Android+物聯(lián)網(wǎng)培訓(xùn)之進(jìn)程和線程詳解

 
Android 進(jìn)程和線程詳解
 
   當(dāng)啟動一個應(yīng)用程序組件時，如果該應(yīng)用沒有正在運(yùn)行的其它程序組件，那么Android系統(tǒng)將為這個應(yīng)用創(chuàng)建一個新進(jìn)程（包含一個線程）用于運(yùn)行應(yīng)用。缺省情況下，一個應(yīng)用的所有組件（Activity，Service等）運(yùn)行在同一個進(jìn)程和線程中（稱為“主”線程）。如果在啟動一個應(yīng)用程序組件時，這個應(yīng)用已經(jīng)有進(jìn)程在運(yùn)行（因?yàn)橛袘?yīng)用的其它組件存在），那么這個應(yīng)用程序組件將使用同一進(jìn)程和線程運(yùn)行。當(dāng)然你可以使用不同進(jìn)程來運(yùn)行不同的組件，或者在進(jìn)程中創(chuàng)建新的線程。
 
進(jìn)程
缺省情況，應(yīng)用的所有組件都運(yùn)行在同一個進(jìn)程，而且應(yīng)用不應(yīng)該改變這個傳統(tǒng)。然而，如果你發(fā)現(xiàn)你需要控制某個組件運(yùn)行在那個進(jìn)程中，你可以通過應(yīng)用程序清單來配置。
 
在應(yīng)用程序清單文件中，每個類型的應(yīng)用程序組件-<activity>,<service>,<receiver>和<provider>都支持 android:process 屬性，這個屬性用來指明該程序組件運(yùn)行的進(jìn)程。你可以為應(yīng)用程序組件設(shè)置這個屬性以使每個組件運(yùn)行在不同的進(jìn)程中或者某幾個組件使用同一進(jìn)程。你也可以通過設(shè)置android:process 使得不同應(yīng)用中的組件運(yùn)行在同一個進(jìn)程中-前提是這些應(yīng)用使用同一個Linux用戶名并且使用同一個證書簽名。
 
<Application>元素也支持 android: process 屬性，用來為應(yīng)用程序的所有組件設(shè)置缺省的進(jìn)程。
 
Android系統(tǒng)中系統(tǒng)資源過低而且有需要為用戶立即提供服務(wù)的進(jìn)程需要啟動時可能會終止某些進(jìn)程的運(yùn)行。運(yùn)行在這些被終止的進(jìn)程中的程序組件將逐個被銷毀。此后如果還有工作需要這些應(yīng)用程序組件時將啟動新的進(jìn)程。
 
系統(tǒng)中決定哪些進(jìn)程可以殺死時，系統(tǒng)將權(quán)衡這些進(jìn)程對用戶的重要性。比如，對于那些運(yùn)行不可見的Activity的進(jìn)程比運(yùn)行屏幕上可見的Activity的進(jìn)程更容易被殺死。
 
進(jìn)程生命周期
 
Android系統(tǒng)會盡可能長的保持應(yīng)用程序進(jìn)程的運(yùn)行，但總會有需要清除舊的進(jìn)程來釋放資源以滿足新或是重要的進(jìn)程的運(yùn)行。為了決定哪些進(jìn)程可以殺死，哪些進(jìn)程需要保留，系統(tǒng)根據(jù)運(yùn)行在其中的應(yīng)用程序組件和這些組件的狀態(tài)，將這些進(jìn)程分配到“重要性層次表”中。具有最低重要性的進(jìn)程首先被殺死，次重要性的進(jìn)程為其次等等直到系統(tǒng)恢復(fù)所需的資源。
 
“重要性層次表”可以分為五個層次，下面列表給出了不同類型的進(jìn)程的重要性等級（最重要的排在前面）：
 
1.前臺進(jìn)程
 
這種進(jìn)程是當(dāng)前用戶所需要的。一個進(jìn)程被認(rèn)為是前臺進(jìn)程需滿足下面條件之一：
 
 
    ·        本進(jìn)程中有Activity是當(dāng)前和用戶有交互的Activity（該Activity的onResume()已調(diào)用）。
 
