### **Android中線程模型** [進程線程](http://note.youdao.com/noteshare?id=de140840a1da668b7f2f7f3facb34620) [Android多線程的四種方式](https://www.jianshu.com/p/2b634a7c49ec) [理解Android線程創建流程](http://www.hmoore.net/alex_wsc/androidsystem/483949) [ActivityThread and ApplicationThread](https://www.2cto.com/kf/201312/269075.html) [Google官網介紹DDMS](https://developer.android.com/studio/profile/monitor.html) **所有Android 應用的線程都對應一個Linux 線程**，虛擬機因而可以更多地依賴操作系統的線程調度和管理機制。不同的應用在不同的進程空間里運行，加之對不同來源的應用都使用不同的Linux用戶來運行，可以最大限度地保護應用的安全和獨立運行。 **Android線程，一般地就是指Android虛擬機線程**，而虛擬機線程是通過系統調用而創建的Linux線程。純粹的Linux線程與虛擬機線程的區別在于虛擬機線程具有運行Java代碼的runtime. **除了虛擬機線程，還有Native線程和其他線程（可以從DDMS工具查看某一進程中的所有線程）**，對于Native線程又分為是否具有訪問Java代碼的兩類線程。 #### **使用DDMS工具查看APP中進程中的線程** 如何更好地使用DDMS工具可參考以下文章 [Android Studio中怎么使用DDMS工具？](https://www.cnblogs.com/gaobig/p/5029381.html) [Android的DDMS中的Threads的各個字段的含義](http://blog.csdn.net/candyliuxj/article/details/7430056) [Android開發調試必備 - 使用DDMS](http://blog.csdn.net/stzy00/article/details/46554529) >[info] 如何驗證一個進程中的線程數目和種類？ > 可以通過IDE編譯工具（eclipse或者AS）安裝一個APP到模擬器或真機，打開DDMS工具，選擇Thread菜單欄，可以看到當前進程中的線程種類和數目 **注意：下面查看的線程信息，是system_process進程中的信息，還有其他進程中信息，可以自行查看。** 運行AndroidDemo, **MainActivity.java** ~~~ public class MainActivity extends Activity { @Override protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) { super.onCreate(savedInstanceState); setContentView(R.layout.activity_main); } } ~~~ **activity_main.xml** ~~~ <RelativeLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android" xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools" android:layout_width="match_parent" android:layout_height="match_parent" android:paddingBottom="@dimen/activity_vertical_margin" android:paddingLeft="@dimen/activity_horizontal_margin" android:paddingRight="@dimen/activity_horizontal_margin" android:paddingTop="@dimen/activity_vertical_margin" tools:context="com.wsc.androiddemo.MainActivity" > <TextView android:layout_width="wrap_content" android:layout_height="wrap_content" android:text="@string/hello_world" /> </RelativeLayout> ~~~ 打開DDMS，選擇**system_process**，查看系統進程中的線程信息。 如下圖所示： :-:  圖1：DDMS分析App線程 :-:  圖2 ：主線程的信息  圖3：android.bg線程中的信息  圖4：ActivityManager線程中的信息 類似圖4中ActivityManager線程的信息的線程還有以下system_process中的線程信息 * android.fg * android.ui * android.io * android.display * PowerManagerService * PackageManager * PackageInstaller * MountService * WifiStateMachine * NetworkStats * NetworkPolicy * Wifi2pService * WifiService * ConnectivityServiceThread * NsdService * ranker * backup * WifiWatchdogStateMachine * WifiManager * WifiScanningSerice * WifiRttService * NetWorkTimeUpdateService * NetWorkMonitorNetWorkAgentInfo * DhcpStateMachine 從上面圖4以及類似的24個線程的信息來看，除了主線程，一創建就會調用Looper類和Message Queue類的方法外，其他的線程（圖4以及類似的24個線程，以及其他的線程）也會調用，**能否得出這些線程一誕生就有一個Looper類的對象和一個MQ(Message Queue)數據結構？