Android 中的多線程編程全面解析

一、Android 線程模型基礎

主線程（UI 線程）特性

• 唯一性：每個應用只有一個主線程
• 職責：處理 UI 操作和用戶交互
• 限制：禁止在主線程執行耗時操作（超過5秒會導致 ANR）
• 檢查方法：Looper.getMainLooper().thread == Thread.currentThread()

工作線程使用原則

• 網絡請求：必須在工作線程執行
• 文件IO：超過毫秒級的操作應放在工作線程
• 數據庫操作：Room 默認提供異步支持，復雜查詢仍需工作線程
• 計算密集型任務：如加密、圖像處理等

二、Android 多線程方案演進

1. 基礎方案

// 基本線程創建
Thread {// 后臺操作runOnUiThread {// 更新UI}
}.start()

2. Executor 框架（推薦基礎方案）

val executor = Executors.newFixedThreadPool(4)
executor.execute {// 后臺任務
}

3. Android 特有機制

// HandlerThread 示例
val handlerThread = HandlerThread("MyHandlerThread").apply { start() }
val handler = Handler(handlerThread.looper)
handler.post {// 在后臺線程執行
}

三、現代協程解決方案（Kotlin Coroutines）

協程核心概念

• 輕量級線程：數千協程可并行，開銷遠小于線程
• 結構化并發：自動取消和資源清理
• 掛起函數：用同步寫法實現異步操作

基本使用

// ViewModel 中啟動協程
viewModelScope.launch {// 主線程執行val data = withContext(Dispatchers.IO) {// 切換到IO線程執行網絡請求fetchDataFromNetwork()}// 自動切回主線程更新UIupdateUI(data)
}

關鍵組件

組件	作用	典型使用場景
Dispatchers.Main	主線程	更新UI
Dispatchers.IO	IO密集型	網絡/文件操作
Dispatchers.Default	CPU密集型	復雜計算
viewModelScope	自動取消作用域	ViewModel中的協程
lifecycleScope	生命周期作用域	Activity/Fragment中的協程

四、線程間通信機制

1. Handler/Looper 傳統方式

val mainHandler = Handler(Looper.getMainLooper())
Thread {// 后臺工作mainHandler.post {// 主線程更新UI}
}.start()

2. LiveData 自動線程切換

liveData.postValue(data) // 可從任何線程調用
liveData.observe(this) { data -> // 自動在主線程回調
}

3. Flow 響應式流

flow {emit(fetchData()) // 在IO線程發射數據
}
.map { compute(it) }  // 在Default線程轉換
.flowOn(Dispatchers.Default)
.collect { data ->    // 在主線程收集updateUI(data)
}

五、高級并發模式

1. 并發任務處理

// 并行執行多個請求
val deferred1 = async { fetchData1() }
val deferred2 = async { fetchData2() }
val result = deferred1.await() + deferred2.await()

2. 互斥與同步

val mutex = Mutex()
var sharedData = 0fun updateData() = runBlocking {mutex.withLock {sharedData++}
}

3. 超時控制

withTimeoutOrNull(3000) {fetchData() // 超過3秒自動取消
} ?: showTimeoutError()

六、性能優化與陷阱規避

最佳實踐

1. 線程池配置：

   // 根據CPU核心數優化線程池
   val cpuCount = Runtime.getRuntime().availableProcessors()
   val executor = ThreadPoolExecutor(cpuCount + 1,cpuCount * 2 + 1,30L, TimeUnit.SECONDS,LinkedBlockingQueue()
   )
   

2. 避免內存泄漏：

   lifecycleScope.launch {lifecycle.repeatOnLifecycle(Lifecycle.State.STARTED) {flow.collect { data ->// 只在界面可見時處理數據}}
   }
   

3. ANR 預防：

   • 將超過100ms的操作移出主線程
   • 使用 StrictMode 檢測違規操作

   StrictMode.setThreadPolicy(StrictMode.ThreadPolicy.Builder().detectNetwork().penaltyLog().build())
   

常見陷阱

1. 回調地獄：

   // 錯誤示例
   fetchUser { user ->fetchProfile(user.id) { profile ->updateUI(user, profile) // 嵌套難以維護}
   }// 協程改造
   viewModelScope.launch {val user = fetchUserSuspend()val profile = fetchProfileSuspend(user.id)updateUI(user, profile)
   }
   

2. 過度創建線程：

   • 避免直接 new Thread()，應使用線程池
   • 協程不應執行阻塞操作（應用 withContext）

3. 并發修改異常：

   // 錯誤示例
   val list = mutableListOf<Int>()
   (1..1000).forEach { i ->thread {list.add(i) // 可能崩潰}
   }// 正確方案
   val concurrentList = Collections.synchronizedList(mutableListOf<Int>())
   

七、調試與監控工具

1. Android Studio Profiler

   • 查看線程狀態和CPU使用率
   • 檢測線程泄漏和阻塞

2. StrictMode

   StrictMode.setVmPolicy(VmPolicy.Builder().detectLeakedClosableObjects().penaltyLog().build())
   

3. 協程調試

   // 在調試模式下啟用協程名稱
   System.setProperty("kotlinx.coroutines.debug", "on")
   

4. 自定義線程監控

   // 監控線程創建
   val threadFactory = ThreadFactory { r ->Thread(r).also { thread ->Log.d("ThreadMonitor", "Thread created: ${thread.name}")}
   }
   

Android 多線程編程已經從原始的 Thread+Handler 模式發展為以協程為核心的現代并發模型。開發者應當根據項目需求選擇合適方案，小型項目可使用 Executor + Handler，中大型項目推薦全面采用協程。無論采用何種方案，都需要注意線程安全、生命周期管理和性能優化，才能構建出響應迅速且穩定的 Android 應用。