    ·        本進(jìn)程中有Service和當(dāng)前用戶有交互Activity的綁定。
 
    ·        本進(jìn)程中有在前臺運(yùn)行的Service—該Service調(diào)用過startForeground()。
 
    ·        本進(jìn)程中有Service正在執(zhí)行某個生命周期回調(diào)函數(shù)（onCreate(),onStart()或onDestroy()）。
 
    ·        本進(jìn)程中的某個BroadcastReceiver正在執(zhí)行onReceive()方法。
 
2.可視進(jìn)程
 
這種進(jìn)程雖然不含有任何在前臺運(yùn)行的組件，但會影響當(dāng)前顯示給用戶屏幕上的內(nèi)容，一個進(jìn)程中滿足下面兩個條件之一時被認(rèn)為是個可見進(jìn)程:
 
 
    ·        本進(jìn)程含有一個雖然不在前臺但卻部分可見的Activity（該Activity的onPause()被調(diào)用）?？赡馨l(fā)生的情形是前臺Activity顯示一對話框，此時之前的Activity變?yōu)椴糠挚梢姟?br />  
    ·        本進(jìn)程含有綁定到可見Activity的Service。
 
3. 服務(wù)進(jìn)程
 
該進(jìn)程運(yùn)行了某個使用startService()啟動的Service，但不屬于以上兩種情況。盡管此服務(wù)進(jìn)程不直接和用戶可以看到的任何部分有關(guān)聯(lián)，但它會運(yùn)行一些用戶關(guān)心的事情（比如在后臺播放音樂或者通過網(wǎng)絡(luò)下載文件）。因此Android系統(tǒng)會盡量讓它們運(yùn)行直到系統(tǒng)資源低到無法滿足前臺和可見進(jìn)程的運(yùn)行。
 
 4.后臺進(jìn)程
 
    該進(jìn)程運(yùn)行一些目前用戶不可見的Activity（該Activity的onStop()已被調(diào)用），該進(jìn)程對用戶體驗(yàn)無直接的影響，系統(tǒng)中資源低時為保證前臺，可見或服務(wù)進(jìn)程運(yùn)行時可以隨時殺死該進(jìn)程。通常系統(tǒng)中有很多進(jìn)程在后臺運(yùn)行，這些進(jìn)程保存在LRU（最近使用過）列表中以保證用戶最后看到的進(jìn)程最后被殺死。如果一個Activity正確實(shí)現(xiàn)了它的生命周期函數(shù)，并保存了它的狀態(tài)。殺死運(yùn)行該Activity的進(jìn)程對用戶來說在視覺上不會有什么影響，這是因?yàn)橹笥脩艋氐皆揂ctivity時，該Activity能夠正確恢復(fù)之前屏幕上的狀態(tài)。
 
 5.空進(jìn)程
 
該進(jìn)程不運(yùn)行任何活動的應(yīng)用程序組件。保持這種進(jìn)程運(yùn)行的唯一原因是由于緩存，以縮短下次運(yùn)行某個程序組件時的啟動時間。系統(tǒng)會為了進(jìn)程緩存和內(nèi)核緩存之間的平衡經(jīng)常會清除空進(jìn)程。
 
Android系統(tǒng)會根據(jù)進(jìn)程中當(dāng)前活動的程序組件的重要性，近可能高的給該進(jìn)程評級。比如，如果一個進(jìn)程中同時有一個Service和一個可見的Activity在運(yùn)行，該進(jìn)程將被定級為可見進(jìn)程而不是服務(wù)進(jìn)程（可見進(jìn)程的優(yōu)先級高于服務(wù)進(jìn)程）。
 
此外，一個進(jìn)程的級別可能有對其有依賴的其它進(jìn)程提升—一個給其它進(jìn)程提供服務(wù)的進(jìn)程的級別不會低于它所服務(wù)的進(jìn)程的級別。比如，進(jìn)程A中的Content Provider 給進(jìn)程B中某客戶端提供數(shù)據(jù)服務(wù)或者進(jìn)程A中某個服務(wù)被進(jìn)程B某組件所綁定。那么進(jìn)程A重要性程度不會低于進(jìn)程B。
 