這還有待驗證**。 查看當前activity所在的進程中的線程的信息，如下圖5所示 :-:  圖5：App所在進程的線程信息 **結論**： 1. 從上面系統進程和APP進程中線程信息來看，主線程和其他的一些線程的生命周期和它們所在的進程有關，進程被kill殺掉，那么這些線程也就不存在了；在主線程中創建的子線程的生命周期開始于start()方法，終止于run（）函數運行結束。 守護線程的生命周期還和JVM有關系，當別的線程都dead時，JVM會kill掉所有守護線程然后退出。 2. 實驗：在APP主線程創建一個子線程，主線程創建一個handler，用于更新UI；在子線程有一個點擊事件，效果是更改主線程中UI的TextView文本內容改變，結果我們在DDMS中APP所在的進程中，沒有看到這個子線程的創建和消失。 **每一個進程在誕生時，都會誕生一個主線程(Main Thread)，以及誕生一個Looper類的對象和一個MQ(Message Queue)數據結構**。每當主線程作完事情，就會去執行Looper類。此時，不斷地觀察MQ的動態。如下圖： **不同進程的地址空間是獨立的** :-:  圖6：獨立的進程空間 >[info] **備注**：然而，主線程創建一個子線程時，在預設情形下，子線程并不具有自己的Looper對象和MQ。由于沒有Looper對象，就沒有信息回圈(Message Loop)，一旦工作完畢了，此子線程就結束了。 > 既然沒有Looper對象也沒有MQ，也就不能接受外來的Message對象了。則別的線程就無法透過MQ來傳遞信息給它了。 那么，如果別的線程(如主線程)需要與子線程通訊時（這里的意思是主線程傳遞消息 通過handler.sendMessage給子線程），該如何呢? 答案是：替它誕生一個Looper對象和一個MQ就行了。 > 主線程被創建的時候就會默認初始化Looper，因此在主線程中默認可以使用handler，不用手動創建Looper #### **Android 的單線程模型** 當第一次啟動一個程序時， **Android 會同時啟動一個對應的主線程（Main Thread）**。**主線程主要負責處理與UI 相關的事件**，如用戶的按鍵事件，用戶接觸、屏幕的事件以及屏幕繪圖事件，并把相關的事件分發到對應的組件進行處理，所以**主線程通常又被叫作UI 線程**。 >[warning] **注意**： > * ActivityThread，不是主線程，只是運行在主線程的一個對象，從[ActivityThread.java源碼](https://www.androidos.net.cn/android/6.0.1_r16/xref/frameworks/base/core/java/android/app/ActivityThread.java)來說，它只是一個final類。 > * ApplicationThread是ActivityThread的私有內部類，也是一個Binder對象。 * * * * * * * * * * **備注**：主線程中會構造這兩個類的對象。但是**他們不是線程**，你看看繼承關系就可以知道**ApplicationThread是binder, ActivityThread是一個final類也不是真正的線程**。 如果你用ddms查看某一個進程的所有線程，你會發現它只有一個main thread，當然它可能還有binder thread, jdwp, signal catcher等。 ? 一個應用程序對應一個ActivityThread實例，應用程序由activityThread打開消息循環， 同時，一個應用程序也對應一個**ApplicationThread對象**，此對象**是ActivityThread 與 ActivityManagerService連接的橋梁**。 應該不是一個應用程序對應一個ActivityThread實例，而是一個進程對應一個ActivityThread實例，這個進程里面所有的activity對應這一個ActivityThread實例，你可以看看ActivityThread類包含了mActivities。 * * * * * * * * * * 在開發Android 應用程序時必須遵守單線程模型的原則： **Android UI 操作并不是線程安全的， 并且這些操作必須在UI 線程中執行。** 如果在非UI 線程中直接操作Ul 線程，會拋出異常。 工作線程-----要保證應用 UI 的響應能力，關鍵是不能阻塞 UI 線程。如果執行的操作不能很快完成，則應確保它們在單獨的線程（“后臺”或“工作”線程）中運行。 Android 的單線程模式必須遵守兩條規則： * 不要阻塞 UI 線程 * 不要在 UI 線程之外訪問 Android UI 工具包 由于UI 線程負責事件的監昕和繪圖處理，因此**必須保證UI 線程能夠隨時響應用戶的需求**，UI 線程里的操作應該像中斷事件那樣短小，費時的操作（如網絡連接）需要另開線程， 否則，如果UI 線程超過5 s 沒有響應用戶請求， 會彈出對話框提醒用戶終止應用程序。 