，相当于不设上限，所以可以尽可能多的启动线程，asyncPoster就是这样做的，enqueu和run都没做同步，为每个事件单独开启新线程处理。

而在backgroundPoster中，可以尽量复用线程，主要方法是在run的时候，做个1秒的等待：

@Override
publicvoidrun(){
...
PendingPostpendingPost=queue.poll(1000);//允许等待1秒

因为做了这一秒的挂起等待，在enqueue和run时，都需要用synchronized(this)来确保线程安全。

另外，其实这里面还有个很重要的用法，就是Executors.newCachedThreadPool()中的SynchronousQueue：

publicstaticExecutorServicenewCachedThreadPool(){
returnnewThreadPoolExecutor(0,Integer.MAX_VALUE,
60L,TimeUnit.SECONDS,
newSynchronousQueue());//用于辅助线程切换的阻塞队列
}

这个SynchronousQueue，在OkHttp中也使用了：

//okhttp3.Dispatcher源码
publicsynchronizedExecutorServiceexecutorService(){
if(executorService==null){
executorService=newThreadPoolExecutor(0,Integer.MAX_VALUE,60,TimeUnit.SECONDS,
newSynchronousQueue(),Util.threadFactory("OkHttpDispatcher",false));//用于辅助线程切换的阻塞队列
}
returnexecutorService;
}

SynchronousQueue与普通队列不同，不是数据等线程，而是线程等数据，这样每次向SynchronousQueue里传入数据时，都会立即交给一个线程执行，这样可以提高数据得到处理的速度。

总的来看，EventBus还是采用线程池实现工作线程，采用handler机制通知到主线程。不同在于，它采用的queue的队列方式来管理所有的跨线程请求，而且它利用了SynchronousQueue阻塞队列来辅助实现线程切换。

RxJava的多线程切换

其实在多线程管理这方面，RxJava的线程管理能力是非常令人赞叹的。
RxJava的主要概念是工作流，它可以把一序列工作流定义在一个线程类型上：

myWorkFlow.getActResponse(myParam)
.subscribeOn(Schedulers.io())//指定线程
.xxx//其他操作

这个构建工作流的过程其实挺复杂的，不过如果我们只看线程操作这部分，其实流程非常清晰，我们追踪一下subscribeOn的源码（RxJava2）：

//进入subscribeOn
publicfinalFlowablesubscribeOn(@NonNullSchedulerscheduler){
ObjectHelper.requireNonNull(scheduler,"schedulerisnull");
returnsubscribeOn(scheduler,!(thisinstanceofFlowableCreate));
}
//继续进入subscribeOn
publicfinalFlowablesubscribeOn(@NonNullSchedulerscheduler,booleanrequestOn){
ObjectHelper.requireNonNull(scheduler,"schedulerisnull");
returnRxJavaPlugins.onAssembly(newFlowableSubscribeOn(this,scheduler,requestOn));
}

然后，进入FlowableSubscribeOn类

//进入FlowableSubscribeOn类
publicFlowableSubscribeOn(Flowablesource,Schedulerscheduler,booleannonScheduledRequests){
...
this.scheduler=scheduler;
...
}

@Override
publicvoidsubscribeActual(finalSubscribers){
Scheduler.Workerw=scheduler.createWorker();//根据参数值，如Schedulers.io()创建worker
finalSubscribeOnSubscribersos=newSubscribeOnSubscriber(s,w,source,nonScheduledRequests);//根据worker创建SubscribeOnSubscriber
s.onSubscribe(sos);
w.schedule(sos);
}

这个SubscribeOnSubscriber是个内部类：

SubscribeOnSubscriber(Subscriberactual,Scheduler.Workerworker,Publishersource,booleanrequestOn){
...
this.worker=worker;
...
}
...
voidrequestUpstream(finallongn,finalSubscriptions){
...
worker.schedule(newRequest(s,n));//worker会安排如何执行runnable（Request是一个runnable）
...
}

