Android 進程和線程模型

Android進程模型

在安裝Android應用程序的時候，Android會爲每一個程序分配一個Linux用戶ID，並設置相應的權限，這樣其它應用程序就不能訪問此應用程序所擁有的數據和資源了。

在 Linux 中，一個用戶ID 識別一個給定用戶；在 Android 上，一個用戶ID 識別一個應用程序。應用程序在安裝時被分配用戶 ID，應用程序在設備上的存續期間內，用戶ID 保持不變。

默認狀況下，每一個apk運行在它本身的Linux進程中。當須要執行應用程序中的代碼時，Android會啓動一個jvm，即一個新的進程來執行，所以不一樣的apk運行在相互隔離的環境中。

下圖顯示了：兩個 Android 應用程序，各自在其本身的基本沙箱或進程上，他們是不一樣的Linux user ID。

開發者也能夠給兩個應用程序分配相同的linux用戶id，這樣他們就能訪問對方所擁有的資源。

爲了保留系統資源，擁有相同用戶id的應用程序能夠運行在同一個進程中，共享同一個jvm。

以下圖，顯示了兩個 Android 應用程序，運行在同一進程上。

不一樣的應用程序能夠運行在相同的進程中。要實現這個功能，首先必須使用相同的私鑰簽署這些應用程序，而後必須使用 manifest 文件給它們分配相同的 Linux 用戶 ID，這經過用相同的值/名定義 manifest 屬性 android:sharedUserId 來作到。

 

Android進程的知識補充

下圖是標準的Android 架構圖

其中咱們能夠看到在「Android本地庫 & Java運行環境層」中，Android 運行時中，

Dalvik是Android中的java虛擬機，可支持同時運行多個虛擬機實例；每一個Android應用程序都在本身的進程中運行，都擁有一個獨立的Dalvik虛擬機實例；

全部java類通過java編譯器編譯，而後經過SDK中的dx工具轉成.dex格式交由虛擬機執行。

 

Android系統進程

init進程（1號進程），父進程爲0號進程，執行根目錄底下的init可執行程序，是用戶空間進程

——-> /system/bin/sh

——-> /system/bin/mediaserver

——-> zygote

—————–> system_server

—————–>com.android.phone

—————–>android.process.acore(Home)

… …

kthreadd進程（2號進程），父進程爲0號進程，是內核進程，其餘內核進程都是直接或者間接以它爲父進程

 

Android的單線程模型

當一個程序第一次啓動時，Android會同時啓動一個對應的主線程（Main Thread），主線程主要負責處理與UI相關的事件，如：用戶的按鍵事件，用戶接觸屏幕的事件以及屏幕繪圖事件，並把相關的事件分發到對應的組件進行處理。因此主線程一般又被叫作UI線程。

在開發Android 應用時必須遵照單線程模型的原則： Android UI操做並非線程安全的而且這些操做必須在UI線程中執行。

若是在非UI線程中直接操做UI線程，會拋出android.view.ViewRoot$CalledFromWrongThreadException: Only the original thread that created a view hierarchy can touch its views，這與普通的java程序不一樣。

因爲UI線程負責事件的監聽和繪圖，所以，必須保證UI線程可以隨時響應用戶的需求，UI線程裏的操做應該向中斷事件那樣短小，費時的操做（如網絡鏈接）須要另開線程，不然，若是UI線程超過5s沒有響應用戶請求，會彈出對話框提醒用戶終止應用程序。

若是在新開的線程中須要對UI進行設定，就可能違反單線程模型，所以android採用一種複雜的Message Queue機制保證線程間通訊

 

Message Queue：

Message Queue是一個消息隊列，用來存放經過Handler發佈的消息。Android在第一次啓動程序時會默認會爲UI thread建立一個關聯的消息隊列，能夠經過Looper.myQueue()獲得當前線程的消息隊列，用來管理程序的一些上層組件，activities，broadcast receivers 等等。你能夠在本身的子線程中建立Handler與UI thread通信。

經過Handler你能夠發佈或者處理一個消息或者是一個Runnable的實例。每一個Handler都會與惟一的一個線程以及該線程的消息隊列管理。

Looper扮演着一個Handler和消息隊列之間通信橋樑的角色。程序組件首先經過Handler把消息傳遞給Looper，Looper把消息放入隊列。Looper也把消息隊列裏的消息廣播給全部的Handler，Handler接受到消息後調用handleMessage進行處理。

