安卓多任务实现的基本原理

Posted 2021-07-21 春招进大厂的梦想家

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了安卓多任务实现的基本原理相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

安卓多任务实现的基本原理

一.基本概念

操作一些耗时操作时候，如I/O读写大文件，数据库操作以及网络下载需要很长时间，为了不阻塞用户界面，出现ANR（应用程序无响应）的响应提示窗口，这个时候我们考虑使用Thread线程来进行解决.

二.android中的进程和线程

在Android系统中，如果有一个应用程序组件时第一次被启用，而且这时候，应用程序也没有其他的组件来运行，则Android系统会为应用程序创建一个linux的进程，这个Linux进程包含一个线程,称为主线程或者UI线程.

当一个组件在被启动时，如果该process已经存在了，那么该组件就直接通过这个process被启动起来，并且运行在这个process的UI线程中.

1.进程

默认情况下，同一个应用程序内的所有组件都是运行在同一个进程中的，大部分应用程序都是按照这种方式运行的；
在具体应用中，很多时候需要通过在manifest文件中进行设置，通过修改四大组件在Manifest.xml的代码块中的android:proess属性指定组件运行的进程，使其运行在不同的process中。
中的元素也支持android:proess属性，用于指定所有组件的默认进程。

2.进程的重要性层次结构

进程有5中层次，按其重要程度递减分为

1.前台进程(用户当前操作所必须的进程)

拥有一个正在与用户交互的Activity
拥有一个Service，这个Service绑定了某一个正在与用户交互的Activity
拥有一个前台Service
拥有一个Service且它正在执行声明周期回调方法
拥有一个BroadcastReceiver且这个BroadcastReceiver正在执行onRece方法

2.可见进程

没有任何前台组件，但是仍然会影响用户在屏幕上所见内容的进程
拥有一个可见但是不可与用户交互的Activity
拥有一个Service，这个Service绑定了一个可见但是不可与用户进行交互的Activity

3.服务进程

由startService()方法启动的Service进程，虽然不直接和所见内容关联，但是会执行一些用户关心的操作，例如后台播放音乐或者下载数据等等
若系统不足以维持前台进程和可见进程，才会牺牲服务进程的空间

4.后台进程

包含用户不可见的Activity的进程,这些进程对用户体验没有直接影响，可以随时在任意时间终止它们，以回收内存资源.
系统通过LRU(最近最少使用)列表进行多个后台进程的管理，确保最近使用的Activity最后被终止

5.空进程

进程不含有任何应用组件，该进程主要作用是缓存，以改善在此进程中运行组件的启动时间。
系统会经常终正此类进程

3.线程

Android是单线程模型，我们创建的Service、Activity以及Broadcast均是在一个主线程处理，这里我们可以理解为uI线程。(应用程序是一个默认的单线程单任务程序)

Ul Thread中运行着许多重要的逻辑，如系统事件处理，用户输入事件处理，ul绘制，Service,Alarm等

我们编写的代码穿插在主线程的逻辑中，比如对用户触摸事件的检测和响应，对用户输入的处理，自定义View的绘制等。如果我们插入的代码比价耗时，如网络请求或数据库读取，就会阻塞uI线程其他逻辑的执行，从而导致界面卡顿。

如果卡顿时间超过5秒，系统就会报ANR错误。所以，执行耗时的操作，我们需要另起线程执行。

在新线程执行完耗时的逻辑后，往往需要将结果反馈给界面，进行uI更新。Android的ul toolkit不是线程安全的，不能在非uI线程进行uI的更新
所有对界面的更新必须在uI线程进行

安卓的单线程模式遵从两个原则

1.不要阻塞UI进程
2.不要在UI线程之外访问UI组件

创建线程: 基础操作都在UI线程中运行，耗时操作可以创建新的线程去完成

继承Thread类
实现Runnable接口

安卓提供的四种常用的操作多线程的方式，分别是：

Handle + Thread
AsyncTask
ThreadPoolExecutor
IntentService

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三、实现多任务

1.多任务的实现原理

在Android中，我们把除uI线程外的，其他所有的线程都叫做工作线程，也就是说Android只会存在两种线程:UI主线程(ul thread)和工作线程(work thread)
我们把耗时的操作放在工作线程中去做。操作完成后，再通知UI主线程做出相应的响应。
这就需要掌握线程间通信的方式。在Android中提供了两种线程间的通信方式:
- AsyncTask机制
- Handler机制

