【Android】线程池的解析

引言

在Android当中根据用途分为主线程与子线程，主线程当中主要处理与界面相关的操作，子线程主要进行耗时操作。除了Thread本身以外，在Android当中还有很多扮演者线程的角色，比如AsyncTask（ 底层为线程池，但是现在并不推荐使用）、IntentService和一个特殊的线程HandlerThread。

对于不同的线程有不同的使用场景，AsyncTask封装了线程池和Handler，主要是为了在子线程里面更新UI。HandlerThread是一种具有消息循环的线程，它的内部可以使用Handler。IntentService是一个服务，系统对内部进行了封装使其更方便的进行后台服务，内部采用HandlerThread来执行任务，当任务执行完毕IntentService会自动退出，它的作用很像一个后台进程（被弃用，WorkManager 或 JobIntentService。WorkManager 是 Google 推荐的用于执行后台任务的解决方案，它支持一次性任务和周期性任务，并能够处理任务的重试、链式依赖等。而 JobIntentService 可以在后台处理任务，并且在需要时重新启动服务，适用于需要向后兼容较旧的 Android 版本的场景）。

在操作系统当中，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，即线程不可以无限制的产生，并且线程的创建和销毁都会有相应的开销。当系统当中存在大量的线程的时候，系统会通过时间片轮转的方式调度线程，因此线程不可能做到绝对的并行，除非线程数量小于CPU的核心数，但一般来说这是不可能的。但是在程序当中频繁创建和销毁线程显然不是高效的做法，应该采用线程池，接下来就看看Android中的线程池吧！

使用线程池的优点

1. 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。
2. 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。
3. 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。

ThreadPoolExecutor

ThreadPoolExecutor 是 Java 中 Executor 框架的一部分，它实现了 Executor 接口和 ExecutorService 接口。这个类允许你创建一个线程池，并且可以控制任务的并发执行，它是线程池的核心实现类。

一共有4个构造方法，接下来我们就看看拥有最多参数的构造方法

1. corePoolSize（核心线程数）

默认情况下线程池是空的，只有提交任务时才会创建线程。如果当前运行的线程数少于corePoolSize，则会创建新的线程来处理任务；如何当前运行的线程数等于或者多于corePoolSize，则不会创建新线程。核心线程通常不会被回收（除非设置了允许回收的核心线程数）。如果调用线程池的prestartAllcoreThread方法，则线程池会提前创建并开启所有的核心线程来处理任务。

2. maximumPoolSize（最大线程数）

这是线程池中允许的最大线程数量，包括核心线程和非核心线程。当队列满了并且正在执行的线程数少于最大线程数时，线程池会尝试创建新的线程来处理任务。如果队列满了且线程数已达到最大线程数，新提交的任务将被拒绝。

3. keepAliveTime（非核心线程空闲存活时间）

这是非核心线程在终止前等待新任务的最长时间。当线程池中的线程数超过核心线程数时，这些额外的线程（非核心线程）在空闲时会等待新任务的到来。如果超过这个时间还没有新任务，线程将被回收。对于核心线程，这个参数无效，除非设置了允许回收的核心线程数（allowCoreThreadTimeOut(true)方法来设置）。

4. unit（时间单位）

这是keepAliveTime参数的时间单位，可以是毫秒、秒、分钟等。

5. workQueue（工作队列）

这是一个阻塞队列，用于存放待执行的任务。当所有核心线程都在忙碌时，新提交的任务会被放入这个队列中。如果队列满了，线程池会尝试创建新的线程来处理任务，直到达到最大线程数。

6. threadFactory（线程工厂）

这是一个ThreadFactory对象，用于创建新线程。线程工厂允许你自定义线程的创建过程，例如设置线程的名称、优先级、守护状态等。默认的线程工厂通常就足够了，但自定义线程工厂可以提供更多的控制和调试信息。

7. handler（拒绝/饱和策略）

这是一个RejectedExecutionHandler对象，用于处理当任务太多，无法被线程池及时处理时的情况，即任务队列和线程池都满了的情况。常见的拒绝策略有：

• AbortPolicy：默认策略，表示无法处理新任务，抛出RejectedExecutionException。
• CallerRunsPolicy：在调用者的线程中执行任务。
• DiscardPolicy：默默丢弃无法处理的任务。
• DiscardOldestPolicy：丢弃队列中最旧的任务，重新提交当前的新任务。

