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进程和线程概览

当应用组件启动且该应用未运行任何其他组件时,Android 系统会使用单个执行线程为应用启动新的 Linux 进程。默认情况下,同一应用的所有组件会在相同的进程和线程(称为“主”线程)中运行。如果某个应用组件启动且该应用已存在进程(因为存在该应用的其他组件),则该组件会在此进程内启动并使用相同的执行线程。但是,您可以安排应用中的其他组件在单独的进程中运行,并为任何进程创建额外的线程。

本文档介绍进程和线程在 Android 应用中的工作方式。

进程

默认情况下,同一应用的所有组件均在相同的进程中运行,且大多数应用都不应改变这一点。但是,如果您发现需要控制某个组件所属的进程,则可在清单文件中执行此操作。

各类组件元素(<activity><service><receiver><provider>)的清单文件条目均支持 android:process 属性,此属性可指定该组件应在哪个进程中运行。您可以设置此属性,使每个组件均在各自的进程中运行,或者使某些组件共享一个进程,而其他组件则不共享。您也可设置 android:process,以便不同应用的组件在同一进程中运行,但前提是这些应用共享相同的 Linux 用户 ID 并使用相同的证书进行签署。

此外,<application> 元素还支持 android:process 属性,用来设置适用于所有组件的默认值。

当内存不足,而其他更急于为用户提供服务的进程又需要内存时,Android 可能会决定在某一时刻关闭某个进程。正因如此,系统会销毁在被终止进程中运行的应用组件。当这些组件需再次运行时,系统将为其重启进程。

决定终止哪个进程时,Android 系统会权衡其对用户的相对重要性。例如,相较于托管可见 Activity 的进程而言,系统更有可能关闭托管屏幕上不再可见的 Activity 的进程。因此,是否终止某个进程的决定取决于该进程中所运行组件的状态。

如需详细了解进程生命周期及其与应用状态的关系,请参阅进程和应用生命周期

线程

启动应用时,系统会为该应用创建一个称为“main”(主线程)的执行线程。此线程非常重要,因为其负责将事件分派给相应的界面微件,其中包括绘图事件。此外,应用与 Android 界面工具包组件(来自 android.widgetandroid.view 软件包的组件)也几乎都在该线程中进行交互。因此,主线程有时也称为界面线程。但在一些特殊情况下,应用的主线程可能并非其界面线程,相关详情请参阅线程注解

系统不会为每个组件实例创建单独的线程。在同一进程中运行的所有组件均在界面线程中进行实例化,并且对每个组件的系统调用均由该线程进行分派。因此,响应系统回调的方法(例如,报告用户操作的 onKeyDown() 或生命周期回调方法)始终在进程的界面线程中运行。

例如,当用户轻触屏幕上的按钮时,应用的界面线程会将轻触事件分派给微件,而微件转而会设置其按下状态,并将失效请求发布到事件队列中。界面线程从队列中取消该请求,并通知该微件对其自身进行重绘。

当应用执行繁重的任务以响应用户交互时,除非您正确实现应用,否则这种单线程模式可能会导致性能低下。具体地讲,如果界面线程需要处理所有任务,则执行耗时较长的操作(例如,网络访问或数据库查询)将会阻塞整个界面线程。一旦被阻塞,线程将无法分派任何事件,包括绘图事件。从用户的角度来看,应用会显示为挂起状态。更糟糕的是,如果界面线程被阻塞超过几秒钟时间(目前大约是 5 秒钟),用户便会看到令人厌烦的“应用无响应”(ANR) 对话框。如果引起用户不满,他们可能就会决定退出并卸载此应用。

此外,Android 界面工具包并非线程安全工具包。所以您不得通过工作线程操纵界面,而只能通过界面线程操纵界面。因此,Android 的单线程模式必须遵守两条规则:

  1. 不要阻塞 UI 线程
  2. 不要在 UI 线程之外访问 Android UI 工具包

工作线程

根据上述单线程模式,如要保证应用界面的响应能力,关键是不能阻塞界面线程。如果执行的操作不能即时完成,则应确保它们在单独的线程(“后台”或“工作”线程)中运行。

但请注意,除了界面线程或“主”线程,您无法更新任何其他线程的界面。

为解决此问题,Android 提供了几种途径,以便您从其他线程访问界面线程。以下列出了几种有用的方法:

Kotlin

fun onClick(v: View) {
    Thread(Runnable {
        // a potentially time consuming task
        val bitmap = processBitMap("image.png")
        imageView.post {
            imageView.setImageBitmap(bitmap)
        }
    }).start()
}

Java

public void onClick(View v) {
    new Thread(new Runnable() {
        public void run() {
            // a potentially time consuming task
            final Bitmap bitmap =
                    processBitMap("image.png");
            imageView.post(new Runnable() {
                public void run() {
                    imageView.setImageBitmap(bitmap);
                }
            });
        }
    }).start();
}

上述实现属于线程安全型:在单独的线程中完成后台操作,同时始终在界面线程中操纵 ImageView

但是,随着操作日趋复杂,这类代码也会变得复杂且难以维护。如要通过工作线程处理更复杂的交互,可以考虑在工作线程中使用 Handler 处理来自界面线程的消息。当然,最好的解决方案或许是扩展 AsyncTask 类,此类可简化与界面进行交互所需执行的工作线程任务。

使用 AsyncTask

AsyncTask 允许对界面执行异步操作。它会先阻塞工作线程中的操作,然后在界面线程中发布结果,而无需您亲自处理线程和/或处理程序。

如要使用该类,您必须创建 AsyncTask 的子类并实现 doInBackground() 回调方法,该方法会在后台线程池中运行。如要更新界面,您应实现 onPostExecute()(该方法会传递 doInBackground() 返回的结果并在界面线程中运行),以便安全更新界面。然后,您可以通过从界面线程调用 execute() 来运行任务。

如要全面了解如何使用此类,请阅读 AsyncTask 参考文档。

线程安全方法

在某些情况下,系统可能会从多个线程调用您实现的方法,因此编写这些方法时必须确保其满足线程安全的要求。

这一点主要适用于可以远程调用的方法,如绑定服务中的方法。如果对 IBinder 中所实现方法的调用源自运行 IBinder 的同一进程,则系统会在调用方的线程中执行该方法。但是,如果调用源自其他进程,则系统会选择线程池中的某个线程,并在此线程中(而不是在进程的界面线程中)执行该方法,线程池由系统在与 IBinder 相同的进程中进行维护。例如,即使服务的 onBind() 方法通过服务进程的界面线程调用,在 onBind() 所返回对象中实现的方法(例如,实现 RPC 方法的子类)仍会通过线程池中的线程调用。由于服务可以有多个客户端,因此多个池线程可同时使用相同的 IBinder 方法。因此,IBinder 方法必须实现为线程安全方法。

同样,内容提供程序也可接收来自其他进程的数据请求。尽管 ContentResolverContentProvider 类隐藏了如何管理进程间通信的细节,但系统会从内容提供程序进程的线程池(而非进程的界面线程)调用响应这些请求的 ContentProvider 方法(query()insert()delete()update()getType() 方法)。由于系统可能会同时从任意数量的线程调用这些方法,因此它们也必须实现为线程安全的方法。

进程间通信

Android 利用远程过程调用 (RPC) 提供了一种进程间通信 (IPC) 机制,在此机制中,系统会(在其他进程中)远程执行由 Activity 或其他应用组件调用的方法,并将所有结果返回给调用方。因此,您需将方法调用及其数据分解至操作系统可识别的程度,并将其从本地进程和地址空间传输至远程进程和地址空间,然后在远程进程中重新组装并执行该调用。然后,返回值将沿相反方向传输回来。Android 提供执行这些 IPC 事务所需的全部代码,因此您只需集中精力定义和实现 RPC 编程接口。

如要执行 IPC,您必须使用 bindService() 将应用绑定到服务。如需了解详细信息,请参阅服务开发者指南。