實例以下：

public class MainActivity extends Activity implements OnClickListener {
    private EditText etTXT;
    private Button btnTXT;
    private TextView tvTXT;
    
    private MessageHandler messageHandler;

    @Override
    public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        
        etTXT = (EditText)findViewById(R.id.etTXT);
        btnTXT = (Button)findViewById(R.id.btnTXT);
        tvTXT = (TextView)findViewById(R.id.tvTXT);
        
        btnTXT.setOnClickListener(this);        
        Looper looper = Looper.myLooper();            // 獲得當前線程的Looper實例
        Looper looper2 = Looper.getMainLooper();        // 因爲當前線程是UI線程，因此也能夠經過Looper.getMainLooper()獲得
        messageHandler = new MessageHandler(looper);    // 此處甚至能夠不須要設置Looper，由於 Handler默認就使用當前線程的Looper    
    }

    @Override
    public void onClick(View v) {
        new Thread(){
            @Override
            public void run(){
                Message msg = Message.obtain();
                msg.obj = etTXT.getText().toString();
                messageHandler.sendMessage(msg);
            }
        }.start();
    }
    
    // 構造Hanlder
    class MessageHandler extends Handler{
        public MessageHandler(Looper looper){
            super(looper);
        }
        
        @Override
        public void handleMessage(Message msg){
            tvTXT.setText((String)msg.obj);
        }
    }
}

對於這個實例，當這個activity執行完onCreate，onStart，onResume後，就監聽UI的各類事件（如Click點擊事件）和消息（如Handler Message）。

當點擊一個按鈕後啓動線程，線程執行結束後經過handler發送一個消息，因爲這個handler屬於UI線程，所以這個消息也發送給UI線程，而後UI線程又把這個消息給handler處理，而這個handler是UI線程創造的，它能夠訪問UI組件，所以就更新了頁面。

因爲經過handler須要本身管理線程類，若是業務稍微複雜，代碼看起來就比較混亂，所以android提供了AsyncTask類來解決此問題

 

AsyncTask

首先繼承一下此類，實現如下若干方法：

1） onPreExecute()，該方法將在執行實際的後臺操做前被UI thread調用。能夠在該方法中作一些準備工做，如在界面上顯示一個進度條。

2） doInBackground(Params...)，將在onPreExecute 方法執行後立刻執行，該方法運行在後臺線程中。這裏將主要負責執行那些很耗時的後臺計算工做。

能夠調用publishProgress方法來更新實時的任務進度。該方法是抽象方法，子類必須實現。

3） onProgressUpdate(Progress...)，在publishProgress方法被調用後，UI thread將調用這個方法從而在界面上展現任務的進展狀況，例如經過一個進度條進行展現。

4） onPostExecute(Result)，在doInBackground 執行完成後，onPostExecute 方法將被UI thread調用，後臺的計算結果將經過該方法傳遞到UI thread.

使用時須要遵循如下規則：

1）Task的實例必須在UI thread中建立

2）execute方法必須在UI thread中調用

3）不要手動的調用這些方法，只調用execute便可

4）該task只能被執行一次，不然屢次調用時將會出現異常

示例以下：

public class MainActivity extends Activity implements OnClickListener {
    private EditText etTXT;
    private Button btnTXT;
    private TextView tvTXT;
    
    @Override
    public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        
        etTXT = (EditText)findViewById(R.id.etTXT);
        btnTXT = (Button)findViewById(R.id.btnTXT);
        tvTXT = (TextView)findViewById(R.id.tvTXT);
        
        btnTXT.setOnClickListener(this);        
    }

    @Override
    public void onClick(View v) {
        String txt = etTXT.getText().toString();
        new MyTask().execute(txt);
    }
    
    // 構造AsyncTask
    class MyTask extends AsyncTask<String, Integer, String>{
        @Override
        protected String doInBackground(String... params) {        // 在後臺執行後返回結果 result
            return params[0].toString();
        }
    
        @Override
        protected void onPostExecute(String result) {        // 捕獲後臺返回的結果 result
            tvTXT.setText(result.toString());        // 顯示結果result
        }
    }
}

運行結果：