后台任务队列管理神器 Android-Priority-Job-Queue

2017-03-26 622

有人说“Android的开发，玩的就是多线程”。从某个角度来说的确如此，现在的App被设计的越来越复杂，相信很多开发人员都因大量而又复杂的后台任务（background work）而焦头烂额：Async-Task和Activity的生命周期太过于耦合，虽然实现简单但是对于重要的后台任务还是不靠谱；Loaders虽然可以用于异步从磁盘列读取数据，但是对于异步的网络请求就无能为力了；相对给力点的方案是后台服务中开辟进程池（Thread Pool），使用ThreadPoolExecutor来帮助管理线程，但是app越复杂后台操作越多，需要处理的多线程的问题越多，想一想就头大.....
但是各位读者不要沮丧，今天就是向大家介绍一个后台任务队列管理库Android-Priority-Job-Queue，它将提供一个优雅的架构来解决以上所有的问题！

1. 简介

用官方的话来说，Android-Priority-Job-Queue是一款专门为Android平台编写的，实现了Job Queue的后台任务队列类库，能够轻松的在后台执行定时任务，并且提高了用户体验和应用的稳定性。其设计理念以灵活性和功能性为主，并且一直在更新。

“Priority Job Queue is an implementation of a Job Queue specifically written for Android to easily schedule jobs (tasks) that run in the background, improving UX and application stability.”
It is written primarily with flexibility & functionality in mind. This is an ongoing project, which we will continue to add stability and performance improvements.

github : https://github.com/yigit/android-priority-jobqueue
在这里可以了解到更多更全面的介绍。

其使用框架也很简便直接：

构造一个任务管理器JobManager，为我们管理任务；
自定义Job类，来作为任务的载体；
在需要时，将自定义的Job类实例加入到JobManager中；

这样就OK了，JobManager会根据优先级、持久性、负载平衡、延迟，网络控制、分组等因素来管理任务的执行。由于是独立于各个Activity，JobManager为Job的执行提供了一个很好的生命周期，用户体验更为棒。是不是很惊喜！闲话少叙，我们来看使用范例吧！

2. 使用实例

2.1 添加方法

在Android Studio添加，如下引用：

dependencies {
    compile 'com.birbit:android-priority-jobqueue:2.0.1'
}

如果你很怀旧，还在坚持使用Eclipse，那就在maven这样配置：

<dependency>
    <groupId>com.birbit</groupId>
    <artifactId>android-priority-jobqueue</artifactId>
    <version>2.0.1</version>
</dependency>

2.2 配置JobManager

JobManager是整个框架的核心。作为一个重型的对象，建议Application只构建一个JobManager实例供全局使用。另一方面，为了让任务的执行有一个更好的生命周期，建议将JobManager放在Application类，而不是一个具体的Activity。以下是示例代码：

import android.app.Application;
import android.util.Log;
import com.path.android.jobqueue.JobManager;
import com.path.android.jobqueue.config.Configuration;
import com.path.android.jobqueue.log.CustomLogger;

public class JobQueueApplication extends Application {
    private JobManager jobManager;
    private static JobQueueApplication instance;
    @Override
    public void onCreate() {
        super.onCreate();
        instance = this;//1. Application的实例
        configureJobManager();//2. 配置JobMananger
    }

   //私有构造器
   private JobQueueApplication(){
        instance=this;
    }
    public JobManager getJobManager() {
        return jobManager;
    }

    public static JobQueueApplication getInstance() {
        return instance;
    }

    private void configureJobManager() {
        //3. JobManager的配置器，利用Builder模式
        Configuration configuration = new Configuration.Builder(this)
                .customLogger(new CustomLogger() {
                    private static final String TAG = "JOBS";
                    @Override
                    public boolean isDebugEnabled() {
                        return true;
                    }

                    @Override
                    public void d(String text, Object... args) {
                        Log.d(TAG, String.format(text, args));
                    }

                    @Override
                    public void e(Throwable t, String text, Object... args) {
                        Log.e(TAG, String.format(text, args), t);
                    }