由于運(yùn)行Service的進(jìn)程的級別高于運(yùn)行后臺Activity的進(jìn)程的級別，一個需要較長時間運(yùn)行操作的Activity 啟動能夠完成該操作的Service可能也能很好的完成任務(wù)而無需簡單創(chuàng)建一個新工作線程—尤其是該操作運(yùn)行時間比該Activity還要長。比如，如果一個Activity需要完成向服務(wù)器上傳圖片任務(wù)時應(yīng)該使用一個服務(wù)來完成上載任務(wù)，這些即使用戶離開該Activity，Service依然可以在后臺完成上載任務(wù)。使用Service可以保證某個操作至少具有“服務(wù)進(jìn)程”的優(yōu)先級而無需關(guān)心該Activity發(fā)生了什么變化。這也是一個Broadcast Receiver應(yīng)該使用一個Service而非一線程來完成某個耗時的任務(wù)。
 
線程
 
Android系統(tǒng)啟動某個應(yīng)用后，將會創(chuàng)建一個線程來運(yùn)行該應(yīng)用，這個線程成為“主”線程。主線程非常重要，這是因?yàn)樗?fù)責(zé)消息的分發(fā)，給界面上相應(yīng)的UI組件分發(fā)事件，包括繪圖事件。這也是應(yīng)用可以和UI組件（為android.widget和android.view中定義的組件）發(fā)生直接交互的線程。因此主線程也通常稱為用戶界面線程（UI線程）。
 
Android系統(tǒng)不會主動為應(yīng)用程序的組件創(chuàng)建額外的線程。運(yùn)用在同一進(jìn)程中所有程序組件都在UI線程中初始化，并使用UI線程來分發(fā)對這些程序組件的系統(tǒng)調(diào)用。由此可見，響應(yīng)系統(tǒng)回調(diào)函數(shù)（比如onKeyDown() 響應(yīng)用戶按鍵或者某個生命周期回調(diào)函數(shù)）的方法總是使用UI線程來運(yùn)行。
 
比如，當(dāng)用戶觸摸屏幕上某個按鈕時，你的應(yīng)用中的UI線程將把這個觸摸事件發(fā)送到對應(yīng)的UI小組件，然后該UI小組件設(shè)置其按下的狀態(tài)并給事件隊(duì)列發(fā)送一個刷新的請求，之后UI線程處理事件隊(duì)列并通知該UI小組件重新繪制自身。
 
當(dāng)你的應(yīng)用中響應(yīng)用戶事件時需要完成一些費(fèi)事的工作時，這種單線程工作模式可能會導(dǎo)致非常差的用戶響應(yīng)性能。尤其是如果所有的工作都在UI線程中完成，比如訪問網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)庫查詢等費(fèi)時的工作將會阻塞UI線程。當(dāng)UI線程被阻塞時，就無法分發(fā)事件，包括繪圖事件。此時從用戶的角度來看，該應(yīng)用看起來不再有響應(yīng)。更為糟糕的是，如果UI線程阻塞超過幾秒鐘（目前為五秒），系統(tǒng)將給用戶顯示著名的“應(yīng)用程序無響應(yīng)”(ANR)對話框。用戶可能會選擇退出你的應(yīng)用，更為甚者如果他們感覺很不滿意也會選擇卸載你的應(yīng)用。
 
此外，Android的UI組件包不是“線程安全”的，因此你不能走工作線程中調(diào)用UI組件的方法，所有有關(guān)UI的操作必須在UI線程中完成，因此下面為使用UI單線程工作線程的兩個規(guī)則：
 
1.       永遠(yuǎn)不要阻塞UI線程。
 
2.       不要在非UI線程中操作UI組件。
 
工作線程
 
由于Android使用單線程工作模式，因此不阻塞UI線程對于應(yīng)用程序的響應(yīng)性能至關(guān)重要。如果在你的應(yīng)用中包含一些不是一瞬間就能完成的操作的話，你應(yīng)用使用額外的線程（工作線程或是后臺線程）來執(zhí)行這些操作。
 
 
比如下面示例，在用戶點(diǎn)擊某個按鈕后，就啟動一個新線程來下載某個圖像然后在ImageView中顯示：
 
[java] view plaincopyprint?
 
