浅谈Android中多线程切换的几种方法

我们知道，多线程是Android开发中必现的场景，很多原生API和开源项目都有多线程的内容，这里简单总结和探讨一下常见的多线程切换方式。

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我们先回顾一下Java多线程的几个基础内容，然后再分析总结一些经典代码中对于线程切换的实现方式。

几点基础

多线程切换，大概可以切分为这样几个内容：如何开启多个线程，如何定义每个线程的任务，如何在线程之间互相通信。

Thread

Thread可以解决开启多个线程的问题。

Thread是Java中实现多线程的线程类，每个Thread对象都可以启动一个新的线程，注意是可以启动，也可以不启动新线程：

thread.run();//不启动新线程，在当前线程执行
thread.start();//启动新线程。

另外就是Thread存在线程优先级问题，如果为Thread设置较高的线程优先级，就有机会获得更多的CPU资源，注意这里也是有机会，优先级高的Thread不是必然会先于其他Thread执行，只是系统会倾向于给它分配更多的CPU。

默认情况下，新建的Thread和当前Thread的线程优先级一致。

设置线程优先级有两种方式：

thread.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);//1~10，通过线程设置
Process.setThreadPriority(Process.THREAD_PRIORITY_BACKGROUND);//-20~19，通过进程设置

这两种设置方式是相对独立的，在Android中，一般建议通过Process进程设置优先级。

ThreadPool

Thread本身是需要占用内存的，开启/销毁过量的工作线程会造成过量的资源损耗，这种场景我们一般会通过对资源的复用来进行优化，针对IO资源我们会做IO复用（例如Http的KeepAlive），针对内存我们会做内存池复用（例如Fresco的内存池），针对CPU资源，我们一般会做线程复用，也就是线程池。

所以，在Android开发中，一般不会直接开启大量的Thread，而是会使用ThreadPool来复用线程。

Runnable

Runnable主要解决如何定义每个线程的工作任务的问题。
Runnable是Java中实现多线程的接口，相对Thread而言，Runnable接口更容易扩展（不需要单继承），而且，Thread本身也是一种Runnable：

public class Thread implements Runnable {

相比Thread而言，Runnable不关注如何调度线程，只关心如何定义要执行的工作任务，所以在实际开发中，多使用Runnable接口完成多线程开发。

Callable

Callable和Runnable基本类似，但是Callable可以返回执行结果。

线程间通信

Thread和Runnable能实现切换到另一个线程工作（Runnable需要额外指派工作线程），但它们完成任务后就会退出，并不注重如何在线程间实现通信，所以切换线程时，还需要在线程间通信，这就需要一些线程间通信机制。

Future

一般来说，如果要做简单的通信，我们最常用的是通过接口回调来实现。

Future就是这样一种接口，它可以部分地解决线程通信的问题，Future接口定义了done、canceled等回调函数，当工作线程的任务完成时，它会（在工作线程中）通过回调告知我们，我们再采用其他手段通知其他线程。

  mFuture = new FutureTask(runnable) {
   @Override
   protected void done() {
    ...//还是在工作线程里
   }
  };

Condition

Condition其实是和Lock一起使用的，但如果把它视为一种线程间通信的工具，也说的通。

因为，Condition本身定位就是一种多线程间协调通信的工具，Condition可以在某些条件下，唤醒等待线程。

 Lock lock = new ReentrantLock();
 Condition notFull = lock.newCondition(); //定义Lock的Condition
...
 while (count == items.length)
    notFull.await();//等待condition的状态
...
 notFull.signal();//达到condition的状态

Handler

其实，最完整的线程间通信机制，也是我们最熟悉的线程间通信机制，莫过于Handler通信机制，Handler利用线程封闭的ThreadLocal维持一个消息队列，Handler的核心是通过这个消息队列来传递Message，从而实现线程间通信。

AsyncTask的多线程切换

回顾完多线程的几个基础概念，先来看看简单的多线程切换，Android自带的AsyncTask。

AsyncTask主要在doInBackground函数中定义工作线程的工作内容，在其他函数中定义主线程的工作内容，例如

onPostExecute，这里面必然涉及两个问题：
1.如何实现把doInBackground抛给工作线程
2.如何实现把onPostExecute抛给主线程

其实非常简单，我们先看第一个

1.如何实现把doInBackground抛给工作线程

在使用AsyncTask时，我们一般会创建一个基于AsyncTask的扩展类或匿名类，在其中实现几个抽象函数，例如：

 private class MyTask extends AsyncTask {
  @Override
  protected void onPreExecute() {... }
  @Override
  protected Long doInBackground(String... params) {... }
  @Override
  protected void onProgressUpdate(Object... values) {... }
  @Override
  protected void onPostExecute(Long aLong) {... }
  @Override
  protected void onCancelled() {... }

然后，我们会实例化这个AsyncTask：

MyTask mTask = new MyTask();

在AsyncTask源码中，我们看到，构造函数里会创建一个WorkerRunnable：

 public AsyncTask() {
  mWorker = new WorkerRunnable() {//这是一个Callable
   public Result call() throws Exception {
    ...
     result = doInBackground(mParams);//在工作线程中执行
     ...