（1）使用AsyncTask

AsyncTask是Android框架提供的异步处理的辅助类，它可以实现耗时操作仕具他线程执行，而处理结果在Main线程执行
它屏蔽掉了多线程和Handler的概念，进行了较高程度的封装。
使用AsyncTask的代码很容易被理解，因为他们都有一些具有特定职责的方法，如:预处理的方法onPreExecute，后台执行任务的方法dolnBackground，更新进度的方法publishProgress，返回结果的方法onPostExecute等等

（2）Handle机制

Handler机制是通过消息队列进行通信的机制，通过使用Handler,LooperMessageQueue，和Message这几个类协调来完成
- Handler:在android里负责发送和处理消息，通过它可以实现其他线程与Main线程之间的消息通讯
- Looper:负责管理线程的消息队列和消息循环
- MessageQueue:消息队列，先进先出，它的作用是保存有待线程处理的消息

(3)Handler类

UI主线程在创建时会被自动创建一个消息队列和消息循环，主线程的Looper通过创建一个Handler对象，对外界提供了访问消息队列的渠道
- 主线程通过Handler.handleMessage()读取消息队列中的消息
- 工作线程通过方法发送消息到主线程的消息队列Handler.sendMessage() Handler.post()

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四、.Android实现多线程的两种操作模式

1Android有两种方式实现多线程操作UI:

第一种是创建新线程Thread，用handler负责线程间的通信和消息。
第二种方式AsyncTask异步执行任务

2.使用Handler实现多任务

在新的线程中调用主线程中的Handler的postXX和sendmessage方法来实现与主线程进行通信

使用post方法实现多任务的主要步骤：

创建一个Handler对象；
将要执行的操作卸载线程对象的run方法中；
使用post方法运行线程对象
如果需要循环执行，需要在线程对象的run方法中再次调用post方法

3.Handler机制实现异步任务demo

xml文件中添加一个TextView

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<androidx.constraintlayout.widget.ConstraintLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    xmlns:app="http://schemas.android.com/apk/res-auto"
    xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent"
    tools:context=".AsynchronousTask.HandlerAsyTaskActivity">

    <TextView
        android:id="@+id/textview"
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:text="hello"
        android:textAllCaps="false"
        tools:ignore="MissingConstraints" />


</androidx.constraintlayout.widget.ConstraintLayout>

java文件编辑代码

package com.example.handleractivity.AsynchronousTask;

import androidx.annotation.NonNull;
import androidx.appcompat.app.AppCompatActivity;

import android.os.Bundle;
import android.os.Handler;
import android.os.Message;
import android.widget.TextView;

import com.example.handleractivity.R;

public class HandlerAsyTaskActivity extends AppCompatActivity {

    private final static int TEST = 1;

    private TextView textView;
    
    //这是自己创建的Handler，实现异步任务，这里用来更改UI
    private Handler mHandler = new Handler(){
        @Override
        public void handleMessage(@NonNull Message msg) {
            textView.setText("这是工作线程文本");
        }
    };


    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_handler_asy_task);

        textView = findViewById(R.id.textview);
//        textView.setText("这是一段文本");
        new ActivityThread().start();
    }

    /*
    这是一个线程不安全的行为
     */
    class ActivityThread extends Thread{
        @Override
        public void run() {
            try {
                Thread.sleep(3000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
//            textView.setText("这是工作线程文本");

            //使用handler发送消息至消息队列
            Message message = new Message();
            message.what = TEST;
            mHandler.sendMessage(message);
        }
    }
}

我们设置一个线程，让其休眠3秒钟，然后执行 textView.setText(“这是工作线程文本”)操作，三秒之后程序会崩溃。

原因是：不能在除了UI线程之外的线程里边进行更改UI的操作。

那怎么才能实现呢？

使用Handler实现异步任务，自己新建一个Handler，然后在工作线程中使用handler来传递信息。handler里面进行更改UI的操作，就可了

五、Handler机制方法调用

1.使用Runnable和Handler实现五秒钟之后出现弹窗

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<LinearLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    xmlns:app="http://schemas.android.com/apk/res-auto"
    xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent"
    tools:context=".HandlerPost.HandlerPostActivity">

    <Button
        android:id="@+id/btnShowToast"
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:text="开启Toast"/>

    <TextView
        android:text="你好"
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content"/>

</LinearLayout>

public class HandlerPostActivity extends AppCompatActivity implements View.OnClickListener{

    //写一个Handler
    Handler countHandler = new Handler();

    /*线程1：启动一个Toast显示线程*/
    Runnable mRunToast = new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            Toast.makeText(HandlerPostActivity.this,"hello Toast",Toast.LENGTH_SHORT).show();
        }
    };

    private Button mbtnShowToast;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_handler_post);

        mbtnShowToast = findViewById(R.id.btnShowToast);
        mbtnShowToast.setOnClickListener(this);
    }