 
    public void onClick(View v) { 
 
        new Thread(new Runnable() { 
 
            public void run() { 
 
                Bitmap b = loadImageFromNetwork("http://example.com/image.png"); 
 
                mImageView.setImageBitmap(b); 
 
            } 
 
     
 
            private Bitmap loadImageFromNetwork(String string) { 
 
                // TODO Auto-generated method stub 
 
                return null; 
 
            } 
 
        }).start(); 
 
    } 
 
    乍一看，這段代碼應(yīng)該很好的完成工作，因?yàn)樗鼊?chuàng)建了一個新線程來完成網(wǎng)絡(luò)操作。然而它違法了上面說的第二個規(guī)則：不要在非UI線程中操作UI組件。在這段代碼中的工作線程中而不是在UI線程中，直接修改ImageView，這將導(dǎo)致一些不可以預(yù)見的后果，常常導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)此類錯誤捕捉異常困難和費(fèi)時。
 
 
為了更正此類錯誤，Android提供了多種方法使得在非UI線程中訪問UI組件，下面給出了其中的幾種方法：
 
 
    ·        Activity.runOnUiThread (Runnable) 方法
 
    ·        View.post (Runnable) 方法
 
    ·        View.postDelayed (Runnable) 方法
 
比如，使用View.post(Runnable)修改上面的代碼：
 
[java] view plaincopyprint?
 
    public void onClick(View v) { 
 
        new Thread(new Runnable() { 
 
            public void run() { 
 
                final Bitmap bitmap = loadImageFromNetwork("http://example.com/image.png"); 
 
                mImageView.post(new Runnable() { 
 
                    public void run() { 
 
                        mImageView.setImageBitmap(bitmap); 
 
                    } 
 
                }); 
 
            } 
 
        }).start(); 
 
    } 
 
   這樣的實(shí)現(xiàn)是符合“線程安全”原則的：在額外的線程中完成網(wǎng)絡(luò)操作并且在UI線程中完成對ImageView的操作。
 
   然而，隨著操作復(fù)雜性的增加，上述代碼可能會變得非常復(fù)雜導(dǎo)致維護(hù)困難。為了解決工作線程中處理此類復(fù)雜操作，你可能會考慮在工作線程中使用Handler類來處理由UI線程發(fā)送過來的消息。但可能使用AsyncTask是此類問題的最好解決方案，它很好的簡化了工作線程需要和UI組件發(fā)生交互的問題。
 
使用AsyncTask
 
AsyncTask允許你完成一些和用戶界面相關(guān)的異步工作。它在一個工作線程中完成一些阻塞工作任務(wù)然后在任務(wù)完成后通知UI線程，這些都不需要你自己來管理工作線程。
 
你必須從AsyncTask派生一個子類并實(shí)現(xiàn)doInBackground()回調(diào)函數(shù)來使用AsyncTask，AsyncTask將使用后臺進(jìn)程池來執(zhí)行異步任務(wù)。為了能夠更新用戶界面，你必須實(shí)現(xiàn)onPostExecute()方法，該方法將傳遞doInBackground()的返回結(jié)果，并且運(yùn)行在UI線程中。然后你可以在UI線程中調(diào)用execute() 方法來執(zhí)行該任務(wù)。
 
比如，使用AsyncTask來完成之前的例子：
 
[java] view plaincopyprint?
 
    public void onClick(View v) { 
 
        new DownloadImageTask().execute("http://example.com/image.png"); 
 
    } 
 
     
 
    private class DownloadImageTask extends AsyncTask<String, Void, Bitmap> { 
 
        /** The system calls this to perform work in a worker thread and
 
          * delivers it the parameters given to AsyncTask.execute() */ 
 
        protected Bitmap doInBackground(String... urls) { 
 
            return loadImageFromNetwork(urls[0]); 
 
        } 
 
         
 
        /** The system calls this to perform work in the UI thread and delivers
 
          * the result from doInBackground() */ 
 
        protected void onPostExecute(Bitmap result) { 
 
            mImageView.setImageBitmap(result); 
 
