Эффективное использование потоков в операционной системе Android
Покупка
Издательство:
ДМК Пресс
Автор:
Ёранссон Андерс
Перевод:
Снастин А. В.
Год издания: 2018
Кол-во страниц: 312
Дополнительно
Вид издания:
Практическое пособие
Уровень образования:
Дополнительное образование
ISBN: 978-5-97060-182-2
Артикул: 712462.02.99
Доступ онлайн
559 ₽
В корзину
Чтобы написать действительно полезное и удобное приложение для Android, то без многопоточности никак не обойтись, но как узнать о технологиях и методиках, которые помогут решить такую задачу? Книга с практической точки зрения описывает несколько асинхронных механизмов, доступных в программной среде Android SDK, а также рассматривает основные принципы и правила выбора одного из этих них, лучше всего подходящего для создаваемого приложения. Издание предназначено для программистов разной квалификации, уже работающих под Android и желающих улучшить качество создаваемых программ.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 09.03.01: Информатика и вычислительная техника
- 09.03.02: Информационные системы и технологии
- 09.03.03: Прикладная информатика
- 09.03.04: Программная инженерия
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Эффективное использование потоков в операционной системе Android Андерс Ёранссон
Efficient Android Threading Anders Gо..ransson
Эффективное использование потоков в операционной системе Android Москва, 2018 Андерс Ёранссон
УДК 004.451.9Android:004.451.2 ББК 32.972.11 Г11 Ёранссон А. Г11 Эффективное использование потоков в операционной системе Android / пер. с англ. А. Снастина. – М.: ДМК Пресс, 2018. – 312 с.: ил. ISBN 978-5-97060-182-2 Чтобы написать действительно полезное и удобное приложение для Android, то без многопоточности никак не обойтись, но как узнать о технологиях и методиках, которые помогут решить такую задачу? Книга с практической точки зрения описывает несколько асинхронных механизмов, доступных в программной среде Android SDK, а также рассматривает основные принципы и правила выбора одного из этих них, лучше всего подходящего для создаваемого приложения. Издание предназначено для программистов разной квалификации, уже работающих под Android и желающих улучшить качество создаваемых программ. УДК 004.451.9Android:004.451.2 ББК 32.972.11 Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами без письменного разрешения владельцев авторских прав. Материал, изложенный в данной книге, многократно проверен. Но поскольку вероятность технических ошибок все равно существует, издательство не может гарантировать абсолютную точность и правильность приводимых сведений. В связи с этим издательство не несет ответственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги. ISBN 978-1-449-36413-7 (анг.) Copyright © Anders Gоransson .. ISBN 978-5-97060-182-2 (рус.) © Оформление, перевод, ДМК Пресс
Посвящается Анне, Фабиану и Иде
Содержание Предисловие............................................................13 Глава.1..Компоненты.ОС.Android.и.необходимость.. параллельных.вычислений..........................................19 Стек программной среды ОС Android ........................................................................19 Архитектура приложения ...............................................................................................21 Приложение .................................................................................................................21 Компоненты .................................................................................................................21 Activity ..................................................................................................................22 Service ....................................................................................................................24 ContentProvider..................................................................................................24 BroadcastReceiver ..............................................................................................25 Выполнение приложения ................................................................................................25 Процесс Linux .............................................................................................................25 Жизненный цикл .......................................................................................................26 Запуск приложения ..........................................................................................26 Завершение приложения ................................................................................27 Структурирование приложений для улучшения производительности .........29 Создание отзывчивых приложений с помощью потоков ............................30 Резюме ...................................................................................................................................32 Часть.I..Основы.........................................................33 Глава.2..Многопоточность.в.Java..................................34 Основы использования потоков ...................................................................................34 Выполнение .................................................................................................................35 Приложение с одним потоком ..............................................................................37 Многопоточное приложение .................................................................................37 Увеличение потребления ресурсов .............................................................38 Повышенная сложность ..................................................................................38 Нарушение целостности данных .................................................................38 Безопасное состояние потока ........................................................................................40 Внутренняя блокировка и монитор Java ...........................................................41 Синхронизация доступа к совместно используемым ресурсам ................43 Использование внутренней блокировки ...................................................43 Явное использование механизмов блокировки ......................................45 Пример: потребитель и производитель ..............................................................46 Стратегии выполнения задачи ......................................................................................48 Проектирование параллельного выполнения .................................................49 Резюме ...................................................................................................................................50