而这个worker，其实就是我们输入的线程参数，如Schedulers.io()，这个io是这样定义的：

//io.reactivex.schedulers.Schedulers源码
static{
SINGLE=RxJavaPlugins.initSingleScheduler(newSingleTask());

COMPUTATION=RxJavaPlugins.initComputationScheduler(newComputationTask());

IO=RxJavaPlugins.initIoScheduler(newIOTask());

TRAMPOLINE=TrampolineScheduler.instance();

NEW_THREAD=RxJavaPlugins.initNewThreadScheduler(newNewThreadTask());
}
...
staticfinalclassIOTaskimplementsCallable{
@Override
publicSchedulercall()throwsException{
returnIoHolder.DEFAULT;
}
}

staticfinalclassNewThreadTaskimplementsCallable{
@Override
publicSchedulercall()throwsException{
returnNewThreadHolder.DEFAULT;
}
}

staticfinalclassSingleTaskimplementsCallable{
@Override
publicSchedulercall()throwsException{
returnSingleHolder.DEFAULT;
}
}

staticfinalclassComputationTaskimplementsCallable{
@Override
publicSchedulercall()throwsException{
returnComputationHolder.DEFAULT;
}
}
...
staticfinalclassSingleHolder{
staticfinalSchedulerDEFAULT=newSingleScheduler();
}

staticfinalclassComputationHolder{
staticfinalSchedulerDEFAULT=newComputationScheduler();
}

staticfinalclassIoHolder{
staticfinalSchedulerDEFAULT=newIoScheduler();
}

staticfinalclassNewThreadHolder{
staticfinalSchedulerDEFAULT=newNewThreadScheduler();
}

这里的IO，最终会指向一个Scheduler，如IoScheduler：

//io.reactivex.internal.schedulers.IoScheduler源码
...
staticfinalclassEventLoopWorkerextendsScheduler.Worker{//Scheduler.Worker的实现类
...
@NonNull
@Override
publicDisposableschedule(@NonNullRunnableaction,longdelayTime,@NonNullTimeUnitunit){
if(tasks.isDisposed()){
//don'tschedule,weareunsubscribed
returnEmptyDisposable.INSTANCE;
}

returnthreadWorker.scheduleActual(action,delayTime,unit,tasks);//交给线程池
}

这样，Scheculer中的具体任务就交给了某个线程池来处理。

需要特别说明的是，RxJava中调用Android主线程(AndroidSchedulers.mainThread)，其实还是使用了Handler机制：

publicfinalclassAndroidSchedulers{

...
staticfinalSchedulerDEFAULT=newHandlerScheduler(newHandler(Looper.getMainLooper()));

这个HandlerScheduler其实就是实现了Scheduler和Scheduler.Worker内部类。

···
finalclassHandlerSchedulerextendsScheduler{
privatefinalHandlerhandler;

HandlerScheduler(Handlerhandler){
this.handler=handler;
}
privatestaticfinalclassHandlerWorkerextendsWorker{
...
@Override
publicDisposableschedule(Runnablerun,longdelay,TimeUnitunit){
...
handler.sendMessageDelayed(message,Math.max(0L,unit.toMillis(delay)));
···

总的来看，RxJava的多线程切换其实是利用了Scheculer.Worker这个内部类，把任务交给Scheculer的Worker去做，而这个Scheculer的Worker是根据定义的线程来实现了不同的线程池，其实还是交给线程池去处理了。
至于主线程，RxJava也是使用了Handler机制。

总结

小小总结一下，基本上来说，Android中的多线程切换，主要使用Runnable和Callable来定义工作内容，使用线程池来实现异步并行，使用Handler机制来通知主线程，有些场景下会视情况需要，使用Future的接口回调，使用SynchronousQueue阻塞队列等。

以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持毛票票。

浅谈Android中多线程切换的几种方法

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