Android 线程池使用介绍

本文主要使用 kotlin，讨论 Android 开发中的线程池用法。

我们想使用线程的时候，可以直接创建子线程并启动

Thread { Log.d("rfDev", "rustfisher said: hello") }.start()

如果有大量的异步任务，不想每次都创建子线程。有没有什么把子线程统一管理的方法？

遇到这样的情况，我们可以考虑线程池。线程池解决两个问题：需要执行大量异步任务的时候，减轻每个异步任务的调用开销，提高性能。另外它还能够限制和管理子线程。每个 ThreadPoolExecutor 都维护了一些统计数据，例如已执行的任务数量。

有大量异步任务的时候，可以考虑使用线程池。

预置线程池

代码参考 Android API 29

ThreadPoolExecutor 提供了很多参数，方便开发者调控。线程池的设计者建议开发者使用以下几个工厂方法，Android 中主要有 5 种

newCachedThreadPool() 不限制数量的线程池，能自动回收线程
newFixedThreadPool(int nThreads) 固定数量的线程池
newSingleThreadExecutor() 单一的子线程
newScheduledThreadPool(int corePoolSize) 能执行延时任务或者周期性任务
newWorkStealingPool() 工作窃取线程池

实际上我们在 Android Studio 里输入 Executors.new 的时候，会跳出很多个提示选项。

Executors.new 的智能提示

可缓存线程池

用 Executors.newCachedThreadPool 获得一个可缓存线程池对象，然后让它执行任务。

val tp: ExecutorService = Executors.newCachedThreadPool()
tp.submit { Log.d(TAG, "rustfisher: cached线程池执行任务 3") }

可缓存线程池会在需要的时候创建新的子线程。当原有的线程可用的时候，会复用现有线程。
这个机制适用于执行多个短期异步任务。任务比较小，但是数量大。

调用 execute 方法会先尝试复用已有的可用线程。如果当前没有线程，会新建一个线程并把它添加到池里。
超过 60 秒没有使用的线程会被停止并移除。因此即便长时间不用这个线程池，也不会造成多大的开销。

定长线程池

使用 newFixedThreadPool(int nThreads) 示例

val fixedTp: ExecutorService = Executors.newFixedThreadPool(4)
fixedTp.submit { Log.d(TAG, "rustfisher 定长线程池执行任务") }

静态方法里传入了一个 int 参数 nThreads，表示最大线程数量。
如果当前所有线程都在忙，又有新的任务添加进来。那么任务会在队列中等待，直到有可用的线程来处理任务。

如果有的线程遇到错误而停止了，要执行任务的话，会创建新的线程补上位置。

池里的线程会一直存活，直到线程池停止（ExecutorService#shutdown）。

单一线程池

val singleTp: ExecutorService = Executors.newSingleThreadExecutor()
singleTp.submit { Log.d(TAG, "单一线程池执行任务") }

只拥有 1 个子线程。任务队列不限制任务数量。如果线程遇到问题停止了，接下来又要处理任务时，会新建一个线程来处理。

它能保证任务会按顺序处理，同一时间只能处理 1 个任务。

单一线程池创建后，不能动态修改线程数量。不像 newFixedThreadPool(1) 的定长线程池可以修改线程数。

计划任务线程池

val scheduleTp: ScheduledExecutorService = Executors.newScheduledThreadPool(3)

计划任务线程池能够执行延迟任务和周期任务。

延迟任务

需要设定延时与时间单位

scheduleTp.schedule({ Log.d(TAG, "计划任务1 runnable") }, 300, TimeUnit.MILLISECONDS)
scheduleTp.schedule(Callable { Log.d(TAG, "计划任务2 callable") }, 400, TimeUnit.MILLISECONDS)

周期任务

主要涉及到 2 个方法 scheduleAtFixedRate 和 scheduleWithFixedDelay。

假设任务时间小于周期时间，则按给定周期时间来进行。这两个方法表现一致。

假设任务执行时间大于周期时间，这两个方法有点不同

scheduleAtFixedRate 执行完上一个任务后，用时超过了周期时间，会立刻执行下一个任务。
scheduleWithFixedDelay 在上一个任务执行完毕后，还会等待周期时间，再去执行下一个任务。

工作窃取线程池

Android SDK 大于等于 24，有一种新的线程池，暂且称为“工作窃取线程池”，或者叫“灵活调度线程池”。

if (android.os.Build.VERSION.SDK_INT >= android.os.Build.VERSION_CODES.N) {
    Executors.newWorkStealingPool()
}

线程池维护足够的线程来支持给定的并行度（parallelism level），可能会用多个队列来减少争用。
并行度对应的是活跃的线程最大数，或者能处理任务的线程最大数。

线程的实际数量可能会动态增减。工作窃取线程池不保证按提交顺序来处理任务。

执行任务

执行任务的时候可以传入 Runnable 和 Callable，前面用的都是 Runnable。

用 Callable 的例子

tp.submit(Callable { "OK" })