Содержание 7 Глава.3..Потоки.в.ОС.Android........................................51 Потоки приложения ОС Android .................................................................................51 UI-поток ........................................................................................................................51 Связующие потоки ....................................................................................................52 Фоновые потоки .........................................................................................................53 Процесс Linux и потоки ...................................................................................................53 Планирование .............................................................................................................57 Приоритет ............................................................................................................58 Управляющие группы ......................................................................................59 Резюме ...................................................................................................................................61 Глава.4..Взаимодействие.потоков................................62 Программные каналы .......................................................................................................62 Основы использования программного канала ................................................64 Пример: обработка текста в рабочем потоке ....................................................66 Совместно используемая память..................................................................................68 Механизм сигналов ...................................................................................................69 Блокирующая очередь BlockingQueue .......................................................................71 Передача сообщений в ОС Android .............................................................................73 Пример: простая передача сообщений ...............................................................74 Классы, используемые при реализации механизма передачи сообщений ....................................................................................................................77 Класс MessageQueue .........................................................................................77 Интерфейс MessageQueue.IdleHandler ......................................................79 Пример: использование интерфейса IdleHandler для завершения ненужного потока .............................................................80 Класс Message .............................................................................................................82 Состояние «инициализировано» .................................................................84 Состояние «ожидание» ...................................................................................85 Состояние «передано» .....................................................................................85 Состояние «готово к повторному использованию» ..............................85 Класс Looper ................................................................................................................86 Завершение работы объекта Looper ............................................................87 Объект Looper в UI-потоке ............................................................................88 Класс Handler ..............................................................................................................88 Создание и настройка ......................................................................................89 Создание сообщения ........................................................................................90 Вставка сообщения в очередь ........................................................................90 Пример: передача сообщений в двух направлениях .............................92 Обработка сообщений ......................................................................................95 Удаление сообщений из очереди ..........................................................................97 Наблюдение за очередью сообщений .................................................................99 Получение текущего состояния очереди сообщений ...........................99
Содержание Отслеживание обработки очереди сообщений .....................................102 Взаимодействие с UI-потоком ....................................................................................103 Резюме .................................................................................................................................104 Глава.5..Взаимодействие.между.процессами...............105 Механизм вызова удалённых процедур в ОС Android .......................................105 Объект Binder............................................................................................................106 Язык AIDL ..........................................................................................................................108 Синхронные вызовы удалённых процедур .....................................................110 Асинхронные вызовы удалённых процедур ...................................................113 Передача сообщений с использованием объекта Binder ....................................115 Однонаправленное взаимодействие .................................................................117 Взаимодействие в двух направлениях .............................................................119 Резюме .................................................................................................................................120 Глава.6..Управление.памятью....................................121 Сборка мусора ...................................................................................................................121 Утечки памяти, связанные с использованием потоков .......................................123 Выполнение потока .................................................................................................125 Внутренние классы .........................................................................................126 Статические внутренние классы ................................................................127 Рассогласование жизненных циклов ........................................................128 Взаимодействие потоков .......................................................................................131 Отправка сообщения с данными ................................................................132 Передача сообщения с задачей ...................................................................133 Устранение утечек памяти ............................................................................................134 Использование статических внутренних классов ........................................135 Использование слабых ссылок ...........................................................................135 Остановка рабочего потока ..................................................................................136 Переключение рабочих потоков .........................................................................136 Очистка очереди сообщений ...............................................................................136 Резюме .................................................................................................................................137 Часть.II..