WorkerRunnable实际上是一个Callable对象，所以，doInBackground是被包在一个Callable对象中了，这个Callable还会被继续包装，最终被交给一个线程池去执行：

Runnable mActive;
...
if ((mActive = mTasks.poll()) != null) {
 THREAD_POOL_EXECUTOR.execute(mActive);//交给线程池执行
}

梳理一下，大致过程为：

定义doInBackground-->被一个Callable调用-->层层包为一个Runnable-->交给线程池执行。

这样就解决了第一个问题，如何实现把doInBackground抛给工作线程。

我们再来看第二个问题。

2.如何实现把onPostExecute抛给主线程

首先，我们要知道工作任务何时执行完毕，就需要在工作完成时触发一个接口回调，也就是前面说过的Future，还是看AsyncTask源码：

public AsyncTask() {
  mWorker = new WorkerRunnable() {
   public Result call() throws Exception {
    ...
  };

  mFuture = new FutureTask(mWorker) {
   @Override
   protected void done() {//Future的回调
    try {
     postResultIfNotInvoked(get());//get()是FutureTask接口函数
    ...
   }
  };
 }

这样，我们就知道可以处理onPostExecute函数了，但是，我们还需要把它抛给主线程，主要源码如下：

 //mWorker、mFuture和都会指向postResult函数
 private Result postResult(Result result) {
  @SuppressWarnings("unchecked")
  Message message = getHandler().obtainMessage(MESSAGE_POST_RESULT,
    new AsyncTaskResult(this, result));
  message.sendToTarget();
  return result;
 }
 //getHandler()会指向InternalHandler
 private static class InternalHandler extends Handler {
  public InternalHandler() {
   super(Looper.getMainLooper());//指向MainLooper
  }
  @SuppressWarnings({"unchecked", "RawUseOfParameterizedType"})
  @Override
  public void handleMessage(Message msg) {
   AsyncTaskResult<?> result = (AsyncTaskResult<?>) msg.obj;
   switch (msg.what) {
    case MESSAGE_POST_RESULT:
     // There is only one result
     result.mTask.finish(result.mData[0]);//通过handler机制，回到主线程，调用finish函数
  ...
 }
 //在Handler中，最终会在主线程中调用finish
 private void finish(Result result) {
  if (isCancelled()) {
   onCancelled(result);
  } else {
   onPostExecute(result);//调用onPostExecute接口函数
  }
  mStatus = Status.FINISHED;
 }

从源码可以看到，其实AsyncTask还是通过Handler机制，把任务抛给了主线程。

总体来说，AsyncTask的多线程任务是通过线程池实现的工作线程，在完成任务后利用Future的done回调来通知任务完成，并通过handler机制通知主线程去执行onPostExecute等回调函数。

EventBus的多线程切换

EventBus会为每个订阅事件注册一个目标线程，所以需要从发布事件的线程中，根据注册信息，实时切换到目标线程中，所以，这是个很典型的多线程切换场景。
根据EventBus源码，多线程切换的主要判断代码如下：

  switch (subscription.subscriberMethod.threadMode) {
   case POSTING:
    invokeSubscriber(subscription, event);//直接在当前线程执行
    break;
   case MAIN:
    if (isMainThread) {
     invokeSubscriber(subscription, event);//在当前主线程执行
    } else {
     mainThreadPoster.enqueue(subscription, event);//当然不是主线程，交给主线程执行
    }
    break;
   case BACKGROUND:
    if (isMainThread) {
     backgroundPoster.enqueue(subscription, event);//当前线程为主线程，交给工作线程
    } else {
     invokeSubscriber(subscription, event);//直接在当前工作线程执行
    }
    break;
   case ASYNC:
    asyncPoster.enqueue(subscription, event);//异步执行
    break;
   default:
    throw new IllegalStateException("Unknown thread mode: " + subscription.subscriberMethod.threadMode);
  }

所以，在EventBus里，如果需要做线程间切换，主要是抛给不同的任务队列，实现线程间切换。

从任务队列判断，切换目标包括主线程Poster、backgroundPoster和asyncPoster这样三种。

我们先看任务队列的设计：

任务队列

因为EventBus不能判断有哪些任务会并行，所以它采用了队列的设计，多线程任务（EventBus的事件）会先进入队列，然后再处理队列中的工作任务，这是典型的生产--消费场景。
主线程Poster、backgroundPoster和asyncPoster都是任务队列的不同实现。

