Android 进程和线程模型

Android进程模型

在安装Android应用程序的时候，Android会为每个程序分配一个Linux用户ID，并设置相应的权限，这样其它应用程序就不能访问此应用程序所拥有的数据和资源了。

在 Linux 中，一个用户ID 识别一个给定用户；在 Android 上，一个用户ID 识别一个应用程序。应用程序在安装时被分配用户 ID，应用程序在设备上的存续期间内，用户ID 保持不变。

默认情况下，每个apk运行在它自己的Linux进程中。当需要执行应用程序中的代码时，Android会启动一个jvm，即一个新的进程来执行，因此不同的apk运行在相互隔离的环境中。

下图显示了：两个 Android 应用程序，各自在其自己的基本沙箱或进程上，他们是不同的Linux user ID。

开发者也可以给两个应用程序分配相同的linux用户id，这样他们就能访问对方所拥有的资源。

为了保留系统资源，拥有相同用户id的应用程序可以运行在同一个进程中，共享同一个jvm。

如下图，显示了两个 Android 应用程序，运行在同一进程上。

不同的应用程序可以运行在相同的进程中。要实现这个功能，首先必须使用相同的私钥签署这些应用程序，然后必须使用 manifest 文件给它们分配相同的 Linux 用户 ID，这通过用相同的值/名定义 manifest 属性 android:sharedUserId 来做到。

 

Android进程的知识补充

下图是标准的Android 架构图

其中我们可以看到在“Android本地库 & Java运行环境层”中，Android 运行时中，

Dalvik是Android中的java虚拟机，可支持同时运行多个虚拟机实例；每个Android应用程序都在自己的进程中运行，都拥有一个独立的Dalvik虚拟机实例；

所有java类经过java编译器编译，然后通过SDK中的dx工具转成.dex格式交由虚拟机执行。

 

Android系统进程

init进程（1号进程），父进程为0号进程，执行根目录底下的init可执行程序，是用户空间进程

——-> /system/bin/sh

——-> /system/bin/mediaserver

——-> zygote

—————–> system_server

—————–>com.android.phone

—————–>android.process.acore(Home)

… …

kthreadd进程（2号进程），父进程为0号进程，是内核进程，其他内核进程都是直接或者间接以它为父进程

 

Android的单线程模型

当一个程序第一次启动时，Android会同时启动一个对应的主线程（Main Thread），主线程主要负责处理与UI相关的事件，如：用户的按键事件，用户接触屏幕的事件以及屏幕绘图事件，并把相关的事件分发到对应的组件进行处理。所以主线程通常又被叫做UI线程。

在开发Android 应用时必须遵守单线程模型的原则： Android UI操作并不是线程安全的并且这些操作必须在UI线程中执行。

如果在非UI线程中直接操作UI线程，会抛出android.view.ViewRoot$CalledFromWrongThreadException: Only the original thread that created a view hierarchy can touch its views，这与普通的java程序不同。

由于UI线程负责事件的监听和绘图，因此，必须保证UI线程能够随时响应用户的需求，UI线程里的操作应该向中断事件那样短小，费时的操作（如网络连接）需要另开线程，否则，如果UI线程超过5s没有响应用户请求，会弹出对话框提醒用户终止应用程序。

如果在新开的线程中需要对UI进行设定，就可能违反单线程模型，因此android采用一种复杂的Message Queue机制保证线程间通信

 

Message Queue：

Message Queue是一个消息队列，用来存放通过Handler发布的消息。Android在第一次启动程序时会默认会为UI thread创建一个关联的消息队列，可以通过Looper.myQueue()得到当前线程的消息队列，用来管理程序的一些上层组件，activities，broadcast receivers 等等。你可以在自己的子线程中创建Handler与UI thread通讯。

通过Handler你可以发布或者处理一个消息或者是一个Runnable的实例。每个Handler都会与唯一的一个线程以及该线程的消息队列管理。

Looper扮演着一个Handler和消息队列之间通讯桥梁的角色。程序组件首先通过Handler把消息传递给Looper，Looper把消息放入队列。Looper也把消息队列里的消息广播给所有的Handler，Handler接受到消息后调用handleMessage进行处理。

实例如下：

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();            // 得到当前线程的Looper实例
        Looper looper2 = Looper.getMainLooper();        // 由于当前线程是UI线程，所以也可以通过Looper.getMainLooper()得到
        messageHandler = new MessageHandler(looper);    // 此处甚至可以不需要设置Looper，因为 Handler默认就使用当前线程的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();
    }
    
    // 构造Hanlder
    class MessageHandler extends Handler{
        public MessageHandler(Looper looper){
            super(looper);
        }
        
        @Override
        public void handleMessage(Message msg){
            tvTXT.setText((String)msg.obj);
        }
    }
}

对于这个实例，当这个activity执行完onCreate，onStart，onResume后，就监听UI的各种事件（如Click点击事件）和消息（如Handler Message）。

当点击一个按钮后启动线程，线程执行结束后通过handler发送一个消息，由于这个handler属于UI线程，因此这个消息也发送给UI线程，然后UI线程又把这个消息给handler处理，而这个handler是UI线程创造的，它可以访问UI组件，因此就更新了页面。

由于通过handler需要自己管理线程类，如果业务稍微复杂，代码看起来就比较混乱，因此android提供了AsyncTask类来解决此问题

 

AsyncTask

首先继承一下此类，实现以下若干方法：

1） onPreExecute()，该方法将在执行实际的后台操作前被UI thread调用。可以在该方法中做一些准备工作，如在界面上显示一个进度条。

2） doInBackground(Params...)，将在onPreExecute 方法执行后马上执行，该方法运行在后台线程中。这里将主要负责执行那些很耗时的后台计算工作。

可以调用publishProgress方法来更新实时的任务进度。该方法是抽象方法，子类必须实现。

3） onProgressUpdate(Progress...)，在publishProgress方法被调用后，UI thread将调用这个方法从而在界面上展示任务的进展情况，例如通过一个进度条进行展示。

4） onPostExecute(Result)，在doInBackground 执行完成后，onPostExecute 方法将被UI thread调用，后台的计算结果将通过该方法传递到UI thread.

使用时需要遵循以下规则：

1）Task的实例必须在UI thread中创建

2）execute方法必须在UI thread中调用

3）不要手动的调用这些方法，只调用execute即可

4）该task只能被执行一次，否则多次调用时将会出现异常

示例如下：

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);
    }
    
    // 构造AsyncTask
    class MyTask extends AsyncTask<String, Integer, String>{
        @Override
        protected String doInBackground(String... params) {        // 在后台执行后返回结果 result
            return params[0].toString();
        }
    
        @Override
        protected void onPostExecute(String result) {        // 捕获后台返回的结果 result
            tvTXT.setText(result.toString());        // 显示结果result
        }
    }
}

运行结果：