Механизмы.асинхронного.выполнения............138 Глава.7..Управление.жизненным.циклом.простого.. потока...................................................................139 Основы использования потоков .................................................................................139 Жизненный цикл .....................................................................................................139 Прерывания ...............................................................................................................141 Неперехватываемые исключения ......................................................................143 Управление потоком .......................................................................................................145 Определение и запуск потока ..............................................................................145 Анонимный внутренний класс ...................................................................145
Содержание 9 Общедоступный поток ..................................................................................146 Определение потока как статического внутреннего класса .............146 Обзор возможных вариантов выбора определения потока ..............147 Сохранение потока в рабочем состоянии ........................................................147 Сохранение потока в рабочем состоянии средствами класса Activity ................................................................................................................148 Сохранение потока в рабочем состоянии средствами класса Fragment..............................................................................................................151 Резюме .................................................................................................................................153 Глава.8..HandlerThread:.механизм.очереди.. сообщений.высокого.уровня......................................155 Основы использования HandlerThread ....................................................................155 Жизненный цикл HandlerThread ...............................................................................157 Случаи использования ...................................................................................................159 Повторяющееся выполнение задачи .................................................................159 Связанные задачи ....................................................................................................160 Пример: обеспечение надёжности данных с помощью SharedPreferences .............................................................................................160 Объединение задач в цепочку .............................................................................163 Пример: сетевые вызовы в цепочке задач ...............................................163 Вставка задач по условию .....................................................................................166 Резюме .................................................................................................................................167 Глава.9..Управление.выполнением.потока.средствами.. фреймворка.Executor...............................................168 Executor ...............................................................................................................................169 Пулы потоков ....................................................................................................................171 Предопределённые пулы потоков ......................................................................172 Пулы потоков, определяемые разработчиком ...............................................173 Конфигурация ThreadPoolExecutor .........................................................173 Проектирование пула потоков ............................................................................175 Определение размера .....................................................................................175 Динамические потоки в пуле ......................................................................177 Ограниченная или неограниченная очередь задач ..............................177 Конфигурация потока ....................................................................................178 Расширение возможностей ThreadPoolExecutor .................................179 Жизненный цикл .....................................................................................................180 Корректное завершение работы пула потоков ..............................................181 Варианты использования пула потоков и возникающие при этом сложности ................................................................................................183 Предпочтение отдаётся созданию потока, а не организации очереди ................................................................................................................183
Содержание Обработка предварительно подготовленных очередей задач ..........183 Опасная ситуация при нулевом количестве базовых потоков в пуле ...................................................................................................................184 Управление задачами ......................................................................................................184 Представление задачи ............................................................................................185 Добавление задач .....................................................................................................186 Заявление отдельной задачи .......................................................................187 Метод invokeAll ................................................................................................188 Метод InvokeAny .............................................................................................190 Отвергнутые задачи ................................................................................................191 ExecutorCompletionService ...........................................................................................191 Резюме .................................................................................................................................194 Глава.10..Связывание.фоновой.задачи.с.UI-потоком.. с.