主线程Poster

负责处理主线程的mainThreadPoster是Handler的子类：

final class HandlerPoster extends Handler {
...
 void enqueue(Subscription subscription, Object event) {
  ...
  synchronized (this) {//因为主线程只有一个，需要线程安全
   queue.enqueue(pendingPost);
   ...
    if (!sendMessage(obtainMessage())) {//作为handler发送消息
     ...
 //在主线程中处理消息
 @Override
 public void handleMessage(Message msg) {
   ...
}

从源码可以看出，这个Poster其实是一个Handler，它采用了哪个线程的消息队列，就决定了它能和哪个线程通信，我们确认一下：

 EventBus(EventBusBuilder builder) {
  ...
  mainThreadPoster = new HandlerPoster(this, Looper.getMainLooper(), 10);//获取主线程的MainLooper

所以，EventBus是扩展了一个Handler，作为主线程的Handler，通过Handler消息机制实现的多线程切换。

当然，这个Handler本事，又多了一层queue。

backgroundPoster和asyncPoster

backgroundPoster和asyncPoster其实都是使用了EventBus的线程池，默认是个缓存线程池：

private final static ExecutorService DEFAULT_EXECUTOR_SERVICE = Executors.newCachedThreadPool();

所以，backgroundPoster和asyncPoster都是把任务交给线程池处理，这样实现的多线程切换。

不过，backgroundPoster和asyncPoster也有一些不同，我们知道，在newCachedThreadPool中，最大线程数就是Integer的最大值，相当于不设上限，所以可以尽可能多的启动线程，asyncPoster就是这样做的，enqueu和run都没做同步，为每个事件单独开启新线程处理。

而在backgroundPoster中，可以尽量复用线程，主要方法是在run的时候，做个1秒的等待：

 @Override
 public void run() { 
  ...
  PendingPost pendingPost = queue.poll(1000);//允许等待1秒

因为做了这一秒的挂起等待，在enqueue和run时，都需要用synchronized (this) 来确保线程安全。

另外，其实这里面还有个很重要的用法，就是Executors.newCachedThreadPool()中的SynchronousQueue：

 public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
  return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
          60L, TimeUnit.SECONDS,
          new SynchronousQueue());//用于辅助线程切换的阻塞队列
 }

这个SynchronousQueue，在OkHttp中也使用了：

 //okhttp3.Dispatcher源码
 public synchronized ExecutorService executorService() {
 if (executorService == null) {
  executorService = new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE, 60, TimeUnit.SECONDS,
   new SynchronousQueue(), Util.threadFactory("OkHttp Dispatcher", false));//用于辅助线程切换的阻塞队列
 }
 return executorService;
 }

SynchronousQueue与普通队列不同，不是数据等线程，而是线程等数据，这样每次向SynchronousQueue里传入数据时，都会立即交给一个线程执行，这样可以提高数据得到处理的速度。

总的来看，EventBus还是采用线程池实现工作线程，采用handler机制通知到主线程。不同在于，它采用的queue的队列方式来管理所有的跨线程请求，而且它利用了SynchronousQueue阻塞队列来辅助实现线程切换。

RxJava的多线程切换

其实在多线程管理这方面，RxJava的线程管理能力是非常令人赞叹的。
RxJava的主要概念是工作流，它可以把一序列工作流定义在一个线程类型上：

myWorkFlow.getActResponse(myParam)
    .subscribeOn(Schedulers.io())//指定线程
    .xxx//其他操作

这个构建工作流的过程其实挺复杂的，不过如果我们只看线程操作这部分，其实流程非常清晰，我们追踪一下subscribeOn的源码（RxJava2）：

 //进入subscribeOn
 public final Flowable subscribeOn(@NonNull Scheduler scheduler) {
  ObjectHelper.requireNonNull(scheduler, "scheduler is null");
  return subscribeOn(scheduler, !(this instanceof FlowableCreate));
 }
 //继续进入subscribeOn
 public final Flowable subscribeOn(@NonNull Scheduler scheduler, boolean requestOn) {
  ObjectHelper.requireNonNull(scheduler, "scheduler is null");
  return RxJavaPlugins.onAssembly(new FlowableSubscribeOn(this, scheduler, requestOn));
 }

然后，进入FlowableSubscribeOn类

 //进入FlowableSubscribeOn类
  public FlowableSubscribeOn(Flowable source, Scheduler scheduler, boolean nonScheduledRequests) {
  ...
  this.scheduler = scheduler;
  ...
 }

