Android 进程和线程模型

开发技术分享
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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。
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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。
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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

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1349020473_4354.png568×508 20.3 KB

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  
   }  
   }  
}