Android最佳实践之性能 - 多线程

在单独线程执行代码

參考地址：http://developer.android.com/training/multiple-threads/define-runnable.html

Runnable对象，是一个接口，里面仅仅有一个run方法。它仅仅是表示一段能够执行的代码。

说这句话，是说明它并不一定要执行在子线程中。它也能够执行在UI线程。

假设它用来执行一段代码，通常被称为一个任务（Task）。

Thread类和 Runnable类。是非常强大的基础类，它们是强大的Android基础类HandlerThread, AsyncTask和 IntentService的基础，也是ThreadPoolExecutor的基础。

这个类自己主动管理线程和任务队列。甚至能够并行多个异步任务。

定义一个Runnable

public class PhotoDecodeRunnable implements Runnable {
    ...
    @Override
    public void run() {
        /*
         * Code you want to run on the thread goes here
         */
        ...
    }
    ...
}

实现run()方法

在设计上，Runnable对象一般设计在子线程中执行，比方new Thread（new Runnable{}）中。

以下的演示样例中。一開始调用Process.setThreadPriority()方法，传入THREAD_PRIORITY_BACKGROUND。这样能够降低Runnable对象所在线程和UI线程的资源竞争。

你也应该调用Thread.currentThread()。保存一个引用，指向Runnable所在的线程。

class PhotoDecodeRunnable implements Runnable {
...
    /*
     * Defines the code to run for this task.
     */
    @Override
    public void run() {
        // Moves the current Thread into the background
        android.os.Process.setThreadPriority(android.os.Process.THREAD_PRIORITY_BACKGROUND);
        ...
        /*
         * Stores the current Thread in the PhotoTask instance,
         * so that the instance
         * can interrupt the Thread.
         */
        mPhotoTask.setImageDecodeThread(Thread.currentThread());
        ...
    }
...
}

管理多线程

參考地址：http://developer.android.com/training/multiple-threads/create-threadpool.html

假设你仅仅执行task（Runnable）一次，那么上一篇的内容足以；假设你要在不同的数据集中反复执行一个task，但一次也仅仅能执行一个task，IntentService满足你的需求。为了自己主动将资源运用最大化、或同一时候执行多个task，你须要一个多线程管理对象。使用ThreadPoolExecutor，它使用闲置的线程执行队列中的task，你须要做的事就是向队列中加入任务。

一个线程池能够并行执行多个task，所以你要确保你的代码是线程安全的

定义一个线程池（Thread Pool）对象

对线程池使用静态变量

在app中，线程池可能须要单例的：

public class PhotoManager {
    ...
    static  {
        ...
        // Creates a single static instance of PhotoManager
        sInstance = new PhotoManager();
    }
    ...

使用private的构造方法

将构造方法私有化，则不用synchronized块来闭包构造方法：

public class PhotoManager {
    ...
    /**
     * Constructs the work queues and thread pools used to download
     * and decode images. Because the constructor is marked private,
     * it's unavailable to other classes, even in the same package.
     */
    private PhotoManager() {
    ...
    }

使用线程池类中的方法来执行task

在线程池类中加入一个task给任务队列：

public class PhotoManager {
    ...
    // Called by the PhotoView to get a photo
    static public PhotoTask startDownload(
        PhotoView imageView,
        boolean cacheFlag) {
        ...
        // Adds a download task to the thread pool for execution
        sInstance.
                mDownloadThreadPool.
                execute(downloadTask.getHTTPDownloadRunnable());
        ...
    }

在UI线程初始化一个Handler

 private PhotoManager() {
    ...
        // Defines a Handler object that's attached to the UI thread
        mHandler = new Handler(Looper.getMainLooper()) {
            /*
             * handleMessage() defines the operations to perform when
             * the Handler receives a new Message to process.
             */
            @Override
            public void handleMessage(Message inputMessage) {
                ...
            }
        ...
        }
    }

确定线程池參数

初始化一个ThreadPoolExecutor对象，须要以下这些參数：

1、池的初始化size和最大的池size

在线程池中能够使用的线程的数量主要取决于你的设备可用CPU内核的数量:

public class PhotoManager {
...
    /*
     * Gets the number of available cores
     * (not always the same as the maximum number of cores)
     */
    private static int NUMBER_OF_CORES =
            Runtime.getRuntime().availableProcessors();
}

