Android并发编程与多线程

   一、Android线程基础

1.线程和进程

  • 一个进程最少一个线程，进程可以包含多个线程
  • 进程在执行过程中拥有独立的内存空间，而线程运行在进程内

2.线程的创建方式

  • new Thread：

        缺点：缺乏统一管理，可能无限制创建线程，相互之间竞争，可能占用过多的系统资源导致死机或OOM

    new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {}}).start();class MyThread extends Thread{@Overridepublic void run() {super.run();}}new MyThread().start();
  • AysncTask：轻量级异步任务工具类，提供任务执行的进度回调给UI线程

        使用场景：需要知道任务执行的进度，多个任务串行执行

        缺点：生命周期和宿主的生命周期不同步，可能发生内存泄漏，默认情况下任务串行执行

        作为用来替代Thread + Handler的辅助类，AsyncTask可以很轻松地执行异步任务并更新ui，但由于context泄露，回调遗漏，configuration变化导致崩溃，平台差异性等原因，在api 30（Android 11)中AsyncTask被正式废弃：

        使用execute方法，串行执行，即先来后到，如果其中有一条任务休眠，或者执行时间过长，后面的任务都将被阻塞

        使用内置THREAD_POOL_EXECUTOR线程池，并发执行

  • HandlerThread：适用于主线程需要和工作线程通信，或者持续性任务，比如轮询，所有任务串行执行

        缺点：不会像普通线程一样主动销毁资源，会一直运行，可能造成内存泄漏（可以定义成静态，防止内存泄漏）

  • IntentService：适用于任务需要跨界面读取任务执行的进、结果。比如：后台上传图片、批量操作数据库等。任务完成后，会自我结束，不需要手动stopService
  • ThreadPoolExecutor：适用快读出来大量耗时较短的任务场景
    • Executors.newCacheThreadPool();//线程可复用线程池
    • Executors.newFixedThreadPool();//固定线程数量线程池
    • Executors.newScheduleThreadPool();//可指定定时任务线程池
    • Executors.newSingleExecutor();//线程数量为1的线程池

3.线程的优先级

  • 线程的优先级具有继承性
  • 设置优先级的方法
    • java api：java.lang.Thread.setPriority(int newPriority);优先级必须为[1~10]，优先级的值越高，获取CPU时间片的概率越高，UI线程的优先级为5  效果不是很明显
    • Android api：android.os.Process.setThreadPriority(int newPriority);优先级可设置[-20~19]，优先级的值越低，获取时间片的概率越高，UI线程的优先级为-10 效果明显

4.线程的状态

  • NEW：初始状态，线程被新建，还没有调用start方法
  • RUNNABLE：运行状态，包括运行中和就绪
  • BLOCKED：阻塞状态，表示线程阻塞于锁
  • WAITING：等待状态，需要其他线程通知唤醒
  • TIME_WAITING：超时等待状态，表示可以在指定的时间超过后自行返回
  • TERMINATED：终止状态，表示当前线程已经执行完毕

关键方法：

  • wait：等待线程池，释放资源对象锁，可使用notify，notifyAll，或等待超时时间来唤醒
  • join：等待目标线程执行完后再执行此线程
  • yield：暂停当前正在执行的线程对象，不会释放当前线程持有的任何锁资源，使用优先级或更高优先级的线程有执行的机会，这个方法机会用不到
  • sleep：使调用线程进入休眠状态，一般情况下会释放线程锁对象，但如果在一个synchronized块中执行sleep，线程虽会休眠，但不会释放资源对象锁

