引言
在上一篇的入门篇中，我们对Android线程的基础概念和多线程编程模型有了初步了解。本篇将深入探讨多线程编程技术和性能优化策略，以提升应用的效率和响应性。
高级多线程编程技术
使用线程池管理线程
线程池是一组预先创建的线程，用于执行任务。通过使用线程池，可以避免不断创建和销毁线程的开销，提高线程的重用率，同时有效控制并发线程数量。
// 创建固定大小的线程池
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(5);
// 提交任务给线程池执行
executor.submit(() -> {
// 执行任务的代码
});
使用Callable和Future获取任务结果
Callable
接口允许线程返回结果，而
Future
接口允许主线程获取线程的执行结果。
Callable<String> callableTask = () -> {
// 执行任务的代码
return "Task completed";
};
Future<String> future = executor.submit(callableTask);
// 获取任务结果
String result = future.get();
使用Lock和Condition进行更精细的同步控制
与
synchronized
关键字相比，
Lock
接口提供了更灵活的锁定机制，
Condition
接口允许线程等待特定条件满足后再继续执行。
Lock lock = new ReentrantLock();
Condition condition = lock.newCondition();
// 在线程中使用锁
lock.lock();
try {
// 一些需要同步的代码块
condition.await(); // 等待条件满足
} finally {
lock.unlock();
}
// 在另一个线程中发出信号
lock.lock();
try {
condition.signal(); // 发送信号
} finally {
lock.unlock();
}
并发数据结构
并发数据结构是在多线程编程中至关重要的一部分。并发数据结构提供了在多线程环境下安全访问和修改数据的机制，以确保线程安全性和避免竞态条件。
以下是一些常见的并发数据结构及其应用
ConcurrentHashMap
ConcurrentHashMap
是
HashMap
的线程安全版本，它允许在不同的部分上并发地读写数据，提高了并发性能。在多线程环境中，使用
ConcurrentHashMap
可以避免对整个数据结构的锁定，从而提高并发性。
ConcurrentHashMap<String, Integer> concurrentMap = new ConcurrentHashMap<>();
concurrentMap.put("key1", 1);
concurrentMap.put("key2", 2);
int value = concurrentMap.get("key1");
CopyOnWriteArrayList
CopyOnWriteArrayList
是
ArrayList
的线程安全版本，它通过在修改操作时创建底层数组的副本来保证线程安全。它适用于读多写少的场景。
CopyOnWriteArrayList<String> copyOnWriteArrayList = new CopyOnWriteArrayList<>();
copyOnWriteArrayList.add("Item1");
copyOnWriteArrayList.add("Item2");
String item = copyOnWriteArrayList.get(0);
BlockingQueue
BlockingQueue
是一个阻塞队列，它提供了在队列为空或已满时阻塞线程的操作。这在生产者-消费者模型中特别有用。
BlockingQueue<String> blockingQueue = new LinkedBlockingQueue<>(10);
// 生产者线程
blockingQueue.put("Item");
// 消费者线程
String item = blockingQueue.take();
AtomicInteger
AtomicInteger
是一个原子整数，它提供了一组原子操作，可确保在多线程环境中进行递增、递减等操作时的线程安全性。
AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(0);
int result = atomicInteger.incrementAndGet(); // 原子递增操作
CountDownLatch
CountDownLatch
是一个同步工具类，它允许一个或多个线程等待其他线程完成操作。
CountDownLatch latch = new CountDownLatch(2);
// 线程1
new Thread(() -> {
// 执行某些操作
latch.countDown();
}).start();
// 线程2
new Thread(() -> {
// 执行某些操作
latch.countDown();
}).start();
// 主线程等待两个线程完成
latch.await();
CyclicBarrier
CyclicBarrier
是另一个同步工具类，它允许一组线程相互等待，直到所有线程都到达某个屏障点。
CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(3);
// 线程1
new Thread(() -> {