如果在新開的線程中需要對Ul 線程進行設定，就可能違反單線程模型，因此**Android 采用一種復雜的Message Queue 機制保證線程間的通信。** #### **解析異步消息處理機制** 下圖就是異步消息處理機制流程示意圖  圖7：異步消息處理機制流程示意圖 >[info] **備注**：上圖是Handler消息機制的處理流程，適用于所有的傳遞消息過程：工作線程傳遞消息給主線程，可以是主線程傳遞給工作線程，也可以是各個工作線程之間傳遞消息，還可以是主線程內部傳遞消息。 Android 中的異步消息處理主要由4 個部分組成： Message 、Handler 、MessageQueue 和Looper。 * **Message** Message 是在線程之間傳遞的消息，它可以在內部攜帶少量的信息，用于在不同線程之間交換數據。 * **Handler** Handler 顧名思義也就是處理者的意思，它主要是用于發送和處理消息的。發送消息一般是使用Handler 的sendMessage （）方法，而發出的消息經過一系列地輾轉處理后，最終會傳遞到Handler 的handleMessage （）方法中。 * **MessageQueue** MessageQqeue 是消息隊列的意思，它主要用于存放所有通過Handler 發送的消息。這部分消息會一直存在于消息隊列中，等待被處理。每個線程中只會有一個MessageQueue 對象。 * **Looper** Looper 是每個線程中的MessageQueue 的管家，調用Looper 的loop （）方法后，就會進入到一個無限循環當中，然后每當發現MessageQueue 中存在一條消息，就會將它取出，并傳遞到Handler 的handleMessage （）方法中。每個線程中也只會有一個Looper 對象。 **子線程傳遞消息給UI線程（主線程）的整體流程如下**： 首先需要在主線程當中創建一個Handler 對象，并重寫handleMessage （）方法。然后當子線程中需要進行UI 操作時，就創建一個Message 對象，并通過Handler 將這條消息發送出去。之后這條消息會被添加到MessageQueue 的隊列中等待被處理，而Looper 則會一直嘗試從MessageQueue 中取出待處理消息，最后分發回Handler 的handleMessage （）方法中。由于Handler 是在主線程中創建的，所以此時handleMessage （）方法中的代碼也會在主線程中運行，于是我們在這里就可以安心地進行UI 操作了。 示例代碼如下所示： ~~~ public class MainActivity extends AppCompatActivity implements View.OnClickListener { public static final int UPDATE_TEXT = 1; private TextView text; private Handler handler = new Handler() { public void handleMessage(Message msg) { switch (msg.what) { case UPDATE_TEXT: // 在這里可以進行UI操作 text.setText("Nice to meet you"); break; default: break; } } }; @Override protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) { super.onCreate(savedInstanceState); setContentView(R.layout.activity_main); text = (TextView) findViewById(R.id.text); Button changeText = (Button) findViewById(R.id.change_text); changeText.setOnClickListener(this); } @Override public void onClick(View v) { switch (v.getId()) { case R.id.change_text: new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { Message message = new Message(); message.what = UPDATE_TEXT; handler.sendMessage(message); // 將Message對象發送出去 } }).start(); break; default: break; } } } ~~~ #### **AsyncTask** 不過為了更加方便我們在子線程中對UI 進行操作， Android 還提供了另外一些好用的工具，比如AsyncTask。借助AsyncTask，即使你對異步消息處理機制完全不了解，也可以十分簡單地從子線程切換到主線程。當然， AsyncTask 背后的實現原理也是基于異步消息處理機制的，只是Android 幫我們做了很好的封裝而已。 AsyncTask 允許對用戶界面執行異步操作。它會先阻塞工作線程中的操作，然后在 UI 線程中發布結果，而無需您親自處理線程和處理程序。要使用它，必須**創建 AsyncTask 子類并實現 doInBackground() 回調方法**，該方法將在后臺線程池中運行。要**更新 UI，必須實現 onPostExecute() 以傳遞doInBackground() 返回的結果并在 UI 線程中運行**，這樣，您即可安全更新 UI。