new Thread的弊端及Java四种线程池的使用

2022-05-04 09:09:42

介绍new Thread的弊端及Java四种线程池的使用，对Android同样适用。本文是基础篇，后面会分享下线程池一些高级功能。

1、new Thread的弊端

执行一个异步任务你还只是如下new Thread吗？

new Thread(new Runnable() {

    @Override
    public void run() {
        // TODO Auto-generated method stub
    }
}).start();

那你就out太多了，new Thread的弊端如下：

a. 每次new Thread新建对象性能差。
b. 线程缺乏统一管理，可能无限制新建线程，相互之间竞争，及可能占用过多系统资源导致死机或oom。
c. 缺乏更多功能，如定时执行、定期执行、线程中断。
相比new Thread，Java提供的四种线程池的好处在于：
a. 重用存在的线程，减少对象创建、消亡的开销，性能佳。
b. 可有效控制最大并发线程数，提高系统资源的使用率，同时避免过多资源竞争，避免堵塞。
c. 提供定时执行、定期执行、单线程、并发数控制等功能。

2、Java 线程池

Java通过Executors提供四种线程池，分别为：
newCachedThreadPool创建一个可缓存线程池，如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程。
newFixedThreadPool 创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待。
newScheduledThreadPool 创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。
newSingleThreadExecutor 创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。

(1). newCachedThreadPool
创建一个可缓存线程池，如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程。示例代码如下：

ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    final int index = i;
    try {
        Thread.sleep(index * 1000);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }

    cachedThreadPool.execute(new Runnable() {

        @Override
        public void run() {
            System.out.println(index);
        }
    });
}

线程池为无限大，当执行第二个任务时第一个任务已经完成，会复用执行第一个任务的线程，而不用每次新建线程。

(2). newFixedThreadPool
创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待。示例代码如下：

ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    final int index = i;
    fixedThreadPool.execute(new Runnable() {

        @Override
        public void run() {
            try {
                System.out.println(index);
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
        }
    });
}

因为线程池大小为3，每个任务输出index后sleep 2秒，所以每两秒打印3个数字。

定长线程池的大小最好根据系统资源进行设置。如Runtime.getRuntime().availableProcessors()。可参考PreloadDataCache。

(3) newScheduledThreadPool
创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。延迟执行示例代码如下：

ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);
scheduledThreadPool.schedule(new Runnable() {

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("delay 3 seconds");
    }
}, 3, TimeUnit.SECONDS);

表示延迟3秒执行。

定期执行示例代码如下：

scheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("delay 1 seconds, and excute every 3 seconds");
    }
}, 1, 3, TimeUnit.SECONDS);

表示延迟1秒后每3秒执行一次。

ScheduledExecutorService比Timer更安全，功能更强大，后面会有一篇单独进行对比。

(4)、newSingleThreadExecutor
创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。示例代码如下：

ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    final int index = i;
    singleThreadExecutor.execute(new Runnable() {

        @Override
        public void run() {
            try {
                System.out.println(index);
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
        }
    });
}

结果依次输出，相当于顺序执行各个任务。

现行大多数GUI程序都是单线程的。Android中单线程可用于数据库操作，文件操作，应用批量安装，应用批量删除等不适合并发但可能IO阻塞性及影响UI线程响应的操作。

3. 实例演示Android异步加载图片

给大家演示异步加载图片的分析过程。让大家了解异步加载图片的好处，以及如何更新UI。
首先给出main.xml布局文件：
简单来说就是 LinearLayout 布局，其下放了2个TextView和5个ImageView。

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<LinearLayout
    xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    android:orientation="vertical"
    android:layout_width="fill_parent"
    android:layout_height="fill_parent">
    <TextView
        android:text="图片区域开始"
        android:id="@+id/textView2"
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content" />
    <ImageView
        android:id="@+id/imageView1"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:src="@drawable/icon"
        android:layout_width="wrap_content" />
    <ImageView
        android:id="@+id/imageView2"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:src="@drawable/icon"
        android:layout_width="wrap_content" />
    <ImageView
        android:id="@+id/imageView3"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:src="@drawable/icon"
        android:layout_width="wrap_content" />
    <ImageView
        android:id="@+id/imageView4"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:src="@drawable/icon"
        android:layout_width="wrap_content" />
    <ImageView
        android:id="@+id/imageView5"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:src="@drawable/icon"
        android:layout_width="wrap_content" />
    <TextView
        android:text="图片区域结束"
        android:id="@+id/textView1"
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content" />
</LinearLayout>

