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
});- 通过
Executors.newFixedThreadPool创建一个包含5个线程的固定大小线程池。 executor.submit方法用于将任务提交给线程池执行。
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();Callable接口相比Runnable接口，允许在执行完任务后返回一个结果。executor.submit返回一个Future对象，可以通过get方法获取任务执行的结果。
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();
}ReentrantLock是Lock接口的一种实现，提供了可重入的锁。condition.await()用于让线程等待，condition.signal()用于唤醒等待的线程。
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。
- 通过Android Studio中的Profiler工具，选择Systrace进行性能分析。
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。