稍后，您可以**通過從 UI 線程調用 execute() 來運行任務**。 **AsyncTask 是一個抽象類**，所以如果我們想使用它，就**必須要創建一個子類去繼承它**。在繼承時我們可以為AsyncTask 類指定3個泛型參數，這3個參數的用途如下。 * Params：在執行AsyncTask 時需要傳入的參數，可用于在后臺任務中使用。 * Progress：后臺任務執行時，如果需要在界面上顯示當前的進度，則使用這里指定的泛型作為進度單位。 * Result：當任務執行完畢后，如果需要對結果進行返回，則使用這里指定的泛型作為返回值類型。 目前我們自定義的DownloadTask 還是一個空任務，并不能進行任何實際的操作，我們還需要去重寫AsyncTask 中的幾個方法才能完成對任務的定制。經常需要去重寫的方法有以下4 個。 * onPreExecute() * doInBackground(Params ... ) * onProgressUpdate(Progress ... ) * onPostExecute(Result) AsyncTask 參考文檔： * 可以使用泛型指定參數類型、進度值和任務最終值 * 方法 **doInBackground() 會在工作線程（非UI線程）上自動執行** * **onPreExecute()、onPostExecute() 和 onProgressUpdate() 均在 UI 線程中調用** * doInBackground() 返回的值將發送到 onPostExecute() * 您可以隨時在 doInBackground() 中調用publishProgress()，以在 UI 線程中執行 onProgressUpdate() * 您可以隨時取消任何線程中的任務 #### **Android多線程** 關于Android多線程的知識點補充： 當我們啟動一個App的時候，Android系統會啟動一個Linux Process，該Process包含一個Thread，稱為UI Thread或Main Thread。通常一個應用的所有組件都運行在這一個Process中，當然，你可以通過修改四大組件在Manifest.xml中的代碼塊(`<activity><service><provider><receiver>`)中的**android:process**屬性指定其運行在不同的process中。當一個組件在啟動的時候，如果該process已經存在了，那么該組件就直接通過這個process被啟動起來，并且運行在這個process的UI Thread中。 UI Thread中運行著許多重要的邏輯，如系統事件處理，用戶輸入事件處理，UI繪制，Service，Alarm等 :-:  圖8：UI Thread包含的邏輯 我們編寫的代碼則是穿插在這些邏輯中間，比如對用戶觸摸事件的檢測和響應，對用戶輸入的處理，自定義View的繪制等。如果我們插入的代碼比價耗時，如網絡請求或數據庫讀取，就會阻塞UI線程其他邏輯的執行，從而導致界面卡頓。如果卡頓時間超過5秒，系統就會報ANR錯誤。所以，如果要執行耗時的操作，我們需要另起線程執行。 在新線程執行完耗時的邏輯后，往往需要將結果反饋給界面，進行UI更新。Android的UI toolkit（UI 工具包）不是線程安全的，不能在非UI線程進行UI的更新，所有對界面的更新必須在UI線程進行。 Android UI 工具包組件：來自 android.widget 和 android.view 軟件包的組件。 Android提供了四種常用的操作多線程的方式，分別是： 1. Handler+Thread 2. AsyncTask 3. ThreadPoolExecutor 4. IntentService ##### **Handler+Thread** Android主線程包含一個消息隊列(MessageQueue)，該消息隊列里面可以存入一系列的Message或Runnable對象。通過一個Handler你可以往這個消息隊列發送Message或者Runnable對象，并且處理這些對象。每次你新創建一個Handle對象，它會綁定于創建它的線程(也就是UI線程)以及該線程的消息隊列，從這時起，這個handler就會開始把Message或Runnable對象傳遞到消息隊列中，并在它們出隊列的時候執行它們。 :-:  圖9 ：Handler Thread原理圖 Handler可以把一個Message對象或者Runnable對象壓入到消息隊列中，進而在UI線程中獲取Message或者執行Runnable對象，Handler把壓入消息隊列有兩類方式，Post和sendMessage： **Post方式**： Post允許把一個Runnable對象入隊到消息隊列中。它的方法有： ~~~ post(Runnable) postAtTime(Runnable,long) postDelayed(Runnable,long) ~~~ 對于Handler的Post方式來說，它會傳遞一個Runnable對象到消息隊列中，在這個Runnable對象中，重寫run()方法。一般在這個run()方法中寫入需要在UI線程上的操作。 :-:  圖10：handler post用法 **sendMessage**： sendMessage允許把一個包含消息數據的Message對象壓入到消息隊列中。它的方法有： ~~~ sendEmptyMessage(int) sendMessage(Message) sendMessageAtTime(Message,long) sendMessageDelayed(Message,long) ~~~ Handler如果使用sendMessage的方式把消息入隊到消息隊列中，需要傳遞一個Message對象，而在Handler中，需要重寫handleMessage()方法，用于獲取工作線程傳遞過來的消息，此方法運行在UI線程上。