2020-06-22Technical / Android17 minutes read (About 2519 words)

Android开发笔记（三）- Multi-thread

今天的内容是这周工作中出现的一个相关内容的学习：多线程（Multi-thread）。多线程可以极大地减少程序在并发执行时所付出的时空开销，提高操作系统的并发性能。在Android的开发中，多线程是非常重要的一环，而相信很多人也在面试中被问到过不止一次进程（Process）与线程（Thread）的区别。那么我们就来看看和Android相关的多线程组件Process，Thread，Looper，Handler各自的概念和实例。

Process vs Thread

进程（Process）是多线程的第一个概念。简单来说，进程是指计算机中已经运行的程序，而对于安卓系统，一般一个Android应用程序就是一个进程，其中包含多个线程协同工作。

线程（Thread）是一种轻量级的子进程，是一个基本的CPU执行单元 & 程序执行流的最小单元，也是独立运行和独立调度的基本单位。在Android的环境里，一个线程可以理解为一群任务的有序集合，所有线程共享进程所拥有的系统资源和存储资源，各线程之间通信快速高效。当这个线程的任务全部执行结束时，线程就会被终止。

Android Multi-thread

Android系统中的线程分为两类：主线程（Main Thread）和其他子线程。

主线程也叫UI线程，在Android APP启动时会自动生成，主要负责处理Android四大组件（可以看这篇中关于四大组件的介绍）与用户进行交互的事件响应与逻辑，所以也叫主线程也叫UI线程。要注意的是，因为用户随时会与界面发生交互，因此主线程任何时候都必须保持很高的响应速度，所以主线程不允许进行耗时操作，否则会出现ANR（ApplicationNotResponding）异常。

子线程就是APP的工作线程，子线程都是APP运行过程中手动创建的线程，可以在其中处理一些耗时的操作例如网络请求、I/O操作等。可以通过使用RxJava等函数库来创建用于不同操作的特定子线程。

在Android官方声明中，对于多线程编程时有两大原则：

不要阻塞UI线程（即主线程）：主线程被阻塞超过5s则会出现ANR错误；
不要在UI线程之外更新UI组件。

那么现在我们来看看如何在代码中创建一个子线程吧。代码如下：

package com.example.yunzeli.testapplication

public class MyWorkingThread extends Thread {
  private boolean isRunning;
  @Override
  public void run() {
    // 开始线程的工作
  }
}

可以看到，我们真正需要做的，就是继承Thread这个类，并实现run()方法。将我们需要做的工作在run()里完成即可，这个方法简单方便，但是却有一个问题：上面我们说过，当这个线程的任务全部执行结束时，线程就会被终止，那么如果我们需要在工作线程完成当前工作后不被中止，而是继续等待新的任务到来呢？那么就可以这样：

package com.example.yunzeli.testapplication

public class MyWorkingThread extends Thread {
  private boolean isRunning;
  @Override
  public void run() {
    isRunning = ture;
    while (isRunning) {
      // 开始线程的工作
      
      // 线程的工作完成后
      isRunning = false;
    }
  }
}

上面的代码中，我们通过设置一个isRunning的flag，可以用循环的方式来block住这个线程，然后等待新的任务到来。很好，现在我们有了一个独立运行的，随时可以使用的工作线程。但事实上，Java代码库里给我们提供了一个更加简单清晰，并且可靠的类，这就是Looper。

Looper

从上面的内容我们知道，要想将一个线程block住，我们需要用looping将其不断循环并等待新的任务。在Android的开发包里，就有一个设计好的Looper类供我们使用。这个Looper一直在不停的循环并监听新来的task，每个Looper都有一个messageQueue用来存放分配的task，也叫做Message。Looper的使用有两个基本原则：