 @Override
 public void subscribeActual(final Subscriber<? super T> s) {
  Scheduler.Worker w = scheduler.createWorker();//根据参数值，如Schedulers.io()创建worker
  final SubscribeOnSubscriber sos = new SubscribeOnSubscriber(s, w, source, nonScheduledRequests);//根据worker创建SubscribeOnSubscriber
  s.onSubscribe(sos);
  w.schedule(sos);
 }

这个SubscribeOnSubscriber是个内部类：

  SubscribeOnSubscriber(Subscriber<? super T> actual, Scheduler.Worker worker, Publisher source, boolean requestOn) {
   ...
   this.worker = worker;
   ...
   }
...
  void requestUpstream(final long n, final Subscription s) {
   ...
    worker.schedule(new Request(s, n));//worker会安排如何执行runnable（Request是一个runnable）
   ...
  }

而这个worker，其实就是我们输入的线程参数，如Schedulers.io()，这个io是这样定义的：

//io.reactivex.schedulers.Schedulers源码
 static {
  SINGLE = RxJavaPlugins.initSingleScheduler(new SingleTask());

  COMPUTATION = RxJavaPlugins.initComputationScheduler(new ComputationTask());

  IO = RxJavaPlugins.initIoScheduler(new IOTask());

  TRAMPOLINE = TrampolineScheduler.instance();

  NEW_THREAD = RxJavaPlugins.initNewThreadScheduler(new NewThreadTask());
 }
...
 static final class IOTask implements Callable {
  @Override
  public Scheduler call() throws Exception {
   return IoHolder.DEFAULT;
  }
 }

 static final class NewThreadTask implements Callable {
  @Override
  public Scheduler call() throws Exception {
   return NewThreadHolder.DEFAULT;
  }
 }

 static final class SingleTask implements Callable {
  @Override
  public Scheduler call() throws Exception {
   return SingleHolder.DEFAULT;
  }
 }

 static final class ComputationTask implements Callable {
  @Override
  public Scheduler call() throws Exception {
   return ComputationHolder.DEFAULT;
  }
 }
...
 static final class SingleHolder {
  static final Scheduler DEFAULT = new SingleScheduler();
 }

 static final class ComputationHolder {
  static final Scheduler DEFAULT = new ComputationScheduler();
 }

 static final class IoHolder {
  static final Scheduler DEFAULT = new IoScheduler();
 }

 static final class NewThreadHolder {
  static final Scheduler DEFAULT = new NewThreadScheduler();
 }

这里的IO，最终会指向一个Scheduler，如IoScheduler：

//io.reactivex.internal.schedulers.IoScheduler源码
...
 static final class EventLoopWorker extends Scheduler.Worker {//Scheduler.Worker的实现类
  ...
  @NonNull
  @Override
  public Disposable schedule(@NonNull Runnable action, long delayTime, @NonNull TimeUnit unit) {
   if (tasks.isDisposed()) {
    // don't schedule, we are unsubscribed
    return EmptyDisposable.INSTANCE;
   }

   return threadWorker.scheduleActual(action, delayTime, unit, tasks);//交给线程池
  }

这样，Scheculer中的具体任务就交给了某个线程池来处理。

需要特别说明的是，RxJava中调用Android主线程(AndroidSchedulers.mainThread)，其实还是使用了Handler机制：

public final class AndroidSchedulers {

 ...
  static final Scheduler DEFAULT = new HandlerScheduler(new Handler(Looper.getMainLooper()));

这个HandlerScheduler其实就是实现了Scheduler和Scheduler.Worker内部类。

···
final class HandlerScheduler extends Scheduler {
private final Handler handler;

HandlerScheduler(Handler handler) {
 this.handler = handler;
}
private static final class HandlerWorker extends Worker {
 ...
 @Override
 public Disposable schedule(Runnable run, long delay, TimeUnit unit) {
  ...
  handler.sendMessageDelayed(message, Math.max(0L, unit.toMillis(delay)));
···

总的来看，RxJava的多线程切换其实是利用了Scheculer.Worker这个内部类，把任务交给Scheculer的Worker去做，而这个Scheculer的Worker是根据定义的线程来实现了不同的线程池，其实还是交给线程池去处理了。
至于主线程，RxJava也是使用了Handler机制。

总结

小小总结一下，基本上来说，Android中的多线程切换，主要使用Runnable和Callable来定义工作内容，使用线程池来实现异步并行，使用Handler机制来通知主线程，有些场景下会视情况需要，使用Future的接口回调，使用SynchronousQueue阻塞队列等。

以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持创新互联。

本文标题：浅谈Android中多线程切换的几种方法
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