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Android的线程和内存模型

Android操作系统在boot后,会启动一个Zygote(受精卵)进程,Zygote进程负责创建大部分应用程序进程。Zygote进程启动加载核心程序库和数据结构到内存后会创建一个Dalvik虚拟机(DVM)进程--SystemServer,此进程会包含大部分的系统服务(包括管理Activity的服务ActivityManagerService),SystemServer初始化后,Zygote进程会侦听本地的socket端口, 等待进一步的指令。当新的app被启动时,Zygote会为这个app创建一个DVM—-直接fork出一个子进程,这种架构的好处是同时启动多个App时,多个App进程可以访问共享内存。

Android App的进程也是一个DVM,内部有许多线程在执行,比如,主UI线程(Main Thread),垃圾回收线程等。其中主UI线程负责执行我们写的应用代码。对于只做很少的I/O操作或耗时操作的App,单一线程开发模式问题不大,但是如果有大量IO或者CPU计算的任务,我们就必须在其他线程内完成了。

因为主UI线程需要根据硬件刷新率[^3]同步用户界面的重绘。手机应用体验流畅要求界面帧率[^3]达到每秒60,也就是说每16.67毫秒就需要重绘一帧,这意味着如果我们在主线程上执行的任务超过16毫秒,就会出现丢帧现象,也就是界面会开始变卡。。。

Android异步执行任务的方法有以下几种:

AsyncTask

AsyncTask是最常用的异步方法,功能结构设计的也很丰富,给使用者足够的控制,使用上主要是将异步执行的任务放在下面方法里。

protected Result doInBackground(Params... params)

然后调用.execute(params)方法即可。

AsyncTask的执行逻辑在API Level 3只能串行执行, 在API Level 4改成了最多128个线程的线程池执行,API Level 11则改成了缺省所有的AsyncTask是在一个线程中顺序执行的,这样可以保证执行和提交的次序一致,如果希望能并发的执行,可以用下面的方法在线程池内执行:

task.executeOnExecutor(AsyncTask.THREAD_POOL_EXECUTOR, params);

AsyncTask.THREAD_POOL_EXECUTORThreadPoolExecutor的一个实例,配置是最少5个线程,最多128个。如果需要自己来配置线程池大小,你可以传递自己配置的一个实例到上述方法。

使用AsyncTask需要注意的几个问题:

碎片化问题

因为不同版本的Android AsyncTask缺省执行逻辑并不一样,可能在不同机型上表现不一致。如果要自己控制AsyncTask的并发度,解决这个问题的建议是复制Android SDK的AsyncTask源码自己实现一个AsyncTask。

Activity生命周期问题

Activity可能早于AsyncTask执行完被销毁,如果AsyncTask还继续执行,有可能会浪费资源,并且如果AsyncTask里引用了Activity或部分的View Hierarchy,还会造成引用的对象不会被垃圾回收而引起内存泄漏。通常AsyncTask会定义为Activity的一个匿名inner class,这会建立一个隐式的引用到Activity。

解决的方法是:

  1. 在Activity里的onPause方法里及时取消不需要再执行的AsyncTask(这种方法在切换到横屏时会重启异步任务,有点浪费)
  2. 更好的是使用retained headless fragment来解决生命周期问题,具体演示代码见参考链接

Async比较合适的是较短的(1,2秒),CPU密集计算或读写文件等阻塞IO操作。耗时较长的网络调用用Async不是最合适的。

Handler & HandlerThread

Handler的异步编程是基于消息队列模型的。执行任务的线程称之为Looper线程,其他线程则将需要异步执行的任务发送给Looper线程–插入其消息队列,方法有:post(较方便使用,但每次需要创建新对象)或sendMessage(较高效,复用消息实例,适合执行大量类似的异步任务)

Looper

Looper和它的名字意思一样就是Looper线程会永远循环,当没有消息的时候,Looper线程(消费者)会使用(Object.wait)方法等待其他线程(生产者)插入新的任务消息,这时候其他线程(Object.notify)

Android的主线程其实就是一个Looper线程。

需要注意的是,使用Handler和AsyncTask一样,要注意匿名inner class对Activity的隐式引用而造成内存泄漏,所以使用的时候要记得清理;

解决方法是使用对使用的Activity中的View对象用Weak Reference,并处理当View对象为null的情况。

Handler适合更长一点的(>2秒)的异步任务处理。

Loader

Loader在Android编程框架中被广泛用于后台加载数据(从文件,数据库甚至网络)。

AsyncTaskLoader

具体的Loader实现。

CursorLoader

用户数据库数据后台加载。

Loader在使用上比较大的优势是和Activity的部分解耦,更见到的生命周期管理。

IntentService

IntentService是Service的一个实现类。其内部实现包含了一个HandlerThread,当任务提交给IntentService时,会被加到队列并顺序处理。

public class MyIntentService extends IntentService {
     public MyIntentService() {
       super("thread-name");
     }
     protected void onHandleIntent(Intent intent) {
       // executes on the background HandlerThread.
     } 
}

Intent intent = new Intent(context, MyIntentService.class);
intent.setData(uri); intent.putExtra("param", "some value"); 
startService(intent);

IntentService返回任务结果给Activity可以有下面几种方法(Service和Activity的通信方法):

  1. Activity启动IntentService时候,传递一个PendingIntent对象给IntentService,IntentService在处理完任何后调用PendingIntent.send()通知Activity,Activity在onActivityResult方法内处理收到的消息。
  2. 提交一个系统通知,这样App不在前台,用户也可以知道任务完成,比如下载地图数据。
  3. 使用Messenger发送一个消息给Activity里的Handler。
  4. 使用广播方式把结果封装在Intent中广播出去, 这样Fragment或Activity都可以通过监听广播获得处理结果。

IntentService可以完全和Activity解耦。适合即使App主界面退出情况下也必须完成的任务,比如后台上传日志,图片之类的任务。

Service

Service合适执行独立于任何Activity或Fragment的任务,即使App主界面退出情况下也必须完成的任务;或者需要比IntentService更高或更细致的并发控制。

AlarmManager

AlarmManager可以不在人工干预下定时执行任务,比如定时检查邮件,下载更新,或同步内容到云端。

参考链接

  1. Asynchronous Android
  2. Android内核
  3. [^3]帧率与刷新率的区别


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Published

2014-06-29

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