前往小程序,Get更优阅读体验!
立即前往
首页
学习
活动
专区
工具
TVP
发布
社区首页 >专栏 >Android性能优化(十一)之正确的异步姿势

Android性能优化(十一)之正确的异步姿势

作者头像
用户2898788
发布2018-08-21 10:10:20
1.2K0
发布2018-08-21 10:10:20
举报
文章被收录于专栏:双十二技术哥

1、 前言

在前面的性能优化系列文章中,我曾多次说过:异步不是灵丹妙药,不正确的异步方式不仅不能较好的完成异步任务,反而会加剧卡顿。Android开发中我们使用异步来进行耗时操作,异步离不开一个词:线程。那么问题来了:

  1. Android中线程调度是如何实现的?
  2. 正确的异步姿势是什么呢?
  3. 线程池一定会提升效率吗?

那今天这篇文章我们就来聊聊Android中正确的异步姿势。

2、 Android线程调度

Android的线程调度由两个主要因素来决定如何在整个系统调度线程:nice values和cgroups。

2.1 Nice values

Linux中使用nice value来设定一个进程的优先级,系统任务调度器根据这个值来安排调度。而在Android中nice values被用在线程优先级上,高nice values(低优先级)的线程运行机会少于低nice values(高优先级)的线程。最重要的两个线程优先级是default和background。线程的优先级应该根据线程的工作量谨慎选择,简单来说,线程优先级应该和该线程期望完成的工作量相反。线程做的工作越多,它的优先级应该越小,以便它不会造成系统资源紧张。所以,UI线程(Activity的主线程)通常是default优先级,然而后台线程(AsyncTask的线程)通常是background优先级。

Nice values在理论上很重要,因为他们减少了后台工作线程中断UI的可能性。 但在实践中,只有Nice values并不足够。例如,存在20个后台线程和一个单独的执行UI的前台线程。虽然他们每个的优先级很低,但是合起来这个20个后台线程将影响前台线程的性能,结果就是损害了用户体验。因为在任何时刻几个应用程序可能已经有等待运行的后台线程,Android OS必须以某种方式处理这些问题。

2.2 Cgroups

为了处理这个问题,Android系统使用Linux cgroups(Linux内核的一个功能,用来限制,控制与分离一个进程组群的资源)强制执行更严格的foreground、background调度策略。background优先级的线程被隐式的移动到了background cgroup,当其它组中的线城处于工作状态,它们被限制只有很小的几率(5%到10%)利用CPU。这种分离允许后台线程执行一些任务,但不会对用户可见的前台线程产生较大的影响。

除了自动将低优先级线程分配给background cgroup,Android也将当前不在前台运行的应用程序的线程移动到background cgroup中。将应用程序线程自动分组保证了当前前台线程总是优先的,无论有多少应用程序在后台运行。

总结:

  • 高Nice Value对应较低的线程优先级,意味着更少的执行机会,让步于高优先级的UI线程;
  • Cgroups可以更好的凸显某类线程的优先级,Android中有两类group尤其重要:一类是default group,对应UI线程。另一类是background group,对应工作线程;
  • 进程的属性变化也会影响到线程的调度,当一个App进入后台,该App所属的整个线程都将进入background group,以确保处于foreground、用户可见的进程能获取到尽可能多的CPU资源。

3、 正确的异步姿势

3.1 Thread
代码语言:javascript
复制
new Thread(){
    @Override
    public void run() {
        super.run();
        // NetWork or DataBase Operation
    }
}.start();

这是最简单的创建异步线程的姿势了,但是每当项目中出现这类代码,我都忍不了要把它改掉的冲动。

缺点:

  • 创建及销毁线程消耗性能较大;
  • 缺乏统一的管理;
  • 优先级与UI线程一致,抢占资源处于同一起跑线;
  • 匿名内部类默认持有外部类的引用,有内存泄漏的风险;
  • 需要自己处理线程切换。

备注:此种姿势最好不要使用,特定场景下(例如App启动阶段为避免在主线程创建线程池的资源消耗)使用的话务必加上优先级的设置。

代码语言:javascript
复制
Process.setThreadPriority(Process.THREAD_PRIORITY_BACKGROUND);
3.2 AysncTask