Message是一個final類，所以不可被繼承。 :-:  圖11：handler定義 :-:  圖12：handler sendMessage用法 **優缺點** 1. Handler用法簡單明了，可以將多個異步任務更新UI的代碼放在一起，清晰明了 2. 處理單個異步任務代碼略顯多 **適用范圍** 1. 多個異步任務的更新UI ##### **AsyncTask** [AsyncTask](https://www.androidos.net.cn/android/6.0.1_r16/xref/frameworks/base/core/java/android/os/AsyncTask.java)是android提供的輕量級的異步類,可以直接繼承AsyncTask，在類中實現異步操作，并提供接口反饋當前異步執行的程度(可以通過接口實現UI進度更新)，最后反饋執行的結果給UI主線程。 AsyncTask通過一個阻塞隊列`BlockingQuery<Runnable>`存儲待執行的任務，利用靜態線程池THREAD_POOL_EXECUTOR提供一定數量的線程，默認128個。在Android 3.0以前，默認采取的是并行任務執行器，3.0以后改成了默認采用串行任務執行器，通過靜態串行任務執行器SERIAL_EXECUTOR控制任務串行執行，循環取出任務交給THREAD_POOL_EXECUTOR中的線程執行，執行完一個，再執行下一個。 ~~~ class DownloadTask extends AsyncTask<Integer, Integer, String>{ // AsyncTask<Params, Progress, Result> //后面尖括號內分別是參數（例子里是線程休息時間），進度(publishProgress用到)，返回值類型 @Override protected void onPreExecute() { //第一個執行方法 super.onPreExecute(); } @Override protected String doInBackground(Integer... params) { //第二個執行方法,onPreExecute()執行完后執行 for(int i=0;i<=100;i++){ publishProgress(i); try { Thread.sleep(params[0]); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } return "執行完畢"; } @Override protected void onProgressUpdate(Integer... progress) { //這個函數在doInBackground調用publishProgress時觸發，雖然調用時只有一個參數 //但是這里取到的是一個數組,所以要用progesss[0]來取值 //第n個參數就用progress[n]來取值 tv.setText(progress[0]+"%"); super.onProgressUpdate(progress); } @Override protected void onPostExecute(String result) { //doInBackground返回時觸發，換句話說，就是doInBackground執行完后觸發 //這里的result就是上面doInBackground執行后的返回值，所以這里是"執行完畢" setTitle(result); super.onPostExecute(result); } } ~~~ **優缺點** 1. 處理單個異步任務簡單，可以獲取到異步任務的進度 2. 可以通過cancel方法取消還沒執行完的AsyncTask 3. 處理多個異步任務代碼顯得較多 **適用范圍** 1. 單個異步任務的處理 ##### **ThreadPoolExecutor** ThreadPoolExecutor提供了一組線程池，可以管理多個線程并行執行。這樣一方面減少了每個并行任務獨自建立線程的開銷，另一方面可以管理多個并發線程的公共資源，從而提高了多線程的效率。所以ThreadPoolExecutor比較適合一組任務的執行。Executors利用工廠模式對ThreadPoolExecutor進行了封裝，使用起來更加方便。 :-:  圖13：ThreadPoolExecutor Executors提供了四種創建ExecutorService的方法，他們的使用場景如下： 1. Executors.newFixedThreadPool() 創建一個定長的線程池，每提交一個任務就創建一個線程，直到達到池的最大長度，這時線程池會保持長度不再變化 2. Executors.newCachedThreadPool() 創建一個可緩存的線程池，如果當前線程池的長度超過了處理的需要時，它可以靈活的回收空閑的線程，當需要增加時， 它可以靈活的添加新的線程，而不會對池的長度作任何限制 3. Executors.newScheduledThreadPool() 創建一個定長的線程池，而且支持定時的以及周期性的任務執行，類似于Timer 4. Executors.newSingleThreadExecutor() 創建一個單線程化的executor，它只創建唯一的worker線程來執行任務 **適用范圍** 1. 