这个数字可能不反映设备物理CPU内核的数量。

一些设备依据系统负载已经关闭一个或多个内核的cpu，对于这些设备，availableProcessors()返回的是可用的内核数，这个数字一般小于内核总数。

2、活跃时间和时间单位

活跃时间指一个线程在关闭之前保持空暇的时间。这个时间的单位由TimeUnit中的常量决定。

3、任务队列

ThreadPoolExecutor持有的任务队列里面是Runnable对象。初始化ThreadPoolExecutor时要传入一个实现了BlockingQueue接口的队列。为满足app需求。你能够选择已有的实现了这个接口的类，以下是LinkedBlockingQueue的样例：

public class PhotoManager {
    ...
    private PhotoManager() {
        ...
        // A queue of Runnables
        private final BlockingQueue<Runnable> mDecodeWorkQueue;
        ...
        // Instantiates the queue of Runnables as a LinkedBlockingQueue
        mDecodeWorkQueue = new LinkedBlockingQueue<Runnable>();
        ...
    }
    ...
}

创建一个线程池

调用ThreadPoolExecutor的构造方法ThreadPoolExecutor()来创建一个线程池：

  private PhotoManager() {
        ...
        // Sets the amount of time an idle thread waits before terminating
        private static final int KEEP_ALIVE_TIME = 1;
        // Sets the Time Unit to seconds
        private static final TimeUnit KEEP_ALIVE_TIME_UNIT = TimeUnit.SECONDS;
        // Creates a thread pool manager
        mDecodeThreadPool = new ThreadPoolExecutor(
                NUMBER_OF_CORES,       // Initial pool size
                NUMBER_OF_CORES,       // Max pool size
                KEEP_ALIVE_TIME,
                KEEP_ALIVE_TIME_UNIT,
                mDecodeWorkQueue);
    }

完整代码下载ThreadSample.zip

在线程池的一个线程上执行代码

參考地址：http://developer.android.com/training/multiple-threads/run-code.html#StopThread

你加入了一个task到任务队列中，当线程池中有线程空暇时，则会执行队列中的task。为节省CPU资源，也能够中断正在执行的线程。

在池里一个线程中执行代码

传一个Runnable到ThreadPoolExecutor.execute()方法中，可開始执行一个任务。这种方法将task加入到这个线程池的工作队列中，当有空暇的线程时，就会取出队列中的任务进行执行：

public class PhotoManager {
    public void handleState(PhotoTask photoTask, int state) {
        switch (state) {
            // The task finished downloading the image
            case DOWNLOAD_COMPLETE:
            // Decodes the image
                mDecodeThreadPool.execute(
                        photoTask.getPhotoDecodeRunnable());
            ...
        }
        ...
    }
    ...
}

中断（Interrupt）执行代码

要结束一个task。你须要中断这个task所在的线程。为了能这样做。在创建task的时候你要保存task所在线程的句柄：

class PhotoDecodeRunnable implements Runnable {
    // Defines the code to run for this task
    public void run() {
        /*
         * Stores the current Thread in the
         * object that contains PhotoDecodeRunnable
         */
        mPhotoTask.setImageDecodeThread(Thread.currentThread());
        ...
    }
    ...
}

调用Thread.interrupt()来中断一个线程。注意，Thread对象是由系统控制的。能够在app进程之外来改动它们。因此，你须要在中断它之前锁住线程中的訪问，在訪问的地方加synchronized代码块。比如：

public class PhotoManager {
    public static void cancelAll() {
        /*
         * Creates an array of Runnables that's the same size as the
         * thread pool work queue
         */
        Runnable[] runnableArray = new Runnable[mDecodeWorkQueue.size()];
        // Populates the array with the Runnables in the queue
        mDecodeWorkQueue.toArray(runnableArray);
        // Stores the array length in order to iterate over the array
        int len = runnableArray.length;
        /*
         * Iterates over the array of Runnables and interrupts each one's Thread.
         */
        synchronized (sInstance) {
            // Iterates over the array of tasks
            for (int runnableIndex = 0; runnableIndex < len; runnableIndex++) {
                // Gets the current thread
                Thread thread = runnableArray[taskArrayIndex].mThread;
                // if the Thread exists, post an interrupt to it
                if (null != thread) {
                    thread.interrupt();
                }
            }
        }
    }
    ...
}

大多数情况下，Thread.interrupt()会直接停止线程。然而，它仅仅会停止waiting的线程。而不会中断正使用CPU和网络任务的线程。为了防止拖慢或锁定系统，你应该在执行某个操作前推断是否中断了：

/*
 * Before continuing, checks to see that the Thread hasn't
 * been interrupted
 */
if (Thread.interrupted()) {
    return;
}
...
// Decodes a byte array into a Bitmap (CPU-intensive)
BitmapFactory.decodeByteArray(
        imageBuffer, 0, imageBuffer.length, bitmapOptions);
...