    //添加事件监听
    @Override
    public void onClick(View v) {
        switch (v.getId()) {
            case R.id.btnShowToast:
                /**
                 * SystemClock.uptimeMillis()表示开机到当前的一个累计时间
                 */
                countHandler.postAtTime(mRunToast, SystemClock.uptimeMillis()+5*1000);
                break;
        }
    }
}

2.开辟一个工作线程配合Handler实现计数器的功能

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<LinearLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    xmlns:app="http://schemas.android.com/apk/res-auto"
    xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent"
    tools:context=".HandlerPost.HandlerPostActivity"
    android:orientation="vertical">

    <Button
        android:id="@+id/btnStart"
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:text="启动"/>

    <Button
        android:id="@+id/btnStop"
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:text="关闭"/>

    <Button
        android:id="@+id/btnShowToast"
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:text="开启Toast"/>

    <TextView
        android:id="@+id/tvCount"
        android:text="你好"
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content"/>

</LinearLayout>

public class HandlerPostActivity extends AppCompatActivity implements View.OnClickListener {

    Handler countHandler = new Handler();
    int count = 0;

    /*线程1：启动一个Toast显示线程*/
    Runnable mRunToast = new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            Toast.makeText(HandlerPostActivity.this, "hello Toast", Toast.LENGTH_SHORT).show();
        }
    };

    /*线程2：文本区计数器线程*/
    Runnable mRunCount = new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            textCount.setText("count: " + String.valueOf(count++));
            //再调用一次，以此形成一个类似于循环的操作,一秒加一次
            countHandler.postDelayed(mRunCount, 1000);
        }
    };

    private Button mbtnShowToast;
    private TextView textCount;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_handler_post);

        mbtnShowToast = findViewById(R.id.btnShowToast);
        mbtnShowToast.setOnClickListener(this);

        findViewById(R.id.btnStart).setOnClickListener(this);
        findViewById(R.id.btnStop).setOnClickListener(this);
        textCount = findViewById(R.id.tvCount);
    }

    //添加事件监听
    @Override
    public void onClick(View v) {
        switch (v.getId()) {
            case R.id.btnShowToast:
                /**
                 * SystemClock.uptimeMillis()表示开机到当前的一个累计时间
                 */
                countHandler.postAtTime(mRunToast, SystemClock.uptimeMillis() + 5 * 1000);
                break;
            case R.id.btnStart:
                //表示推迟一秒执行
                countHandler.postDelayed(mRunCount, 1000);
                break;
            case R.id.btnStop:
                //移除回调的过程
                countHandler.removeCallbacks(mRunCount);
                break;
        }
    }
}

运行效果;
在这里插入图片描述

六、AsyncTask实现多任务

使用Handler类来在子线程中更新UI线程总会启动一些匿名的子线程，太多的子线程给系统带来了巨大的负担
Andoroid提供了一个工具类AdyncTask，来实现异步执行任务
AsyncTask是抽象类，具有三种泛型：Params、Progress、Result
- **Params: **表示启动任务执行的参数，比如HTTP请求的URL
- Progress: 表示后台任务执行的百分比
- **Result: **表示后台执行任务最终返回的结果，比如String,Integer等
通过继承一个AsyncTask类定义一个异步任务类
Android提供一个让程序员编写后台操作更为容易和透明AsyncTask,使得后台线程能够在UI主线程外进行处理
使用AsyncTask，不需要自己来写后台线程，无需终结后台线程，只需要创建AsyncTask类，并实现其中的抽象方法以及重写某些方法

下面是一个实例，点击按钮，启动进度条。进度条加载完毕，把“执行完毕”显示在文本上

1.xml文件

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<LinearLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    xmlns:app="http://schemas.android.com/apk/res-auto"
    xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent"
    android:orientation="vertical"
    tools:context=".AsynchronousTask.AsyncTaskDemo">

    <Button
        android:id="@+id/btn"
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:text="Press it"
        android:textAllCaps="false" />

    <TextView
        android:id="@+id/txt"
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:layout_gravity="center"
        android:textSize="30sp"
        android:text="hello world" />

    <ProgressBar
        android:id="@+id/progressbar"
        style="@style/Widget.AppCompat.ProgressBar.Horizontal"
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:visibility="invisible"
        android:layout_marginTop="50dp" />


</LinearLayout>

2.java文件

public class AsyncTaskDemo extends AppCompatActivity implements View.OnClickListener {

    private final static String TAG = "AsyncTaskDemo";

    private Button mBtn;
    private ProgressBar progressBar;
    private TextView mTxt;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setConte以上是关于安卓多任务实现的基本原理的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章 
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