无返回值任务的调用

无返回值任务用 Callable 和 Runnable 都行。

val tp: ExecutorService = Executors.newCachedThreadPool()
tp.submit { Log.d(TAG, "rustfisher: cached线程池submit runnable") }
tp.execute { Log.d(TAG, "rustfisher: cached线程池execute runnable") }
tp.submit(Callable { Log.d(TAG, "rustfisher: cached线程池submit callable") })

tp.shutdown() // 最后记得用完后停掉线程池

有返回值任务的调用

有返回值的任务需要 Callable 接口。

submit

调用 submit 方法时会返回一个 Future 对象。通过 Future 的 get() 方法可拿到返回值。这里需要注意 get() 是阻塞的，完成任务后，能拿到返回值。

val tp: ExecutorService = Executors.newCachedThreadPool()
val future = tp.submit(Callable {
    return@Callable "callable的返回值"
})
Log.d(TAG, "future get之前 isDone: ${future.isDone}, isCancelled: ${future.isCancelled}")
val res = future.get()
Log.d(TAG, "future get之后 isDone: ${future.isDone}, isCancelled: ${future.isCancelled}")
Log.d(TAG, "future get: $res")

运行 log

future get之前 isDone: false, isCancelled: false
future get之后 isDone: true, isCancelled: false
future get: callable的返回值

invokeAll

对于列表里的任务，可以使用 invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks)，返回一个 Future 的列表。
作为对比，给其中一个任务加上延时。

invokeAll 示例

val tp: ExecutorService = Executors.newFixedThreadPool(5)
val callList = arrayListOf<Callable<String>>(
        Callable {
            Log.d(TAG, "task1 ${Thread.currentThread()}")
            return@Callable "rust"
        },
        Callable {
            Log.d(TAG, "task2 ${Thread.currentThread()}")
            Thread.sleep(1500) // 加上延时
            return@Callable "fisher"
        },
        Callable {
            Log.d(TAG, "task3 ${Thread.currentThread()}")
            return@Callable "列表里面的任务"
        },
)
Log.d(TAG, "invokeAll 准备提交任务")
val futureList = tp.invokeAll(callList)
Log.d(TAG, "invokeAll 已提交任务")
futureList.forEach { f ->
    Log.d(TAG, "任务列表执行结果 ${f.get()}") // 这里会阻塞 别在ui线程里get
}

运行 log，可以看到提交任务后，经过延时，拿到了运行结果。注意看 invokeAll 前后的时间。invokeAll 会阻塞当前线程。使用的时候必须小心，不要在 ui 线程中调用。

2021-09-11 14:40:07.062 16914-16914/com.rustfisher.tutorial2020 D/rfDevTp: invokeAll 准备提交任务
2021-09-11 14:40:07.063 16914-19230/com.rustfisher.tutorial2020 D/rfDevTp: task1 Thread[pool-4-thread-1,5,main]
2021-09-11 14:40:07.063 16914-19231/com.rustfisher.tutorial2020 D/rfDevTp: task2 Thread[pool-4-thread-2,5,main]
2021-09-11 14:40:07.063 16914-19232/com.rustfisher.tutorial2020 D/rfDevTp: task3 Thread[pool-4-thread-3,5,main]
2021-09-11 14:40:08.563 16914-16914/com.rustfisher.tutorial2020 D/rfDevTp: invokeAll 已提交任务
2021-09-11 14:40:08.563 16914-16914/com.rustfisher.tutorial2020 D/rfDevTp: 任务列表执行结果 rust
2021-09-11 14:40:08.563 16914-16914/com.rustfisher.tutorial2020 D/rfDevTp: 任务列表执行结果 fisher
2021-09-11 14:40:08.563 16914-16914/com.rustfisher.tutorial2020 D/rfDevTp: 任务列表执行结果 列表里面的任务

提交了 3 个任务，在 3 个不同的子线程中执行。

invokeAny

invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks) 也是接收 Callable 集合。
然后返回最先执行结束的任务的值，其它未完成的任务将被正常取消掉不会有异常。

invokeAny 示例

val tp: ExecutorService = Executors.newCachedThreadPool()
val callList = arrayListOf<Callable<String>>(
        Callable {
            Thread.sleep(1000) // 设计延时
            return@Callable "rust"
        },
        Callable {
            Thread.sleep(400)
            return@Callable "fisher"
        },
        Callable {
            Thread.sleep(2000)
            return@Callable "列表里面的任务"
        },
)
Log.d(TAG, "invokeAny 提交任务")
val res = tp.invokeAny(callList)
Log.d(TAG, "执行结果 $res")

2021-09-11 14:04:55.253 14066-14066/com.rustfisher.tutorial2020 D/rfDevTp: invokeAny 提交任务
2021-09-11 14:04:55.654 14066-14066/com.rustfisher.tutorial2020 D/rfDevTp: 执行结果 fisher

观察 log 可以看到，最后执行的是“fisher”这个任务。

停止线程池

使用完毕后，记得终止线程池

/*ExecutorService*/ shutdown()
shutdownNow()

shutdown() 在已提交的任务后面创建一个停止命令，并且不再接受新的任务。如果线程池已经停止了，调用这个方法将不生效。

shutdownNow() 方法尝试停止所有执行中的任务，停下等待中的任务。并且返回等待执行的任务列表 List<Runnable>。

参考：

线程介绍 https://an.rustfisher.com/java/thread/thread-class-intro/
Android 使用线程池 https://an.rustfisher.com/android/concurrent/thread-pool-use-intro/

Android 线程池使用介绍

预置线程池

可缓存线程池

定长线程池

单一线程池

计划任务线程池

延迟任务

周期任务

工作窃取线程池

执行任务

无返回值任务的调用

有返回值任务的调用

submit

invokeAll

invokeAny

停止线程池

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