我们将演示的过程是异步从服务器上下载5张不同图片，依次放入这5个ImageView。上下2个TextView 是为了方便我们看是否阻塞了UI的显示。
当然 AndroidManifest.xml 文件中要配置好网络访问权限。

 <uses-permission android:name="android.permission.INTERNET" />

1)Handler+Runnable模式
我们先看一个并不是异步线程加载的例子，而是使用 Handler+Runnable模式。
注意这里不是新开的线程，这里的代码其实是在UI主线程中下载图片的。
我们运行下面代码时，会发现它其实是阻塞了整个界面的显示，需要所有图片都加载完成后，才能显示界面。

package com.szy.textviewimagedemo;

import java.io.IOException;
import java.net.URL;

import android.app.Activity;
import android.graphics.drawable.Drawable;
import android.os.Bundle;
import android.os.Handler;
import android.os.SystemClock;
import android.util.Log;
import android.widget.ImageView;

/**
 *@author coolszy
 *@date 2012-2-13
 *@blog http://blog.92coding.com
 *
 */
public class MainActivity extends Activity
{
    @Override
    public void onCreate(Bundle savedInstanceState)
    {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.main);
        loadImage("http://www.baidu.com/img/baidu_logo.gif", R.id.imageView1);
        loadImage("http://www.chinatelecom.com.cn/images/logo_new.gif", R.id.imageView2);
        loadImage("http://cache.soso.com/30d/img/web/logo.gif", R.id.imageView3);
        loadImage("http://csdnimg.cn/www/images/csdnindex_logo.gif", R.id.imageView4);
        loadImage("http://images.cnblogs.com/logo_small.gif", R.id.imageView5);
    }

    private Handler handler = new Handler();

    private void loadImage(final String url, final int id)
    {
        handler.post(new Runnable()
        {
            public void run()
            {
                Drawable drawable = null;
                try
                {
                    drawable = Drawable.createFromStream(new URL(url).openStream(), "image.gif");
                } catch (IOException e)
                {
                    Log.i("MainActivity", e.getMessage());
                }
                if (drawable == null)
                {
                    Log.i("MainActivity", "null drawable");
                } else
                {
                    Log.i("MainActivity", "not null drawable");
                }
                // 为了测试缓存而模拟的网络延时
                SystemClock.sleep(2000);
                ((ImageView) MainActivity.this.findViewById(id)).setImageDrawable(drawable);
            }
        });
    }
}

2)Handler+Thread+Message模式
这种模式使用了线程，所以可以看到异步加载的效果。
核心代码：

package com.szy.textviewimagedemo;

import java.io.IOException;
import java.net.URL;

import android.app.Activity;
import android.graphics.drawable.Drawable;
import android.os.Bundle;
import android.os.Handler;
import android.os.Message;
import android.os.SystemClock;
import android.util.Log;
import android.widget.ImageView;

/**
 *@author coolszy
 *@date 2012-2-13
 *@blog http://blog.92coding.com
 *
 */
public class MainActivity extends Activity
{
    @Override
    public void onCreate(Bundle savedInstanceState)
    {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.main);
        Log.i("MainActivity", "MainThread ID:"+Thread.currentThread().getId());
        loadImage("http://www.baidu.com/img/baidu_logo.gif", R.id.imageView1);
        loadImage("http://www.chinatelecom.com.cn/images/logo_new.gif", R.id.imageView2);
        loadImage("http://cache.soso.com/30d/img/web/logo.gif", R.id.imageView3);
        loadImage("http://csdnimg.cn/www/images/csdnindex_logo.gif", R.id.imageView4);
        loadImage("http://images.cnblogs.com/logo_small.gif", R.id.imageView5);
    }

    final Handler handler = new Handler()
    {
        @Override
        public void handleMessage(Message msg)
        {
            Log.i("MainActivity", "UpdateUIThread ID:"+Thread.currentThread().getId());
            ((ImageView) MainActivity.this.findViewById(msg.arg1)).setImageDrawable((Drawable) msg.obj);
        }
    };