线程池的处理流程与原理

根据流程图我们可以看到，当我们执行ThreadPoolExecutor的execute方法，会有各种的情况：

• 如果线程池中的线程数未达到核心线程数，则创建核心线程处理任务
• 如果线程数大于或等于核心线程数，则将任务加入任务队列，线程池中的空闲线程会不断地从任务队列中取出任务进行处理
• 如果任务队列满了，并且线程数没有达到最大线程数，则创建非核心线程去处理任务
• 如果线程数超过了最大线程数，则执行饱和策略

线程池的种类

我们可以直接或者间接的通过配置来实现自己的线程池的功能特性。

FixedThreadPool

先来看看它的构造函数：

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

• nThreads：核心线程数和最大线程数都被设置为nThreads，这意味着线程池的大小是固定的，不会动态变化。
• 0L：非核心线程的空闲存活时间被设置为0。由于所有线程都是核心线程，这个值实际上并不会影响线程池的行为。
• TimeUnit.MILLISECONDS：空闲存活时间的时间单位是毫秒。
• new LinkedBlockingQueue<Runnable>()：工作队列是一个无界的LinkedBlockingQueue。由于线程池的大小是固定的，这个无界队列意味着如果所有线程都在忙碌，新提交的任务将会被放入队列中，直到队列满为止。

是可重用固定线程数的线程池，在一开始创建就已经规定了线程数，意味着只有核心线程没有非核心线程，即创建的都是核心线程，并且这些线程会一直存活直到线程池被关闭，即使它们处于空闲状态也不会被回收。它的提交任务执行示意图：

CachedThreadPool

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

• 0：核心线程数被设置为0，这意味着线程池在初始时没有任何线程，线程池中的线程都是非核心线程。
• Integer.MAX_VALUE：最大线程数被设置为Integer.MAX_VALUE（约21亿），这意味着线程池理论上可以创建非常多的线程。但由于实际物理和操作系统资源的限制，这个数字通常不会达到。
• 60L：非核心线程的空闲存活时间被设置为60秒。当线程池中的线程空闲超过这个时间，它们将被回收。

CachedThreadPool线程池，它会根据需要创建新线程，但如果线程空闲超过一定时间（默认60秒），则会被回收。这种线程池适合执行很多短期异步任务的程序。

SingleThreadExecutor

SingleThreadExecutor是使用单个线程的线程池，当当前没有运行的线程的时候，就会创建一个新线程来处理任务，如果有运行的线程就将其添加到阻塞队列当中。

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

• 1：核心线程数和最大线程数都被设置为1，这意味着线程池始终只有一个线程。
• 0L：非核心线程的空闲存活时间被设置为0。由于只有一个线程，这个值实际上并不会影响线程池的行为。

ScheduledThreadPool

ScheduledThreadPool是一个能实现和定时和周期性任务的线程池。

public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
}public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE,DEFAULT_KEEPALIVE_MILLIS, MILLISECONDS,new DelayedWorkQueue());
}

new DelayedWorkQueue()：工作队列，这里使用了一个延迟工作队列。这个队列可以存储待执行的任务，并按照任务的延迟时间进行排序，确保最早需要执行的任务可以被优先处理

当执行ScheduledThreadPoolExecutor的scheduleAtFixedRate 或者scheduleWithFixedDelay 方法时,会向 DelayedWorkQueue 添加一个实现 RunnableScheduledFuture 接口的 ScheduledFutureTask(任务的包装类)，并会检查运行的线程数是否达到了corePoolSize(核心线程数)。如果没有达到，则新建线程并启动它，但并不是立即去执行任务，而是去DelayedWorkQueue中取ScheduledFutureTask，然后执行任务。如果运行的线程数达到了corePoolSize时，则将任务添加到 DelayedWorkQueue 中。DelayedWorkQueue 会将任务进行排序，先要执行的任务放在队列的前面。其跟此前介绍的线程池不同的是，当执行完任务后，会将ScheduledFutureTask中的 time变量改为下次要执行的时间并放回 DelayedWorkQueue中。

总结

线程池类型	特点	适用场景	核心线程数	最大线程数	空闲线程存活时间
FixedThreadPool	拥有固定数量的线程，线程数不变。	负载较重的服务器，需要限制线程数量的场景。	固定	固定	无
CachedThreadPool	根据需要创建新线程，空闲线程会被回收。	执行很多短期异步任务的程序。	0	Integer.MAX_VALUE	60秒
ScheduledThreadPool	可以安排在给定延迟后运行命令或定期地执行。	需要任务在后台定期执行或重复执行的程序。	固定	固定	60秒
SingleThreadExecutor	只有一个线程，所有任务按照提交顺序依次执行。	需要保证任务顺序执行的场景。	1	1	无

文章到这里就结束了！