        } 
 
    } 
 
    現(xiàn)在UI是安全的而且代碼變的更簡單，因?yàn)樗言诠ぷ骶€程中的工作和在UI線程的工作很好的分隔開。
 
你應(yīng)該參考AsyncTask的詳細(xì)文檔以便更好的理解它的工作原理，這里給出它的基本步驟：
 
 
    ·        你可以使用generics為Task指定參數(shù)類型，返回值類型等
 
    ·        方法doInBackground()將自動在一個工作線程中執(zhí)行。
 
    ·        方法onPreExecute(),onPostExecute()和onProgressUpdate都在UI線程中調(diào)用。
 
    ·        方法doInBackground()的返回值將傳遞給onPostExecute()方法。
 
    ·        你可以在doInBackground()中任意調(diào)用publishProgress()方法，該方法將會調(diào)用UI線程中的onProgressUpdate()方法，你可以用它來報告任務(wù)完成的進(jìn)度。
 
·        你可以在任意線程中任意時刻終止任務(wù)的執(zhí)行。
 
要注意的是，由于系統(tǒng)配置的變化（比如屏幕的方向轉(zhuǎn)動）你的工作線程可能會碰到意外的重新啟動，這種情況下，你的工作線程可能被銷毀，你可以參考Android開發(fā)包中Shelves示例來處理線程重新的問題。
 
編寫“線程安全”方法
 
在某些情況下，你編寫的方法可能會被多個線程調(diào)用，此時你實(shí)現(xiàn)方法時要保證它是“線程安全”的。
 
“線程安全”是可以被遠(yuǎn)程調(diào)用方法實(shí)現(xiàn)的基本規(guī)則—比如支持“綁定”的Service中的方法。當(dāng)在實(shí)現(xiàn)IBinder接口同一進(jìn)程中調(diào)用IBinder對象的方法時，該方法運(yùn)行在調(diào)用者運(yùn)行的同一線程中。然而，如果調(diào)用來自不同進(jìn)程，系統(tǒng)將使用和實(shí)現(xiàn)IBinder接口的進(jìn)程關(guān)聯(lián)的線程池中的某個線程（非該進(jìn)程中的UI線程）來執(zhí)行IBinder的方法。比如，一個Service的onBind()方法會在某個Service進(jìn)程的UI線程中調(diào)用，而由onBind()返回的對象（比如實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)用RPC方法的子類）的方法會在線程池的某個線程中執(zhí)行。由于Service可能服務(wù)于多個客戶端，那么可能有線程池中的多個線程同時執(zhí)行IBinder對象的某個方法，因此IBinder對象的方法必須保證是線程安全的。
 
同樣的，一個Content Provider可以接受來自其它多個進(jìn)程的數(shù)據(jù)請求。盡管ContentResolver和ContentProvider類隱藏了處理這些數(shù)據(jù)請求時進(jìn)程間通信的詳細(xì)機(jī)制，這些請求方法有query(), insert (), delete (), update () 及getType() 等。這些方法會在Content Provider的進(jìn)程的線程池的某個線程中執(zhí)行。由于這些方法同時有不定數(shù)量的線程同時調(diào)用，因此這些方法也必須是線程安全的。
 
進(jìn)程間通信
 
    Android系統(tǒng)支持使用遠(yuǎn)程調(diào)用（RPC）來實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間通信（IPC）的機(jī)制。此時在一個Activity或其它程序組件調(diào)用某個方法，而該方法的實(shí)現(xiàn)執(zhí)行是在另外的進(jìn)程中（遠(yuǎn)程進(jìn)程）。遠(yuǎn)程調(diào)用可能給調(diào)用者返回結(jié)果。這就要求將方法調(diào)用和相關(guān)數(shù)據(jù)分離到某個層次，以便能讓操作系統(tǒng)理解，能從本地進(jìn)程傳送數(shù)據(jù)到遠(yuǎn)程進(jìn)程地址空間，在遠(yuǎn)程能夠重新構(gòu)造數(shù)據(jù)以執(zhí)行方法，返回數(shù)據(jù)也能夠反向返回。Android支持能夠完成這些進(jìn)程間通信事務(wù)的所有代碼，從而使你可以只關(guān)注于定義和實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)用的接口。
 
    為了使用進(jìn)程間通信（IPC）,你的應(yīng)用需要使用bindService()綁定到某個Service。


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