    // 采用handler+Thread模式实现多线程异步加载
    private void loadImage(final String url, final int id)
    {
        Thread thread = new Thread()
        {
            @Override
            public void run()
            {
                Drawable drawable = null;
                try
                {
                    Log.i("MainActivity", "Thread ID:"+Thread.currentThread().getId());
                    drawable = Drawable.createFromStream(new URL(url).openStream(), "image.png");
                } catch (IOException e)
                {
                    Log.i("MainActivity", e.getMessage());
                }

                // 模拟网络延时
                SystemClock.sleep(2000);

                Message message = handler.obtainMessage();
                message.arg1 = id;
                message.obj = drawable;
                handler.sendMessage(message);
            }
        };
        thread.start();
        thread = null;
    }
}

这时候我们可以看到实现了异步加载， 界面打开时，五个ImageView都是没有图的，然后在各自线程下载完后才把图自动更新上去。

3)Handler+ExecutorService(线程池)+MessageQueue模式
能开线程的个数毕竟是有限的，我们总不能开很多线程，对于手机更是如此。
这个例子是使用线程池。Android拥有与Java相同的ExecutorService实现，我们就使用它。
线程池的基本思想还是一种对象池的思想，开辟一块内存空间，里面存放了众多(未死亡)的线程，池中线程执行调度由池管理器来处理。当有线程任务时，从池中取一个，执行完成后线程对象归池，这样可以避免反复创建线程对象所带来的性能开销，节省了系统的资源。
下面的演示例子是创建一个可重用固定线程数的线程池。
核心代码

package com.szy.textviewimagedemo;

import java.net.URL;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

import android.app.Activity;
import android.graphics.drawable.Drawable;
import android.os.Bundle;
import android.os.Handler;
import android.os.SystemClock;
import android.util.Log;
import android.widget.ImageView;

/**
 *@author coolszy
 *@date 2012-2-13
 *@blog http://blog.92coding.com
 *
 */
public class MainActivity extends Activity
{
    @Override
    public void onCreate(Bundle savedInstanceState)
    {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.main);
        Log.i("MainActivity", "MainThread ID:"+Thread.currentThread().getId());
        loadImage("http://www.baidu.com/img/baidu_logo.gif", R.id.imageView1);
        loadImage("http://www.chinatelecom.com.cn/images/logo_new.gif", R.id.imageView2);
        loadImage("http://cache.soso.com/30d/img/web/logo.gif", R.id.imageView3);
        loadImage("http://csdnimg.cn/www/images/csdnindex_logo.gif", R.id.imageView4);
        loadImage("http://images.cnblogs.com/logo_small.gif", R.id.imageView5);
    }

    private Handler handler = new Handler();

    private ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);

    // 引入线程池来管理多线程
    private void loadImage(final String url, final int id)
    {
        executorService.submit(new Runnable()
        {
            public void run()
            {
                try
                {
                    Log.i("MainActivity", "Thread ID:"+Thread.currentThread().getId());
                    final Drawable drawable = Drawable.createFromStream(new URL(url).openStream(), "image.png");
                    // 模拟网络延时
                    SystemClock.sleep(2000);
                    handler.post(new Runnable()
                    {
                        public void run()
                        {
                            Log.i("MainActivity", "UpdateUIThread ID:"+Thread.currentThread().getId());
                            ((ImageView) MainActivity.this.findViewById(id)).setImageDrawable(drawable);
                        }
                    });
                } catch (Exception e)
                {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
        });
    }
}

这里我们象第一步一样使用了
handler.post(new Runnable() { }) 更新前段显示当然是在UI主线程，我们还有 executorService.submit(new Runnable() { }) 来确保下载是在线程池的线程中。

4)Handler+ExecutorService(线程池)+MessageQueue+缓存模式
下面比起前一个做了几个改造:
把整个代码封装在一个类中，同时为了避免出现同时多次下载同一幅图的问题,使用了本地缓存封装的类:

package com.szy.textviewimagedemo;

import java.lang.ref.SoftReference;
import java.net.URL;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

import android.graphics.drawable.Drawable;
import android.os.Handler;
import android.os.SystemClock;
import android.util.Log;