помощью.AsyncTask...............................................196 Основы использования класса AsyncTask ...............................................................196 Создание и начало работы ....................................................................................199 Отмена .........................................................................................................................200 Состояния ...................................................................................................................202 Пример: ограничение режима выполнения AsyncTask только одной задачей в любой момент времени .................................................203 Реализация AsyncTask ....................................................................................................203 Пример: загрузка изображений ..........................................................................204 Выполнение задачи в фоновом режиме ...................................................................207 Глобальная среда выполнения в приложении ...............................................209 Выполнение в разных версиях платформы ....................................................211 Настраиваемое выполнение .................................................................................213 Пример: неглобальное последовательное выполнение ......................213 Альтернативы AsyncTask ...............................................................................................214 Случаи излишне упрощённой реализации AsyncTask................................215 Фоновые задачи, для которых требуется объект Looper ...........................216 Локальная служба ...................................................................................................216 Использование метода execute(Runnable) ......................................................216 Резюме .................................................................................................................................217 Глава.11..Службы....................................................218 Причины использования служб для асинхронного выполнения ...................218 Локальные, удалённые и глобальные службы .......................................................220 Создание и выполнение .................................................................................................222 Жизненный цикл .............................................................................................................223 Запускаемая служба ........................................................................................................226 Реализация метода onStartCommand ...............................................................226 Повторный запуск ...................................................................................................227 Служба, управляемая пользователем ...............................................................230
Содержание 11 Пример: соединение по протоколу Bluetooth ........................................230 Служба, управляемая задачей .............................................................................234 Пример: параллельная загрузка .................................................................234 Подключаемая служба ...................................................................................................237 Локальное подключение .......................................................................................239 Выбор механизма асинхронного выполнения .......................................................242 Резюме .................................................................................................................................243 Глава.12..Класс.IntentService.....................................244 Основы использования IntentService .......................................................................244 Эффективные способы использования IntentService .........................................246 Задачи, выполнение которых должно быть последовательным .............246 Пример: взаимодействие с веб-службой .................................................246 Асинхронное выполнение в BroadcastReceiver .............................................249 Пример: периодически выполняемые длительные операции..........250 Сравнение IntentService и Service ..............................................................................252 Резюме .................................................................................................................................253 Глава.13..Доступ.к.провайдерам.контента.с.помощью. AsyncQueryHandler...................................................254 Краткий обзор основ использования провайдеров контента ...........................254 Настройка ContentProvider для обработки в фоновом режиме ......................256 Использование AsyncQueryHandler..........................................................................258 Пример: список контактов с раскрывающимися элементами .................260 Как работает AsyncQueryHandler ......................................................................263 Ограничения ..............................................................................................................264 Резюме .................................................................................................................................265 Глава.14..Автоматическое.выполнение.в.фоновом.. режиме.с.помощью.загрузчиков.Loader.......................266 Фреймворк Loader ...........................................................................................................268 Класс LoaderManager .............................................................................................268 Сравнение методов initLoader() и restartLoader()...............................270 Интерфейс LoaderCallbacks .................................................................................272 Класс AsyncTaskLoader ..........................................................................................274 Надёжная загрузка данных с помощью CursorLoader ........................................275 Использование CursorLoader ..............................................................................275 Пример: список контактов ....................................................................................276 Добавление поддержки CRUD ...........................................................................277 Пример: использование CursorLoader вместе с обработчиком AsyncQueryHandler .........................................................................................278 Реализация специализированных загрузчиков .....................................................281 Жизненный цикл загрузчика ..............................................................................282 Фоновый режим загрузки .....................................................................................283
Содержание Пример: простой специализированный загрузчик ..............................284 Управление контентом ...........................................................................................286 Доставка кэшированных результатов ...............................................................287 Пример: специализированный загрузчик файлов .......................................288 Работа с несколькими загрузчиками ................................................................291 Резюме .................................................................................................................................292 Глава.15..Подведение.итогов:.выбор.механизма.. асинхронного.выполнения........................................294 Сохраняйте простоту ......................................................................................................295 Управление потоками и ресурсами ............................................................................296 Организация обмена сообщениями для улучшения отзывчивости ...............297 Как избежать неожиданного и нежелательного завершения задачи .............298 Простой доступ к провайдерам контента ................................................................299 Список.литературы..................................................301 Предметный.указатель.............................................304
