Android 線程池的類型、區別以及為何要用線程池

每個 Android 應用進程在創建時，會同時創建一個線程，我們稱之為主線程，負責更新 UI 界面以及和處理用戶之間的交互，因此，在 Android 中，我們又稱之為 UI 線程。一個進程中 UI 線程只有一個，為了不造成界面卡頓、提高用戶體驗，我們勢必要將一些耗時操作交由子線程來執行。

使用子線程的方式主要分兩種：

• 直接使用 Thread 和 Runnable 等創建子並使用線程

• 使用線程池創建並使用子線程

線程池是什麼

線程池是指在初始化一個多線程應用程式過程中創建一個線程集合，然後在需要執行新的任務時重用這些線程而不是新創建一個線程。線程池中線程的數量通常完全取決於可用記憶體數量和應用程式的需求；每個線程都有被分配一個任務，一旦任務完成了，線程回到池子中並等待下一次分配任務。

一般情況下，推薦使用線程池來創建和使用子線程，不建議使用第一種方式。

為何要用線程池

上面說了，在 Android 開發過程中，建議使用線程池來創建和使用子線程，那麼使用線程池的好處有哪些呢？

• 線程池改進了一個應用程式的響應時間。由於線程池中的線程已經準備好且等待被分配任務，應用程式可以直接拿來使用而不用新建一個線程。

• 線程池節省了 CLR 為每個短生存周期任務創建一個完整的線程開銷並可以在任務完成後回收資源。

• 線程池根據當前在系統中運行的進程來優化線程片。

• 線程池允許我們開啟多個任務而不用為每個線程設置屬性。

• 線程池允許我們為正在執行的任務的程式參數傳遞一個包含狀態信息的對象引用。

• 線程池可以用來解決處理一個特定請求最大線程數量限制問題。

• 系統分配給每個應用的線程棧是固定的，使用線程池可以有效地避免線程棧溢出引起的應用崩潰。

Android 中的線程池

Android 中線程池的真正實現是 ThreadPoolExecutor，其構造方法有 5 個，通過一系列參數來配置線程池。下麵介紹一個比較常用的構造方法及其參數的含義。

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

ThreadPoolExecutor 執行任務時大致遵循如下規則：

1. 如果線程池中的線程數量未達到核心線程的數量，那麼會直接啟動一個核心線程來執行任務。

2. 如果線程池中的線程數量已經達到或超過核心線程的數量，那麼任務會被插入到任務隊列中等待執行。

3. 如果步驟 2 中無法將任務插入到任務隊列，則表示任務隊列已滿。此時，如果線程數量未達到 maximumPoolSize 值，則會立即啟動一個非核心線程來執行任務。

4. 如果步驟 3 中線程數量大於或等於 maximumPoolSize 值，則拒絕執行次任務，此時 ThreadPoolExecutor 會調用 RejectedExecutionHandler 的 rejectedExecution 來通知調用者。

RejectedExecutionHandler 是線程池持有的一個對象，用於不能由 ThreadPoolExecutor 執行的任務的處理

Android 中線程池的類型及區別

Android 中最常見線程池有四種，分別是：FixedThreadPool、CacheThreadPool、ScheduledThreadPool 以及 SingleThreadPool，它們都直接或間接的通過配置 ThreadPoolExecutor 來實現自己的功能特性。

1. FixedThreadPool

線程數量固定的線程池，通過 Executors 的 newFixedThreadPool 方法創建。有兩個重載的創建方法：

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

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

除非線程池被關閉，否則線程不會被回收，即時線程處於空閑狀態。如果在所有線程都處於活動狀態時提交額外的任務，它們將在隊列中等待，直到有一個線程可用為止。由創建方法可知，FixedThreadPool 只有核心線程並且這個核心線程沒有超時機制（keepAliveTime 參數為 0L），加上線程不會被回收，因此使用此類線程池可以快速地響應外界的請求。

2. CacheThreadPool

線程數量不定的線程池，通過 Executors 的 newCachedThreadPool 方法創建。有兩個重載的創建方法：

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

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

CacheThreadPool 有以下個特征：

• 沒有核心線程（ corePoolSize 參數為 0 ），只有非核心線程且非核心線程的數量為 Integer.MAX_VALUE，這就相當於非核心線程的數量可以無限大。

• 線程池的線程處於空閑狀態時，線程池會重用空閑的線程來處理新任務，否則創建新的線程來處理，新創建的線程會添加到線程池中。這將提高執行許多短期非同步任務的程式性能。

• 閑置時間超過 60 秒的空閑線程會被回收（keepAliveTime 參數為 60L ）。因此，閑置時間足夠長的 CacheThreadPool 也不會消耗任何系統資源。

3. ScheduledThreadPool

核心線程數量固定，非核心線程數量不定的線程池，通過 Executors 的 newscheduledthreadpool 方法創建。有兩個重載的創建方法：

public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {
    return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
}

public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(
        int corePoolSize, ThreadFactory threadFactory) {
    return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize, threadFactory);
}

ScheduledThreadPool 相比較其他三種線程池，有特殊性，由 ScheduledThreadPoolExecutor 實現， newscheduledthreadpool 方法也是通過創建 ScheduledThreadPoolExecutor 的實例來完成線程池的創建，代碼如下：

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

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

由 ScheduledThreadPoolExecutor 的構造函數可知， ScheduledThreadPool 的核心線程數量是固定的，由傳入的 corePoolSize 參數決定，非核心線程數量可以無限大。非核心線程閑置回收的超時時間為 10秒（ DEFAULT_KEEPALIVE_MILLIS 的值為 10L ）。這類線程主要用於執行定時任務或者具有周期性的重覆任務。

4. SingleThreadPool

只有一個核心線程，通過 Executors 的 newsinglethreadexecutor 方法創建。有兩個重載的創建方法：

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

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor(ThreadFactory threadFactory) {
    return new FinalizableDelegatedExecutorService
        (new ThreadPoolExecutor(/* corePoolSize*/ 1, /* maximumPoolSize*/ 1,
                                /* keepAliveTime*/ 0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                new LinkedBlockingQueue<Runnable>(),
                                threadFactory));
}

SingleThreadPool 由 代理類 FinalizableDelegatedExecutorService 創建。該線程池只有一個線程（核心線程），並且該線程池的任務隊列是無上限的，這就確保了所有的任務都在同一個線程中順序執行。

註意，如果由於在執行期間出現故障而導致該線程終止，那麼如果需要執行後續任務，則新線程將取而代之。

四類線程池的區別

上面分別對 Android 中常見的 4 種線程池進行了簡單的介紹，除了這 4 種系統提供的線程池外，我們在使用的過程中，也可以根據需要直接通過 ThreadPoolExecutor 的構造函數來靈活的配置線程池。那麼，上述的 4 種線程池，其區別在哪呢？瞭解其區別有助於我們去選擇更為合適的線程池或者直接通過 ThreadPoolExecutor 來配置更靈活的線程池。

FixedThreadPool 線程固定，且不會被回收，能夠更快的響應外界請求。

CachedThreadPool 只有非核心線程，且線程數相當於無限大，任何任務都會被立即執行。比較適合執行大量的耗時較少的任務。

ScheduledThreadPool 主要用於執行定時任務或者具有周期性的重覆任務。

SingleThreadPool 只有一個核心線程，確保所有任務都在同一線程中按順序完成。因此不需要處理線程同步的問題。

參考

• 《Android藝術開發探索》，電子書下載

• Android 官方文檔