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
- 检查线程池状态,能否继续创建线程
- 把runnable封装成worker,添加到工作队列
- 启动新建的线程
- 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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