每一个Thread有且只能有一个Looper；
当想让某一个Thread执行某个任务时，就将message传送给对应Looper的messageQueue。

Looper在thread的具体使用方法如下：

package com.example.yunzeli.testapplication
import android.os.Looper

public class MyLooperThread extends Thread {
  
  @Override
  public void run() {
    // prepare the loop
    Looper.prepare();
    
    // start looping
    Looper.loop();
    
    // do your staff here...
  }
}

Looper.prepare()：检查当前这个thread是否已经分配好looper，如果没有，则新建一个looper来监听这个thread；
Looper.loop()：looper开始监听当前线程，开始处理收到的message；

简而言之，Looper的作用就是一直looping and keep thread alive。值得注意的是，Main Thread也就是UI线程，是已经初始化了MainLooper的。所以不需要对于Main Thread进行任何的操作，Android系统已经帮我们都处理好了。

MessageQueue & Handler

说完了Looper，现在我们来说说Looper里面的一个重要概念：MessageQueue。当我们想向一个thread里派送一个新的task时，Java规定了我们只能派送如下两种类型：Message和Runnable。那么，我们如何将这两种类型的实例派送到目标线程的messageQueue里呢？这里就用到了另一个重要概念：Handler。Handler的功能相当于一个装配器，它可以将任意继承了Message或者Runnable类的实例放入其监听的Looper的messageQueue里，例如：

public class MyLooperThread extends Thread {
  private static final int MSG_1 = 1;
  private static final int MSG_2 = 2;
  
  @Override
  public void run() {
    // prepare the loop
    Looper.prepare();
    
    // start looping
    Looper.loop();
    
    // send message here
    Handler handler = new MyHandler();
    handler.obtainMessage(MSG_1).sendToTarget();
    handler.post(new Runnable() {
      @Override
      public void run() {
        // do something here...
      }
    });
  }
  
  class MyHandler extends Handler {
    @Override
    public void handleMessage(Message message) {
      
      // switch your message type here
      switch(message.what) {
        case MSG_1:
          // do something here...
          break;
        case MSG_2：
          // do something here...
          break;
        default:  
      }
    }
  }
}

由上面例子可见，Handler通过obtainMessage(Message msg)的方法来传送message实例，用post(Runnable runable)的方法来传送Runnable实例。那么，Handler如何知道所要传送的目标thread呢？Android官方文档里写的很清楚，Handler有两个默认的构造器（constructor），如果使用new Handler()的话，则当前线程就会成为创建的Handler的目标线程；而如果使用new Handler(Looper looper)的话，则传入的looper对应的线程就会作为创建的Handler的目标线程。总结一下，Hanlder的作用主要就是两点：

从任意thread中将message或者runnable传入其对应的looper的message queue中；
获取其对应looper的message queue中的下一个task（message或runnable）并执行对应的操作。

需要强调的一点是：虽然一个thread只能有一个对应的looper，但是一个looper却可以同时被多个Handler所引用（允许将同一个Looper传入多个Handler的构造器）以便指定给同一thread的不同handler分别处理不同的message或者runnable。这样的设计也方便了我们对于多个task的处理。

Message & Runnable

最后关于Message和Runnable再简单介绍一下：

当我们希望在一个thread里执行一段代码（task）时，Android OS 规定了这两种类型作为传入的参数。Message的使用方式在于：我们预先在Handler里定义好了如何处理这个MESSAGE_TYPE的逻辑，然后将对应的MESSAGE_TYPE传入。个人理解比较像是pre-define了一个处理逻辑，然后只需要传入对应message就可以trigger这个task；而Runnable是一个Interface，当我们传入时，则需要重写它的run()方法并将我们想执行的代码逻辑写在里面。

关于这两种方式的区别，个人认为主要取决于这段逻辑是否需要传入动态变化的参数：比如，如果是执行例如显示一个文本框并高亮这种固定的，静态的逻辑，那么message的方法是比较好的选择。但如果执行根据用户输入值来显示字体大小这种需要参数的逻辑，则runnable的方法或更好些。