批處理任務 ##### **IntentService** [IntentService](https://www.androidos.net.cn/android/6.0.1_r16/xref/frameworks/base/core/java/android/app/IntentService.java)繼承自Service，是一個抽象類，是一個經過包裝的輕量級的Service，用來接收并處理通過Intent傳遞的異步請求。客戶端通過調用startService(Intent)啟動一個IntentService，利用一個work線程依次處理順序過來的請求，處理完成后自動結束Service。 特點 1. 一個可以處理異步任務的簡單Service 它使用工作線程逐一處理所有啟動請求。如果您不要求服務同時處理多個請求，這是最好的選擇。 您只需實onHandleIntent() 方法即可，該方法會接收每個啟動請求的 Intent，使您能夠執行后臺工作。 擴展 IntentService 類（IntentService 類是一個抽象類，所以需要實現它的子類）特點 * 1、不需要開啟線程， * 2、不需要關閉服務，它自己關閉 * 3、單線程下載 由于大多數啟動服務都不必同時處理多個請求（實際上，這種多線程情況可能很危險），因此使用 IntentService 類實現服務也許是最好的選擇。 IntentService 執行以下操作： * 創建默認的工作線程，用于在應用的主線程外執行傳遞給 onStartCommand() 的所有 Intent。 * 創建工作隊列，用于將一個 Intent 逐一傳遞給 onHandleIntent() 實現，這樣您就永遠不必擔心多線程問題。 * 在處理完所有啟動請求后停止服務，因此您永遠不必調用 stopSelf()。 * 提供 onBind() 的默認實現（返回 null）。 * 提供 onStartCommand() 的默認實現，可將 Intent 依次發送到工作隊列和 onHandleIntent() 實現。 * 綜上所述，您只需實現 onHandleIntent() 來完成客戶端提供的工作即可。（不過，您還需要為服務提供小型構造函數。） 示例： ~~~ public class HelloIntentService extends IntentService { /** * A constructor is required, and must call the super IntentService(String) * constructor with a name for the worker thread. */ public HelloIntentService() { super("HelloIntentService"); } /** * The IntentService calls this method from the default worker thread with * the intent that started the service. When this method returns, IntentService * stops the service, as appropriate. */ @Override protected void onHandleIntent(Intent intent) { // Normally we would do some work here, like download a file. // For our sample, we just sleep for 5 seconds. long endTime = System.currentTimeMillis() + 5*1000; while (System.currentTimeMillis() < endTime) { synchronized (this) { try { wait(endTime - System.currentTimeMillis()); } catch (Exception e) { } } } } } ~~~ 只需要一個構造函數和一個 onHandleIntent() 實現即可；不需要開線程。 如果您決定還重寫其他回調方法（如 onCreate()、onStartCommand() 或 onDestroy()），請確保調用超類實現（return super.onStartCommand(intent,flags,startId);），以便 IntentService 能夠妥善處理工作線程的生命周期。 例如，onStartCommand() 必須返回默認實現-----return super.onStartCommand(intent,flags,startId);（即，如何將 Intent 傳遞給 onHandleIntent()）： ~~~ @Override public int onStartCommand(Intent intent, int flags, int startId) { Toast.makeText(this, "service starting", Toast.LENGTH_SHORT).show(); return super.onStartCommand(intent,flags,startId); } ~~~ 除 onHandleIntent() 之外，您無需從中調用超類的唯一方法就是 onBind()（僅當服務允許綁定時，才需要實現該方法）。 IntentService 可用于**執行后臺耗時的任務**，當任務執行后它會自動停止， 同時由于IntentService 是服務的原因，這導致它的優先級比單純的線程要高很多，所以IntentService 比較**適合執行一些高優先級的后臺任務**，因為它**優先級高不容易被系統殺死。** 在實現上， IntentService 封裝了HandlerThread 和Handler，這一點可以從它的onCreate方法中看出來，