5.线程间消息通讯

主线程向子线程发送消息

二、多线程开发核心知识点

1.线程并发安全

本质：能够让并发线程有序的运行（可能是先来后到排队，也可能被插队，同一时刻只能一个线程有权访问同步资源），线程执行的结果，能够对其它线程可见

2.线程安全的分类

  • 根据线程要不要锁住同步资源
    • 锁住：悲观锁  synchronized ReentrantLock
    • 不锁住：乐观锁  AtomicInteger  AtomicBoolean
  • 锁住同步资源失败要不要阻塞？
    • 阻塞：阻塞锁  synchronized ReentrantLock
    • 不阻塞：自旋锁  AtomicInteger  AtomicBoolean 
  • 获取资源锁时，要不要插队
    • 插队：公平锁  ReentrantLock
    • 不插队：非公平锁 synchronized ReentrantLock
  • 一个线程中的多个流程能不能获取同一把锁
    • 可重入锁： synchronized ReentrantLock
    • 不可重入锁
  • 多线程共享一把锁
    • 能：共享锁 RendLock
    • 不能：排他锁 WriteLock
  • 多线程竞争同步资源 synchronized
    • 不锁住资源，多个线程中只有一个能修改成功，其他会重试  无锁
    • 同一线程执行同步资源时自动获取锁   偏向锁
    • 多个线程竞争资源时，没有获取到资源的线程自选等待  轻量级锁
    • 多个线程竞争资源时，没有获取到资源的线程被阻塞等待唤醒  重量级锁

3.如何线程安全

AtomicInterger 原子包装类

  • CAS实现无锁数据更新，自旋的设计能够有效避免线程因阻塞-唤醒带来的系统资源开销
  • 适用场景：多线程计数，原子操作，并发数量小
  • 使用案例
        AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(1);atomicInteger.getAndIncrement();atomicInteger.getAndAdd(2);atomicInteger.getAndDecrement();atomicInteger.getAndAdd(-2);

volatile 可见性修饰

  • volatile修饰的成员变量在每次被线程访问时，都强迫从共享内存重新读取该成员的值，而且，当成员变量值发生变化时，强迫将变化的值重新写入共享内存
  • 缺点：不能保证原子性，不能解决非原子操作的线程安全性，性能不及原子类高
  • 使用案例
    volatile int count = 0;public void test() {// 赋值操作是原子性操作，对其他线程可见count = 1;//非原子操作，其他线程不可见count = count + 1;count++;}

synchronized

  • 锁方法。加在方法上，未获取到对象锁的其他线程都不可以访问该对象
  • 锁Class对象。加在static方法上相当于给Class对象加锁，哪怕是不同的Java对象实例，也需要排队执行
  • 锁代码块。未获取到对象锁的其他线程可以执行同步代码块之外的代码

优势：哪怕一个同步方法中出现了异常，那么JVM也能够为我们自动释放锁，能主动从而规避死锁，不需要开发者主动释放锁

劣势：

  • 必须要等到获取锁对象的线程执行完成，或出现异常，才能释放掉，不能中途释放锁，不能中断一个正在试图获取锁的线程
  • 多线程竞争的时候，不知道获取锁成功与否，不够灵活
  • 每个锁仅有单一的条件不能设定超时

ReentrantLock

悲观锁，可重入锁，公平锁，非公平锁

  • 基础用法：
        ReentrantLock lock = new ReentrantLock();try {lock.lock();//……} finally {lock.unlock();}//获取锁，获取不到会阻塞lock.lock();//尝试获取锁，成功返回truelock.tryLock();//在一定的时间内去不断尝试获取锁lock.tryLock(3000, TimeUnit.MICROSECONDS);//可使用Thread.interrupt()打断阻塞，退出竞争，让给其他线程lock.lockInterruptibly();
  • 可重入，避免死锁
    ReentrantLock lock = new ReentrantLock();public void doWork() {try {lock.lock();doWork();//递归调用，使得统一线程多次获得锁} finally {lock.unlock();}}
  • 公平锁：所有进入阻塞的线程排队依次均有机会执行

使用场景：交易

//传入true 就是公平锁，传入false 或者不传就是非公平锁 
ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);
  • 非公平锁：默认，允许线程插队，避免每一个线程都进入阻塞，在唤醒带来的性能开销。性能高，因为线程可以插队，但是会导致队列中可能存在线程饿死的情况，一直得不到锁，一直得不到执行

使用场景：synchronized，很多场景都是非公平锁

  • 进阶用法 -- Condition条件对象
  Condition worker = lock.newCondition();//进入阻塞，等待唤醒worker.await();//唤醒指定线程worker1.signal();