Предисловие Книга «Эффективное использование потоков в операционной сис- теме Android» демонстрирует методы проектирования высокока- чественных и надёжных в эксплуатации многопоточных приложений для операционной системы Android. В книге рассматриваются асин- хронные механизмы, доступные в программной среде Android SDK, и соответствующие приемы создания быстрых, эффективных и пра- вильно структурированных приложений. Не вызывает сомнений, что без многопоточности немыслимо соз- дание действительно полезных и удобных приложений, но ее при- менение влечет увеличение сложности приложений и вероятности появления ошибок во время выполнения. Одна из причин этой проб- лемы – трудности, непосредственно связанные с самим механизмом одновременной работы нескольких потоков, и другая причина – не- рациональное использование возможностей платформы Android. Цель этой книги – научить разработчиков приложений правильно выбирать требуемый асинхронный механизм, основываясь на полном понимании всех его достоинств и недостатков. При использовании правильно выбранного асинхронного механизма там, где он наиболее уместен, изрядная доля сложности перекладывается на программ- ную платформу, при этом исходный код приложения становится бо- лее простым для сопровождения и поддержки, а вероятность ошибок в нём снижается. Как правило, асинхронное выполнение не должно повышать сложность исходного кода сверх реальной необходимости, и этого можно добиться посредством разумного выбора асинхронного механизма из комплекта, предлагаемого в программной среде Android. Несмотря на то что любой асинхронный механизм высокого уров- ня уже с первого взгляда может показаться весьма удобным для практического применения, постоянно требуется не бездумное ис- пользование, но глубокое его понимание, иначе в приложении будут возникать труднообъяснимые ошибки времени выполнения, сниже- ние производительности или утечки памяти. Именно поэтому в книге содержатся не только практические рекомендации и примеры, но и подробные объяснения лежащих в их основе механизмов асинхрон- ного выполнения. Для. кого. предназначена. эта. книга Эта книга предназначена для программистов на языке Java, уже зна- комых с общими принципами программирования для платформы
Предисловие Android. Здесь представлены методики, образующие прочную основу для написания надёжных и эффективных приложений с использова- нием стандартных библиотек ОС Android. Краткое. содержание. книги Книга состоит из двух частей. В части I описываются основы много- поточного программирования в ОС Android, то есть на языке Java, в Linux, с применением различных обработчиков, и их влияние на разработку приложений. В части II основное внимание уделено прак- тическому применению многопоточности с более глубоким исследо- ванием асинхронных механизмов, предоставляемых в распоряжение любому приложению. В части I рассказывается, как программы на Java работают с пото- ками. Программистам для ОС Android иногда приходится напрямую использовать библиотеки Java, поэтому понимание их возможностей важно для правильного применения конструкций более высокого уровня, описываемых в части II. Глава 1 описывает устройство среды выполнения ОС Android и влияние различных компонентов типичного Android-приложения на использование многопоточности и параллельных вычислений. Глава 2 рассматривает основы параллельного выполнения задач в языке Java. Глава 3 обсуждает функционирование потоков в ОС Android и осо- бенности выполнения прикладных потоков в Linux, в том числе та- кие важные темы, как планирование и управление группами потоков, а также их влияние на время ответной реакции приложения. Глава 4 рассматривает основные механизмы обмена данными меж- ду потоками, такие как совместно используемая (разделяемая) па- мять, сигналы и широко применяемые сообщения ОС Android. Глава 5 показывает, как ОС Android дополняет механизмы взаимо- действия процессов, предоставляемые ядром Linux, такими механиз- мами, как вызов удаленных процедур (RPC) и обмен сообщениями. Глава 6 объясняет, как предотвращать утечки памяти в приложе- ниях, которые могут приводить к существенному ухудшению рабо- ты системы в целом, из-за чего пользователи, вероятнее всего, будут прос то избавляться от подобных приложений. В части II рассматриваются библиотеки и программные конструк- ции более высокого уровня, которые делают программирование с ис- пользованием потоков более безопасным и простым.
Предисловие 15 Глава 7 описывает самую простую программную конструкцию под- держки асинхронного выполнения – java.lang.Thread, а также обра- ботку различных проблем и нестандартных ситуаций, которые могут возникать при её использовании. Глава 8 демонстрирует удобный способ последовательного запуска задач в фоновом режиме. Глава 9 предлагает вниманию читателя методики планирования, обработки ошибок и некоторые другие аспекты использования пото- ков, такие как организация пулов потоков. Глава 10 рассматривает AsyncTask, один из наиболее популярных механизмов асинхронного выполнения, а также правильное его при- менение и пути обхода потенциальных сложностей. Глава 11 описывает важный компонент Service, особенно полезный для обеспечения сразу нескольких приложений одними и теми же функциональными возможностями или для поддержки приложения в рабочем состоянии во время выполнения в фоновом режиме. Глава 12 продолжает последнюю тему предыдущей главы описа- нием эффективной методики запуска новых потоков выполнения из основного потока обслуживания графического пользовательского интерфейса. Глава 13 посвящена механизму высокого уровня, упрощающему быстрый асинхронный доступ к компонентам типа ContentProvider. Глава 14 объясняет, как обновлять компоненты графического пользовательского интерфейса с помощью загрузчиков (loaders) при асинхронной передаче новых данных вне зависимости от времени изменения их содержимого. Глава 15 – итоговое резюме по всем методикам, описанным в книге, и обсуждение выбора приемов, наиболее подходящих для конкретного приложения. Здесь предлагаются правила и рекомендации, помогающие разработчику сделать правильный выбор. Условные. обозначения. и. соглашения,. принятые. в. книге В книге используются следующие типографские соглашения: Курсив используется для выделения важных положений, новых терминов, имён команд и утилит, а также имён файлов и каталогов. Моноширинный шрифт используется для обозначения имён переменных, функций, типов, объектов и других программных конструкций и элементов исходного кода.