                    @Override
                    public void e(String text, Object... args) {
                        Log.e(TAG, String.format(text, args));
                    }
                })
                .minConsumerCount(1)//always keep at least one consumer alive
                .maxConsumerCount(3)//up to 3 consumers at a time
                .loadFactor(3)//3 jobs per consumer
                .consumerKeepAlive(120)//wait 2 minute
                .build();
        jobManager = new JobManager(this, configuration);
    }
}

以上是整个自定义Application类的代码，其逻辑很清晰。首先为Application类设置单例模式，并保存私有变量jobManager；然后在onCreate()中调用configureJobManager方法来完成jobManager的初始化。我们来看下在其初始化参数Configuration实例中都配置了哪些内容：

CustomLogger：日志设置，便于用户查看任务队列的工作信息，在调试的过程中很有用，后面分析JobManager的任务调度时就会用到；
minConsumerCount&maxConsumerCount: 最少消费者和最多消费者数量，所谓的消费者就是开启的线程，用来执行任务。任务队列实际上就是一个生产者和消费者问题，用户是生产者，提交任务(Job)，开启的线程就是消费者来执行任务，任务被执行就是“消费”。这里所谓的最少和最大将会下面具体解释；
loadFactor(int)：其意义是设置多少个任务为一组被分配个一个消费者(Thread)，也就是一个Thread最多要“承包”几个任务来执行；
consumerKeepAlive :设置消费者在没有任务的情况下保持存活的时长，以秒为单位，如果过了这个时长还没有任务，消费者线程就会被回收；

Configuration以建筑者模式来链式配置，对此不是很熟悉的读者可以参考如何构建含有大量参数的构造器：浅谈Builder Pattern的使用和链式配置.
有了JobManger自然还需要Job，下面就来看看如何设置Job.

2.3 Job

自定义的Job类需要继承Android-Priority-Job-Queue提供的Job类，下面就是是一个简单的范例，这个任务的内容就是睡眠5秒。

import android.util.Log;
import com.path.android.jobqueue.Job;
import com.path.android.jobqueue.Params;
import com.path.android.jobqueue.RetryConstraint;

public class MyJob extends Job{
    public static final int PRIORITY = 1;
    private String text;
    String TAG = "Myjob";
    int sleepTime;
    public MyJob(String text) {
        // A job should be persisted in case the application exits 
        // before job is completed.
        super(new Params(PRIORITY).persist());
        this.text = text;
        sleepTime = 5;
        Log.i(TAG, text+"  goin");
    }
    @Override
    public void onAdded() {
        // Job has been saved to disk.
        // This is a good place to dispatch a UI event 
        // to indicate the job will eventually run.
        Log.i(TAG, text+"  Onadded");
    }
    @Override
    public void onRun() throws Throwable {
        // Job logic goes here. 
        // All work done here should be synchronous, 
        // a job is removed from the queue once onRun() finishes.
        Thread.sleep(sleepTime*1000);
        Log.i(TAG, text+"  onRun");
    }
    @Override
    protected RetryConstraint shouldReRunOnThrowable(Throwable throwable, int runCount,
                                                     int maxRunCount) {
        // An error occurred in onRun.
        // Return value determines whether this job should retry or cancel. You can further
        // specify a backoff strategy or change the job's priority. You can also apply the
        // delay to the whole group to preserve jobs' running order.
        return RetryConstraint.createExponentialBackoff(runCount, 10);
    }
    @Override
    protected void onCancel() {

    }
}

Job类的模块很清晰，我们只需要按照要求覆盖以下方法即可:

在构造器，利用Params类中配置参数；
onAdded(): 任务加入队列并被保存在硬盘上，定义此时要处理的逻辑；
onRun(): 任务开始执执行，在此定义任务的主题逻辑，当执行完毕后，任务将被从任务队列中删除；
onCancel()：任务取消的时候要执行的逻辑；
shouldReRunOnThrowable()：当onRun()方法中抛出异常时，就会调用该函数，该函数返回Job类在执行发生异常时的应对策略，是重新执行还是取消，或者是一定时间之后再尝试。