/**
 *@author coolszy
 *@date 2012-2-13
 *@blog http://blog.92coding.com
 */

public class AsyncImageLoader
{
    // 为了加快速度，在内存中开启缓存（主要应用于重复图片较多时，或者同一个图片要多次被访问，比如在ListView时来回滚动）
    public Map<String, SoftReference<Drawable>> imageCache = new HashMap<String, SoftReference<Drawable>>();

    private ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5); // 固定五个线程来执行任务
    private final Handler handler = new Handler();

    /**
     *
     * @param imageUrl
     *            图像url地址
     * @param callback
     *            回调接口
     * @return 返回内存中缓存的图像，第一次加载返回null
     */
    public Drawable loadDrawable(final String imageUrl, final ImageCallback callback)
    {
        // 如果缓存过就从缓存中取出数据
        if (imageCache.containsKey(imageUrl))
        {
            SoftReference<Drawable> softReference = imageCache.get(imageUrl);
            if (softReference.get() != null)
            {
                Log.i("MainActivity", "图片存在缓存中.");
                return softReference.get();
            }
        }
        // 缓存中没有图像，则从网络上取出数据，并将取出的数据缓存到内存中
        executorService.submit(new Runnable()
        {
            public void run()
            {
                try
                {
                    Log.i("MainActivity", "下载图片...");
                    final Drawable drawable = loadImageFromUrl(imageUrl);
                    imageCache.put(imageUrl, new SoftReference<Drawable>(drawable));
                    handler.post(new Runnable()
                    {
                        public void run()
                        {
                            callback.imageLoaded(drawable);
                        }
                    });
                } catch (Exception e)
                {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
        });
        return null;
    }

    // 从网络上取数据方法
    protected Drawable loadImageFromUrl(String imageUrl)
    {
        try
        {
            // 测试时，模拟网络延时，实际时这行代码不能有
            SystemClock.sleep(2000);
            return Drawable.createFromStream(new URL(imageUrl).openStream(), "image.png");

        } catch (Exception e)
        {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    // 对外界开放的回调接口
    public interface ImageCallback
    {
        // 注意 此方法是用来设置目标对象的图像资源
        public void imageLoaded(Drawable imageDrawable);
    }
}

说明：
final参数是指当函数参数为final类型时，你可以读取使用该参数，但是无法改变该参数的值。
这里使用SoftReference 是为了解决内存不足的错误（OutOfMemoryError）的。

前端调用:

package com.szy.textviewimagedemo;

import android.app.Activity;
import android.graphics.drawable.Drawable;
import android.os.Bundle;
import android.widget.ImageView;

/**
 *@author coolszy
 *@date 2012-2-13
 *@blog http://blog.92coding.com
 *
 */
public class MainActivity extends Activity
{
    @Override
    public void onCreate(Bundle savedInstanceState)
    {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.main);
        loadImage("http://www.baidu.com/img/baidu_logo.gif", R.id.imageView1);
        loadImage("http://www.chinatelecom.com.cn/images/logo_new.gif", R.id.imageView2);
        loadImage("http://cache.soso.com/30d/img/web/logo.gif", R.id.imageView3);
        loadImage("http://csdnimg.cn/www/images/csdnindex_logo.gif", R.id.imageView4);
        loadImage("http://images.cnblogs.com/logo_small.gif", R.id.imageView5);
    }

    private AsyncImageLoader asyncImageLoader = new AsyncImageLoader();

    // 引入线程池，并引入内存缓存功能,并对外部调用封装了接口，简化调用过程
    private void loadImage(final String url, final int id)
    {
        // 如果缓存过就会从缓存中取出图像，ImageCallback接口中方法也不会被执行
        Drawable cacheImage = asyncImageLoader.loadDrawable(url, new AsyncImageLoader.ImageCallback()
        {
            // 请参见实现：如果第一次加载url时下面方法会执行
            public void imageLoaded(Drawable imageDrawable)
            {
                ((ImageView) findViewById(id)).setImageDrawable(imageDrawable);
            }
        });
        if (cacheImage != null)
        {
            ((ImageView) findViewById(id)).setImageDrawable(cacheImage);
        }
    }
}
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