Предисловие Моноширинный курсив используется для обозначения в исходном коде или в командах шаблонных меток-заполнителей, которые должны быть заменены фактическими значениями. Так обозначается совет, указание или примечание общего характера. Эта пиктограмма предупреждает о неочевидных и обычно скрытых от не- опытного разработчика «подводных камнях» и «ловушках», которых следует избегать. Примеры. исходного. кода Дополнительные материалы (примеры исходного кода, учебные задания и т. п.) можно получить по ссылке https://github.com/ andersgoransson/eatbookexamples. Эта книга написана для того, чтобы помочь программистам в ра- боте. Вообще говоря, вы можете использовать код из данной книги в своих программах и в документации. Если вы копируете для соб- ственных нужд фрагмент исходного кода незначительного размера, то нет необходимости обращаться к автору и издателям для получе- ния разрешения на это. Например, при включении в свою программу нескольких небольших фрагментов кода из книги вам не потребуется какое-либо специальное разрешение. Но для продажи или распро- странения CD-диска с примерами из книг издательства O’Reilly не- обходимо будет получить официальное разрешение на подобные дей- ствия. При ответах на вопросы можно цитировать текст данной книги и приводить примеры кода из неё без дополнительных условий. При включении крупных фрагментов исходного кода из книги в докумен- тацию собственного программного продукта также потребуется офи- циальное разрешение. Мы будем благодарны за добавление библиографической ссылки на источник при цитировании. Обычно ссылка состоит из названия книги, имени автора, наименования издательства и номера по ISBN- классификации. Если у вас возникли сомнения в легальности использования при- меров исходного кода без получения специального разрешения при условиях, описанных выше, то без колебаний обращайтесь по адресу электронной почты: permissions@oreilly.com. Примеры исходного кода из книги доступны по адресу: https:// github.com/andersgoransson/eatbookexamples.
Предисловие 17 Онлайн-сервис. Safari®. Books Safari Books Online – это электронная библиотека, со- держащая авторитетную информацию в виде книг и ви- деоматериалов, созданных ведущими специалистами в области тех- нологий и бизнеса. Профессионалы в различных областях техники, разработчики программного обеспечения, веб-дизайнеры, бизнесмены и творческие работники используют Safari Books Online как основной ресурс для научных исследований, решения профессиональных задач, обучения и подготовки к сертификационным испытаниям. Библиотека Safari Books Online предлагает широкий выбор продуктов и тарифов для организаций, государственных учреждений и частных лиц. Подписчики получают доступ к поисковой базе данных, содержащей информацию о тысячах книг, видеоматериалов и ещё не опубликованных рукописей от таких известных издательств, как O’Reilly Media, Prentice Hall Professional, Addison-Wesley Professional, Microsoft Press, Sams, Que, Peachpit Press, Focal Press, Cisco Press, John Wiley & Sons, Syngress, Morgan Kaufmann, IBM Redbooks, Packt, Adobe Press, FT Press, Apress, Manning, New Riders, McGraw-Hill, Jones & Bartlett, Course Technology, и многих других. Более подробную информацию о Safari Books Online можно получить на сайте https://www.safaribooksonline.com/. От. издательства Замечания, предложения и вопросы по этой книге отправляйте по адресу: O’Reilly Media, Inc. 1005 Gravenstein Highway North Sebastopol, CA 95472 800-998-9938 (звонок из США или Канады) 707-829-0515 (международный или местный звонок) 707-829-0104 (факс) или по электронной почте: bookquestions@oreilly.com Cписок опечаток и ошибок, файлы с примерами и другую дополнительную информацию можно найти по адресу: http://bit.ly/efficient- android-threading.
Доступ онлайн
559 ₽
В корзину