共享锁，排他锁

  • 共享锁：所有线程都可以同时获得，并发量高。如：读操作
  • 排他锁：同一时刻只能一个线程有权修改资源。如：写操作
ReentrantReadWriteLock.ReadLock
ReentrantReadWriteLock.WriteLock

三、正确使用锁和原子类

1.减少持锁时间

尽管锁在同一时间只能允许一个线程持有，其他想要占用锁的线程都得在临界区外等待锁的释放，这个等待的时间要尽可能的短

2.锁分离

读写锁分离，写锁才需要同步处理。对于大多数应用来说，读的场景更多一些，读写锁分离，可以提高系统性能

3.锁粗化

多次加锁，释放锁合并成一次

对于一些不需要同步的代码，但能很快执行完毕，前后都有锁，这种情况可以进行锁粗化，整合成一次锁请求，释放。（锁请求、释放是需要性能开销的）

四、线程池

1.优势

  • 减低资源消耗。通过重复利用已创建的线程减低线程创建和销毁造成的消耗；
  • 提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要等待线程创建就能立即执行；
  • 提高线程的可管理性。线程是稀有资源，如果无限制的创建，不仅会消耗系统资源，还会降低系统的稳定性，使用线程池可以进行统一的分配，调优和监控。

2.Java中默认的线程池

线程池的默认构建

       ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(5, 20, 5, TimeUnit.SECONDS,new PriorityBlockingQueue<>());executor.execute(() -> {});// 源码public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,BlockingQueue<Runnable> workQueue,ThreadFactory threadFactory,RejectedExecutionHandler handler) {}

参数

  • corePoolSize：线程池中的核心线程数量
  • maximumPoolSize：最大能创建的线程数量
  • keepAliveTime：非核心线程最大的存活时间
  • unit：keepAliveTime的时间单位
  • workQueue：等待队列，当任务提交时，如果线程中线程数量大于等于corePoolSize的时候，把任务放入等待队列
  • threadFactory：线程创建工厂，默认使用Executors.defaultThreadFactory()来创建线程，线程具有相同的NORM_PRIORITY优先级并且是非守护线程
  • handler：线程池的饱和就决策略。如果阻塞队列满了并且没有空闲的线程，这时如果继续提交任务，就需要采取一种策略处理该任务

JUC包下提供的集中线程池

        // 单一线程数，同时只有一个线程存活，但是线程等待队列无界Executors.newSingleThreadExecutor();// 线程可复用线程池，核心线程数为0，最大可创建的线程数为Interger.max，线程复用存活时间为60sExecutors.newCachedThreadPool();// 固定线程数量的线程池Executors.newFixedThreadPool(5);// 可执行定时任务，延迟任务的线程池Executors.newScheduledThreadPool(5);

线程池的重要方法

//提交任务，交给线程池调度
void execute(Runnable command) //关闭线程池，等待执行任务完成，不接受新的任务，但可以继续执行池子中已添加到等待队列的任务
void shutdown()//关闭线程池，不等待执行任务完成，不接受新的任务，也不再处理等待队列中的任务打断正在执行的任务
void shutdownNow()//返回线程池中所有任务的数据
long getTaskCount()//返回线程池中已执行完毕的任务数量
long getCompletedTaskCount() //返回线程池中已创建的线程数量
int getPoolSize()//返回当前正在运行的线程数量
int getActiveCount()

execute提交任务流程

addWorker的工作任务

  1. 检查线程池状态,能否继续创建线程
  2. 把runnable封装成worker,添加到工作队列
  3. 启动新建的线程
  4. runWorker方法中开启whille循环，执行本次任务，本次任务结束后，去检查等待队列中，是否有任务，拿来继续执行，达到复用目的

retry：双层for循环流程控制，使用retry可以退出外层循环

        int count = 0;retry:for (int i = 0; i < 10; i++) {for (int j = 0; j < 10; j++) {count++;if (count == 3) {break;}if (count == 4){break retry;}}}

五、协程

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