AsyncTask是Android1.5提供了工具类,它使创建异步任务变得更加简单,同时屏蔽了线程切换。

下面代码是官方文档的示例代码,在doInBackground()方法中处理耗时操作,处理的进度由onProgressUpdate()方法进行回调,耗时操作处理完成之后会调用onPostExecute()方法,在UI线程中执行。

代码语言:javascript
复制
 private class DownloadFilesTask extends AsyncTask<URL, Integer, Long> {
     protected Long doInBackground(URL... urls) {
         int count = urls.length;
         long totalSize = 0;
         for (int i = 0; i < count; i++) {
             totalSize += Downloader.downloadFile(urls[i]);
             publishProgress((int) ((i / (float) count) * 100));
             // Escape early if cancel() is called
             if (isCancelled()) break;
         }
         return totalSize;
     }

     protected void onProgressUpdate(Integer... progress) {
         setProgressPercent(progress[0]);
     }

     protected void onPostExecute(Long result) {
         showDialog("Downloaded " + result + " bytes");
     }
 }

优点:

  • 创建异步任务变得更加简单,同时屏蔽了线程切换;
  • 在AsyncTask.java中我们可以看到,异步线程的优先级已经被默认设置成了:THREAD_PRIORITY_BACKGROUND,不会与UI线程抢占资源;

缺点: -Api实现版本不一致问题:在Android1.5时AsyncTask的执行是串行的,在Android1.5——3.0之间AsyncTask是并行的,而到了Android3.0之后AsyncTask的执行又回归到了串行。当然目前我们兼容的最低版本一般都会是最低4.0,那么就不需要对其进行过多的自定义适配,但是一定要注意AsyncTask默认是串行的,用于多线程场景下的话需要调用其重载方法executeOnExecutor()传入自定义的线程池,并且自己处理好同步问题;

  • 匿名内部类默认持有外部类的引用,有内存泄漏的风险。

备注:对于AsyncTask正确的使用姿势,就是区分场景调用不同的执行方法;并且避免出现内存泄漏的问题。

3.3 HandlerThread

通过HandlerThread可以创建一个带有looper的线程,引入了Handler、Looper、MessageQueue等概念,可以实现对工作线程的调度。

以下是HandlerThread的使用示例:

代码语言:javascript
复制
HandlerThread handlerThread = new HandlerThread("DataBase Opeartion", Process.THREAD_PRIORITY_BACKGROUND);
handlerThread.start();

Handler handler = new Handler(handlerThread.getLooper()){
    @Override
    public void handleMessage(Message msg) {
        // Do DataBase Opeartion
    }
};

优点:

  • 串行执行,没有并发带来的问题;
  • 不退出的前提下一直存在,避免线程相关的对象频繁重建和销毁造成的资源消耗。

缺点:

  • 串行执行(不同的视角优点也变缺点),并发场景下无能为力;
  • 不指定优先级的情景下默认优先级为THREAD_PRIORITY_DEFAULT,与UI线程同级别。

备注:HandlerThread的正确使用姿势:串行场景,并在构造方法中明确指定优先级。

3.4 IntentService

根据官方文档的描述:IntentService是继承于Service并处理异步请求的一个类,在IntentService内有一个工作线程来处理耗时操作,启动IntentService的方式和启动传统Service一样,同时,当任务执行完后,IntentService会自动停止,而不需要我们去手动控制。另外,可以启动IntentService多次,而每一个耗时操作会以工作队列的方式在IntentService的onHandleIntent回调方法中执行,并且,每次只会执行一个耗时操作,依次执行。

实际上IntentService是Service与HandlerThread的组合,内部的工作线程以及调度机制都依赖于HandlerThread。

代码语言:javascript
复制
    @Override
    public void onCreate() {
        // TODO: It would be nice to have an option to hold a partial wakelock
        // during processing, and to have a static startService(Context, Intent)
        // method that would launch the service & hand off a wakelock.
        super.onCreate();
        HandlerThread thread = new HandlerThread("IntentService[" + mName + "]");
        thread.start();
        mServiceLooper = thread.getLooper();
        mServiceHandler = new ServiceHandler(mServiceLooper);
    }

    @Override
    public void onDestroy() {
        mServiceLooper.quit();
    }

优势:

  • 同HandlerThread的优势;
  • 开启服务,进程优先级会提升;
  • 无需手动关闭,执行完之后自动结束。

备注: 有人可能对于Service的理解会有误区,Service并不是执行耗时操作的乐园,在《Android 性能优化(七)之你真的理解 ANR 吗?》中分析过,Service中执行耗时操作会导致ANR。

3.5 ThreadPoolExecutor

线程池:基本思想是一种对象池的思想,开辟一块内存空间,里面存放了众多(存活状态)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。

优势:

  • 线程的创建和销毁由线程池维护,一个线程在完成任务后并不会立即销毁,而是由后续的任务复用这个线程,从而减少线程的创建和销毁,节约系统的开销;
  • 线程池旨在线程的复用,这就可以节约我们用以往的方式创建线程和销毁所消耗的时间,减少线程频繁调度的开销,从而节约系统资源,提高系统吞吐量;
  • 在执行大量异步任务时提高了性能;
  • Java内置的一套ExecutorService线程池相关的api,可以更方便的控制线程的最大并发数、线程的定时任务、单线程的顺序执行等。

备注:回到我们上面提的第三个问题:线程池一定会提升效率吗?

  • 使用线程池需要特别注意同时并发线程数量的控制。因为CPU只能同时执行固定数量的线程数,一旦同时并发的线程数量超过CPU能够同时执行的阈值,CPU就需要花费精力来判断到底哪些线程的优先级比较高,在不同的线程之间进行调度切换。一旦同时并发的线程数量达到一定的量级,CPU在不同线程之间进行调度的时间就可能过长,反而导致性能严重下降;
  • 每开一个新的线程,都会耗费至少64K以上的内存。线程池中存在了过多的并发数量不仅会影响CPU的调度时间而且会减少可用内存;
  • 线程的优先级具有继承性,在某线程中创建的线程会继承此线程的优先级。那么我们在UI线程中创建了线程池,其中的线程优先级是和UI线程优先级一样的;所以仍然可能出现20个同样优先级的线程平等的和UI线程抢占资源。

对于线程池中线程数量的限制,可以参考AsyncTask中的配置,基于7.0源码,不同版本的实现可能有细微差别;

代码语言:javascript
复制
    // We want at least 2 threads and at most 4 threads in the core pool,
    // preferring to have 1 less than the CPU count to avoid saturating
    // the CPU with background work 核心池数量被限定在2到4之间。
    private static final int CORE_POOL_SIZE = Math.max(2, Math.min(CPU_COUNT - 1, 4));
    private static final int MAXIMUM_POOL_SIZE = CPU_COUNT * 2 + 1;
    private static final int KEEP_ALIVE_SECONDS = 30;

    ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(
                CORE_POOL_SIZE, MAXIMUM_POOL_SIZE, KEEP_ALIVE_SECONDS, TimeUnit.SECONDS,
                sPoolWorkQueue, sThreadFactory);

4、 总结

  • Thread、AsyncTask适合处理单个任务的场景;
  • HandlerThread适合串行处理多任务的场景;
  • IntentService适合处理与UI无关的多任务场景;
  • 当需要并行的处理多任务之时,ThreadPoolExecutor是更好的选择,当然也可以使用AsyncTask传入自定义的线程池;
  • 注意线程优先级的设置;
  • 特别注意对不同场景下异步方式的选择。

参考: 《Java线程池》 《Thread Scheduling in Android》 《java线程池大小为何会大多被设置成CPU核心数+1?》 《Android性能优化典范——The Importance of Thread Priority 》

本文参与 腾讯云自媒体同步曝光计划,分享自微信公众号。
原始发表:2017-05-18,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

本文分享自 双十二技术哥 微信公众号,前往查看

如有侵权,请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。

本文参与 腾讯云自媒体同步曝光计划  ,欢迎热爱写作的你一起参与!

评论
登录后参与评论
0 条评论
热度
最新
推荐阅读
目录
  • 1、 前言
  • 2、 Android线程调度
    • 2.1 Nice values
      • 2.2 Cgroups
      • 3、 正确的异步姿势
        • 3.1 Thread
          • 3.2 AysncTask
            • 3.3 HandlerThread
              • 3.4 IntentService
                • 3.5 ThreadPoolExecutor
                • 4、 总结
                领券
                问题归档专栏文章快讯文章归档关键词归档开发者手册归档开发者手册 Section 归档