完整代码下载ThreadSample.zip

UI线程的交互

參考地址：http://developer.android.com/training/multiple-threads/communicate-ui.html

在Android中一般使用Handler，在子线程中将结果发送到UI线程，然后在UI线程操作UI。

在UI线程上定义一个Handler

Handler是Android Framework中管理线程的一部分。一个Handler对象接收消息然后执行一些代码处理这些消息。

一般，在一个新线程中创建一个Handler，你也能够在一个已有的线程中创建Handler。当在UI线程创建Handler。那么 它处理的代码也执行在UI线程。

Looper类也是Android系统管理线程的一部分。在Handler的构造方法中传入这个Looper对象，这个Handler将执行在Looper所在的线程。

private PhotoManager() {
...
    // Defines a Handler object that's attached to the UI thread
    mHandler = new Handler(Looper.getMainLooper()) {
    ...

覆写handleMessage()方法，来处理handler从一个线程中发送的消息。

        /*
         * handleMessage() defines the operations to perform when
         * the Handler receives a new Message to process.
         */
        @Override
        public void handleMessage(Message inputMessage) {
            // Gets the image task from the incoming Message object.
            PhotoTask photoTask = (PhotoTask) inputMessage.obj;
            ...
        }
    ...
    }
}
The next section shows how to tell the Handler to move data.

将数据从Task移动到UI线程

为了将数据从执行在后台线程的task中移动到UI线程，一開始我们要在task类中存数据和UI对象的引用。然后。将task对象和状态码传给被Handler实例化的对象中。然后发送一个包括task和状态码的Message给handler。

由于Handler执行在UI线程。所以它能够将数据送到UI对象中。

// A class that decodes photo files into Bitmaps
class PhotoDecodeRunnable implements Runnable {
    ...
    PhotoDecodeRunnable(PhotoTask downloadTask) {
        mPhotoTask = downloadTask;
    }
    ...
    // Gets the downloaded byte array
    byte[] imageBuffer = mPhotoTask.getByteBuffer();
    ...
    // Runs the code for this task
    public void run() {
        ...
        // Tries to decode the image buffer
        returnBitmap = BitmapFactory.decodeByteArray(
                imageBuffer,
                0,
                imageBuffer.length,
                bitmapOptions
        );
        ...
        // Sets the ImageView Bitmap
        mPhotoTask.setImage(returnBitmap);
        // Reports a status of "completed"
        mPhotoTask.handleDecodeState(DECODE_STATE_COMPLETED);
        ...
    }
    ...
}
...

PhotoTask中也有ImageView和Bitmap的句柄。

虽然它们在同一个对象中，也不能将Bitmap给到ImageView显示，由于它们不在UI线程。

public class PhotoTask {
    ...
    // Gets a handle to the object that creates the thread pools
    sPhotoManager = PhotoManager.getInstance();
    ...
    public void handleDecodeState(int state) {
        int outState;
        // Converts the decode state to the overall state.
        switch(state) {
            case PhotoDecodeRunnable.DECODE_STATE_COMPLETED:
                outState = PhotoManager.TASK_COMPLETE;
                break;
            ...
        }
        ...
        // Calls the generalized state method
        handleState(outState);
    }
    ...
    // Passes the state to PhotoManager
    void handleState(int state) {
        /*
         * Passes a handle to this task and the
         * current state to the class that created
         * the thread pools
         */
        sPhotoManager.handleState(this, state);
    }
    ...
}

PhotoManager接收一个状态码和一个PhotoTask对象的句柄，由于状态是TASK_COMPLETE，创建一个包括状态和Task对象的Message然后发给Handler：

public class PhotoManager {
    ...
    // Handle status messages from tasks
    public void handleState(PhotoTask photoTask, int state) {
        switch (state) {
            ...
            // The task finished downloading and decoding the image
            case TASK_COMPLETE:
                /*
                 * Creates a message for the Handler
                 * with the state and the task object
                 */
                Message completeMessage =
                        mHandler.obtainMessage(state, photoTask);
                completeMessage.sendToTarget();
                break;
            ...
        }
        ...
    }

最后，在Handler.handleMessage()中检測Message中的状态。假设状态是TASK_COMPLETE，则表示task已完毕。PhotoTask中的ImageView须要显示当中的Bitmap对象。由于Handler.handleMessage()执行在UI线程，如今ImageView显示bitmap是同意的。