// 执行某些操作
cyclicBarrier.await();
}).start();
// 线程2
new Thread(() -> {
// 执行某些操作
cyclicBarrier.await();
}).start();
// 线程3
new Thread(() -> {
// 执行某些操作
cyclicBarrier.await();
}).start();
// 主线程等待所有线程到达屏障点
cyclicBarrier.await();
这些并发数据结构为多线程编程提供了有力的支持，但在使用它们时需要谨慎，以确保正确地处理并发访问和修改。在合适的场景下，合理使用这些数据结构可以提高程序的性能和并发度。
异常处理
UncaughtExceptionHandler
接口可以用于捕获线程中未处理的异常。通过设置线程的
UncaughtExceptionHandler
，可以在异常发生时执行自定义的处理逻辑。
public class UncaughtExceptionHandlerExample {
public static void main(String[] args) {
// 创建一个线程
Thread thread = new Thread(() -> {
// 模拟发生异常
throw new RuntimeException("Simulated exception");
});
// 设置线程的UncaughtExceptionHandler
thread.setUncaughtExceptionHandler((t, e) ->
System.out.println("Uncaught exception in thread " + t.getName() + ": " + e.getMessage()));
// 启动线程
thread.start();
}
}
在这个例子中，我们创建了一个线程，并设置了它的
UncaughtExceptionHandler
。当线程中发生未捕获的异常时，
UncaughtExceptionHandler
的
uncaughtException
方法将被调用，我们在这里简单地输出了异常信息。
请注意，这种机制对于捕获主线程的异常可能不太适用。对于主线程的异常处理，更好的方式是使用
Thread.setDefaultUncaughtExceptionHandler
来设置默认的异常处理器。
Thread.setDefaultUncaughtExceptionHandler((t, e) ->
System.out.println("Uncaught exception in thread " + t.getName() + ": " + e.getMessage()));
这将影响所有线程，除非它们显式地设置了自己的
UncaughtExceptionHandler
。
Android中的异步任务与HandlerThread
AsyncTask的替代方案
由于
AsyncTask
已被废弃，推荐使用
Executor
和
Handler
的结合，或者使用Kotlin协程（在入门篇中已有介绍）来执行异步任务。
// 使用Executor执行异步任务
Executor executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
executor.execute(() -> {
// 执行异步任务的代码
});
HandlerThread的使用
HandlerThread
是Android中的一个辅助类，它封装了与Looper相关的操作，使得在后台线程中执行任务更为方便。
HandlerThread handlerThread = new HandlerThread("MyHandlerThread");
handlerThread.start();
Handler handler = new Handler(handlerThread.getLooper());
// 在后台线程执行任务
handler.post(() -> {
// 执行任务的代码
});
性能优化策略
使用Systrace进行性能分析
Systrace是Android系统提供的一种性能分析工具，可以用来检查应用中的性能瓶颈，找到耗时操作，优化线程执行时间。
避免UI线程阻塞
将耗时任务转移到后台线程执行，确保UI线程不会因为耗时操作而阻塞，提高应用的响应性。
// 使用Handler将任务提交到后台线程执行
Handler handler = new Handler(Looper.getMainLooper());
handler.post(() -> {
// 执行耗时任务
});
使用轻量级的同步机制
避免过多使用重量级的同步机制，如
synchronized
关键字，可以选择使用
java.util.concurrent
包中的更轻量级的机制，例如
ReentrantLock
。
优化内存管理
及时释放不再需要的对象，避免内存泄漏。可以使用工具如
LeakCanary
来帮助检测内存泄漏问题。
// 使用WeakReference来持有对象的弱引用，有助于及时释放不再需要的对象
WeakReference<MyObject> weakReference = new WeakReference<>(myObject);
myObject = null; // 释放强引用
总结
我们深入了解了Android中更高级的多线程编程技术，包括线程池的使用、锁与条件的灵活应用、并发数据结构以及一些性能优化的策略。希望读者能够在实际项目中灵活运用这些知识，构建高效稳定的Android应用。
转自：
Android 常见热修复方案及原理
