前言

Android Performance Patterns Season 5 主要介紹了 Android 多執行緒環境下的效能問題。通過介紹 Android 提供的多種多執行緒工具類 (AsyncTask, HandlerThread, IntentService, ThreadPool)，讓我們熟悉各個元件的適用場景，從而在特定場景下選擇效能最好的一個。

Android 開發中多執行緒的必要性

Android 開發中，許多操作都需要由 主執行緒（UI 執行緒）來執行，比如：

• 系統事件（例如裝置狀態變動）
• 輸入事件
• 服務
• 鬧鐘
• UI 繪製
• …

我們經常需要針對這些情況編寫程式碼。

由於主執行緒只有一個，所有任務都是序列執行，如果我們在某個操作中包含大量的網路請求、I/O,將會影響後續使用者後續操作。

使用者感知最明顯的就是介面繪製、響應是否及時：

我們知道 Android 系統的螢幕重新整理頻率為 60 fps, 也就是每隔 16 ms 重新整理一次。如果在某次繪製過程中，我們的操作不能在 16 ms 內完成，那它則不能趕上這次的繪製公交車，只能等下一輪，這種現象叫做 “掉幀”，使用者看到的就是介面繪製不連續、卡頓。

為了避免耗時較久的操作導致 “掉幀”，我們會把這些操作從主執行緒執行換到子執行緒，這樣主執行緒的其他操作不會受到影響，使用者體驗也會流暢許多。

理解 Android 多執行緒

一個執行緒，主要有三個狀態：開始、執行任務、結束。

當執行緒存活期間，我們會讓它執行大量的任務，當任務完成或者主動取消時，執行緒功成身退。

很多情況下，我們會有很多執行緒同時存活、執行任務，這時需要新增一個 任務佇列，讓執行緒不停地從佇列中獲取任務，同時有其他執行緒向其中新增任務，典型的 生產者-消費者 模型：

如果我們來實現這個模型，需要寫三個角色：生產者執行緒、消費者執行緒、任務佇列，同時還要保證它們的協作有條不紊，這可能會難倒一大堆人。

為了讓開發者更省心，Android 系統替我們實現了上述類，分別是：

• MessageQueue
• Looper
• Handler

MessageQueue

MessageQueue 就是任務佇列，儲存著不同型別任務的載體 (Intent, Runnable, Message)。

Looper

Looper 就是我們所說的 “消費者”，它不停地從任務佇列中獲取任務並執行。

Handler

Handler 就是 “生產者”，它把任務從其他執行緒送到 MessageQueue 中。

Handler 可以指定任務在任務佇列中的位置，也可以按照一定的時間延遲送貨。

HandlerThread

HandlerThread 就是上述三個元件的組合。

每個應用啟動時，系統會建立一個該應用的程序以及主執行緒，這裡的主執行緒就是一個 HandlerThread。

這個主執行緒會處理主要事件，具體內容如圖所示：

Android 中為什麼只允許在主執行緒更新 UI

Android 系統中，預設只能在 主執行緒（UI 執行緒）更新 UI，當你在 子執行緒進行 UI 修改時，可能不起作用甚至是奔潰：

為什麼要這樣設計呢？

我們知道，多執行緒併發訪問資源要遵循重要的原則就是 原子性、可見性、有序性。沒有同步機制的情況下，多個執行緒同時讀寫記憶體可能會導致意料之外的問題：

多執行緒同時操作 UI 也一樣，如果想要允許多個執行緒更新 UI，就要設計對應的同步機制，為了避免這種問題，Android 系統直接規定只允許在 UI 執行緒更新 UI。

除了執行緒安全外，還有個原因： UI 元件的生命週期並不確定。

可能有這種情況：我們在某個執行網路請求的執行緒中持有一個 Button 的引用，然而在請求結果返回之前，這個 button 被 View Hierarchy 移除，這時對 button 的任何操作都不可用，並且也沒有意義了。

此外還有一點 執行緒引用導致的記憶體洩漏問題。

我們知道每個 View 都持有當前 Context, Activity 的引用，如果子執行緒持有某個 View 的引用，繼而持有了對應 Activity 引用，那麼線上程返回之前，即使該 Activity 不可用，也無法回收，這就造成了 記憶體洩漏。

除了持有 View，執行緒隱式持有 Activity 也可能導致記憶體洩漏，只要子執行緒沒有結束，引用關係就一直存在。

比如在 Activity 中建立個內部 AsyncTask:

或者是常見的在 Activity 裡建立個 Handler:

正如 Android Studio 提示的那樣，內部執行緒工具類持有外部類引用，可能會導致 記憶體洩漏。

Android 系統為了避免過度複雜的執行緒安全問題，特地規定只允許在主執行緒中更新 UI。

而開發者，為了避免上述問題，需要注意的是：

不要再任何子執行緒持有 UI 元件或者 Activity 的引用。

總結

本文大概介紹了 Android 中多執行緒的必要性以及一些基礎概念。

Android 系統為我們提供了以下幾種工具類：

• AsyncTask
  
  • 主執行緒、子執行緒間任務的切換
• HandlerThread
  
  • 為某個任務/回撥單獨開一個執行緒
• ThreadPool
  
  • 管理多個執行緒，併發執行任務
• IntentService
  
  • 在子執行緒中獲取 Intent，用於執行由 UI 出發的後臺 Service

接下來我們將跟隨官方視訊逐漸瞭解這幾個工具類的特點，從而能夠在合適的場景下選擇對的人，儘可能地優化應用的效能。

感謝關注。

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