Android 线程池ThreadPoolExecutor详解

前言

多线程并发是我们在开发中经常遇到的问题，提及线程池，首先我们得了解线程的相关知识。关于线程的详情介绍本文就不提及了，有不太清楚的朋友可以自行查找相关资料，下面简要概述一下进程和线程的概念，为后续内容（线程池）做铺垫。

进程：

每个app运行时前首先创建一个进程，该进程是由Zygote fork出来的，用于承载App上运行的各种Activity/Service等组件。
进程对于上层应用来说是完全透明的，这也是google有意为之，让App程序都是运行在Android Runtime。大多数情况一个App就运行在一个进程中，除非在AndroidManifest.xml中配置Android:process属性，或通过native代码fork进程。

线程：

线程对应用来说非常常见，比如每次new Thread().start都会创建一个新的线程。该线程与App所在进程之间资源共享，从Linux角度来说进程与线程除了是否共享资源外，并没有本质的区别，都是一个task_struct结构体，在CPU看来进程或线程无非就是一段可执行的代码，CPU采用CFS调度算法，保证每个task都尽可能公平的享有CPU时间片。

本文就以下几个问题展开讲解：

1. 线程池的基本概念。

2. 采用线程池的优势。

3. Android 中常用的几种线程池。

4. 如何终止某个线程任务。

一、关于线程池

Android中的线程池的概念来源于Java中的Executor，它们的使用基本是一致的。Executor是一个接口，真正的线程池的实现为ThreadPoolExecutor。ThreadPoolExecutor提供了一系列参数来配置线程池，Android中常用的几种线程池都是通过对ThreadPoolExecutor进行不同配置来实现的。

ThreadPoolExecutor 构造方法

ThreadPoolExecutor 有多个重载方法，但最终都调用了这个构造方法：

 public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,                              int maximumPoolSize,                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                    BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory)

我们可以看到，这个构造方法里一共有7个参数，其参数的含义如下：

corePoolSize: 线程池中核心线程的数量。

maximumPoolSize: 线程池中最大线程数量。

keepAliveTime: 非核心线程的超时时长，当系统中非核心线程闲置时间超过keepAliveTime之后，则会被回收。如果ThreadPoolExecutor的allowCoreThreadTimeOut属性设置为true，则该参数也表示核心线程的超时时长。

unit: keepAliveTime这个参数的单位，有纳秒、微秒、毫秒、秒、分、时、天等。

workQueue: 线程池中的任务队列，该队列主要用来存储已经被提交但是尚未执行的任务。存储在这里的任务是由ThreadPoolExecutor的execute方法提交来的。

threadFactory: 为线程池提供创建新线程的功能，这个我们一般使用默认即可。

handler: 拒绝策略，当线程无法执行新任务时（一般是由于线程池中的线程数量已经达到最大数或者线程池关闭导致的），默认情况下，当线程池无法处理新线程时，会抛出一个RejectedExecutionException。

两个执行的方法

ThreadPoolExecutor有两个方法可以供我们执行，分别是submit()和execute()，我们先来看看这两个方法到底有什么差异

execute()方法源码：

public void execute(Runnable command) {        if (command == null)            throw new NullPointerException();        //获得当前线程的生命周期对应的二进制状态码
        int c = ctl.get();        //判断当前线程数量是否小于核心线程数量,如果小于就直接创建核心线程执行任务,创建成功直接跳出,失败则接着往下走.
        if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {            if (addWorker(command, true))                return;
            c = ctl.get();
        }        //判断线程池是否为RUNNING状态,并且将任务添加至队列中.
        if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {            int recheck = ctl.get();            //审核下线程池的状态,如果不是RUNNING状态,直接移除队列中
            if (! isRunning(recheck) && remove(command))
                reject(command);                //如果当前线程数量为0,则单独创建线程,而不指定任务.
            else if (workerCountOf(recheck) == 0)
                addWorker(null, false);
        }        //如果不满足上述条件,尝试创建一个非核心线程来执行任务,如果创建失败,调用reject()方法.
        else if (!addWorker(command, false))
            reject(command);
    }

execute()方法源码:

public <T> Future<T> submit(Callable<T> task) {        if (task == null) throw new NullPointerException();
        RunnableFuture<T> ftask = newTaskFor(task);        //还是通过调用execute
        execute(ftask);        //最后会将包装好的Runable返回
        return ftask;
    }//将Callable<T> 包装进FutureTask中
    protected <T> RunnableFuture<T> newTaskFor(Callable<T> callable) {        return new FutureTask<T>(callable);
    }//可以看出FutureTask也是实现Runnable接口,因为RunableFuture本身就继承了Runnabel接口public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V> {
    .......
}public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> {
    /**
     * Sets this Future to the result of its computation
     * unless it has been cancelled.
     */
    void run();
}

从上面两个方法的源码我们可以分析出几个结论， 
1. submit()其实还是需要调用execute()去执行任务的,不同是submit()将包装好的任务进行了返回，他会返回一个Future对象。 
2. 从execute()方法中,不难看出addWorker()方法, 是创建线程(核心线程,非核心线程)的主要方法,而reject()方法为线程创建失败的回调。

所以，通常情况下，在不需要线程执行返回结果值时，我们使用execute 方法。 而当我们需要返回值时，则使用submit方法，他会返回一个Future对象。Future不仅仅可以获得一个结果，他还可以被取消，我们可以通过调用future的cancel（）方法，取消一个Future的执行。 比如我们加入了一个线程，但是在这过程中我们又想中断它，则可通过sumbit 来实现。

二、采用线程池的优势？

1. 避免线程频繁创建消毁。

虽然采用Thread 创建线程可以实现耗时操作，但线程的大量创建和销毁，会造成过大的性能开销。

2.避免系统资源紧张。

当大量的线程一起运作的时候，可能会造成资源紧张，上面也介绍过线程底层的机制就是切分CPU的时间，而大量的线程同时存在时可能造成互相抢占资源的现象发生，从而导致阻塞的现象。

3.更好地管理线程。

以下载功能为例，一般情况下，会有限制最大并发下载数目，而利用线程池我们可以灵活根据实际需求来设置同时下载的最大量、串行执行下载任务顺序、实现队列等待等功能。

三、Android 中常用的几种线程池。

3.1 FixedThreadPool

它的源码如下:

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

从源码我们可以看出两个特征：

1.它只有一个传入参数，即固定核心线程数

它只提供了一个nThreads，供外部传入进来，并且它的核心线程数和最大线程数是一样的。这说明在FixedThreadPool中没有非核心线程，所有的线程都是核心线程。

2. 线程的超时时间为0。

这说明核心线程即使在没有任务可执行的时候，也不会被销毁，这样可让FixedThreadPool更快速的响应请求。最后的线程队列是一个LinkedBlockingQueue，但是LinkedBlockingQueue却没有参数，这说明线程队列的大小为Integer.MAX_VALUE（2^31 - 1）

从以上源码参数我们对FixedThreadPool的工作特点应该也有大体的理解了，接下来我们继续分析其他几个线程池。

3.2 SingleThreadExecutor

它的源码如下:

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

从源码我们可以很容易发现 SingleThreadExecutor和FixedThreadPool很像，不同的是SingleThreadExecutor的核心线程数只有1, 也就是只能同时有一个线程被执行。使用它可以避免我们处理线程同步问题。 
打个比喻，它就类似于排队买票，一次只能同时处理一个人的事务。其实如果我们把FixedThreadPool的参数传为1，就和SingleThreadExecutor的作用一致了。

3.3 CachedThreadPool

它的源码如下：

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

从源码可以看到，CachedThreadPool中是没有核心线程的，但是它的最大线程数却为Integer.MAX_VALUE，另外，CachedThreadPool是有线程超时机制的，它的超时时间为60秒。

由于最大线程数为无限大，所以每当添加一个新任务进来的时候，如果线程池中有空闲的线程，则由该空闲的线程执行新任务；如果没有空闲线程，则创建新线程来执行任务。

根据CachedThreadPool的特点，在有大量耗时短的任务请求时，可使用CachedThreadPool，因为当CachedThreadPool中没有新任务的时候，它里边所有的线程都会因为60秒超时而被终止。

3.4 ScheduledThreadPool

它的源码如下：

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

从源码可以看出，它的核心线程数量是固定的，但是非核心线程无穷大。当非核心线程闲置时，则会被立即回收。 
ScheduledThreadPool也是四个当中唯一一个具有定时定期执行任务功能的线程池。它适合执行一些周期性任务或者延时任务。

延时启动任务示例：

ScheduledExecutorService scheduledExecutorService = Executors.newScheduledThreadPool(2);
            Runnable runnable = new Runnable(){                @Override
                public void run() {                    //TODO method();
                }
            };        //延迟一秒执行
        scheduledExecutorService.schedule(runnable, 1, TimeUnit.SECONDS);

延时周期启动任务示例：

ScheduledExecutorService scheduledExecutorService = Executors.newScheduledThreadPool(2);
            Runnable runnable = new Runnable(){                @Override
                public void run() {                    //TODO method();
                }
            };        //延迟三秒后，执行周期一秒的定时任务
        scheduledExecutorService.scheduleAtFixedRate(runnable, 3, 1, TimeUnit.SECONDS);

四、如何终止线程池中的某个线程任务？

一般线程执行完run方法之后，线程就正常结束了，因此有如下几种方式来实现：

4.1 利用 Future 和 Callable。

步骤：

1. 实现 Callable 接口

2. 调用 pool.submit() 方法，返回 Future 对象

3. 用 Future 对象来获取线程的状态。

private void cancelAThread() {
        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);

          Callable<String> callable = new Callable<String>() {            @Override
            public String call() throws Exception {
                System.out.println("test");                return "true";
            }
        };

        Future<String> f = pool.submit(callable);

        System.out.println(f.isCancelled());
        System.out.println(f.isDone());
        f.cancel(true);

    }

4.2 利用 volatile 关键字，设置退出flag， 用于终止线程。

public class ThreadSafe extends Thread {
    public volatile boolean isCancel = false; 
        public void run() { 
        while (!isCancel){           //TODO method(); 
        }
    } 
}

4.3 interrupt()方法终止线程,并捕获异常。

public class ThreadSafe extends Thread {

   @Override
    public void run() { 
        while (!isInterrupted()){ //非阻塞过程中通过判断中断标志来退出
            try{              //TODO method(); 
              //阻塞过程捕获中断异常来退出
            }catch(InterruptedException e){
                e.printStackTrace();                break;//捕获到异常之后，执行break跳出循环。
            }
        }
    } 
}

原文链接：http://www.apkbus.com/blog-873055-77835.html