在这里特别说明下Params类，通过该类可以配置Job类的各种信息，同样也采用类Builder Pattern的链式配置：

默认构造器传入的是int参数是该任务的优先级，优先级越高，越优先执行。

public Params(int priority) {
        this.priority = priority;
    }

requireNetwork(): 设置该任务要求访问网络；
groupBy(String groupId)：设置组ID，被设置相同组ID的任务，将会按照顺序执行；
persist()：设置任务为可持久化的，持久化要求Job类为序列化的，这一点并不意外，因为一个类的内容只有序列化之后才能变成字节模式保存在硬盘上；
delayInMs(long delayMs)：设置延迟时间，ms为单位，在该时间之后再放入任务队列中。

2.4 执行任务

Job的执行很简单，就把任务类加入到任务队列中即可以。


public class MainActivity extends AppCompatActivity {
    private JobManager jobManager;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        Button btn_start = (Button)findViewById(R.id.start_job_button);
        //JobManager对象
        jobManager = JobQueueApplication.getInstance().getJobManager();       
        btn_start.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
            @Override
            public void onClick(View v) {
                for(int i=0; i<9 ;i++) {
                    //将任务加入后台队列中
                    jobManager.addJobInBackground(new MyJob(“"+i));
                } 
            }
        });
    }
}

在一个Activity中点击Button,就会把9个MyJob实例加入到后台队列中。其运行效果如下：

03-25 21:44:47.207 I/Myjob: 0 goin
03-25 21:44:47.208 I/Myjob: 1 goin
03-25 21:44:47.208 I/Myjob: 2 goin
03-25 21:44:47.208 I/Myjob: 3 goin
03-25 21:44:47.208 I/Myjob: 4 goin
03-25 21:44:47.208 I/Myjob: 5 goin
03-25 21:44:47.208 I/Myjob: 6 goin
03-25 21:44:47.208 I/Myjob: 7 goin
03-25 21:44:47.208 I/Myjob: 8 goin
03-25 21:44:47.218 I/Myjob: 0 Onadded
03-25 21:44:47.228 I/Myjob: 1 Onadded
03-25 21:44:47.241 I/Myjob: 2 Onadded
03-25 21:44:47.251 I/Myjob: 3 Onadded
03-25 21:44:47.260 I/Myjob: 4 Onadded
03-25 21:44:47.274 I/Myjob: 5 Onadded
03-25 21:44:47.280 I/Myjob: 6 Onadded
03-25 21:44:47.291 I/Myjob: 7 Onadded
03-25 21:44:47.307 I/Myjob: 8 Onadded
03-25 21:44:52.235 I/Myjob: 1 onRun
03-25 21:44:52.267 I/Myjob: 4 onRun
03-25 21:44:52.297 I/Myjob: 7 onRun
03-25 21:44:57.250 I/Myjob: 8 onRun
03-25 21:44:57.282 I/Myjob: 6 onRun
03-25 21:44:57.310 I/Myjob: 5 onRun
03-25 21:45:02.264 I/Myjob: 3 onRun
03-25 21:45:02.299 I/Myjob: 2 onRun
03-25 21:45:02.324 I/Myjob: 0 onRun

为了便于查看,这里输出的日志信息只保留最主要的内容，我们可以看到任务0-8依次启动并加入到任务队列中，然后再被执行，JobManager帮你管理了一切，完美！
有的读者可能已经发行了，任务0-8的执行顺序是混乱的，这就涉及到Android-Priority-JobQueue任务的调度问题，也是本人最好兴趣的内容。

3. 任务调度分析

回顾一下，我们对JobManager的设置：至少一个消费者线程，至多三个；每个消费者线程最多处理三个任务。这些设置就是在影响任务调度。
当一个任务要加入任务队列时，会做出如下的判断：

首先计算当前能处理的任务数的最大值（CurrentTaskCapacity）= 已启动的消费线程数(CurrentThreadNum) * 每个线程处理任务的容量(PerThreadTaskCapacity)；

CurrentTaskCapacity = CurrentThreadNum * PerThreadTaskCapacity

如果当前任务数加上现在要加入任务，小于或等于CurrentTaskCapacity，则将该任务加入到任务队列中；
如果当前任务数加上现在要加入任务，大于CurrentTaskCapacity，则判断CurrentThreadNum是不是已经达到设置的最大值，如果没有就开辟新的消费者线程来承担任务；
如果CurrentTaskCapacity和CurrentThreadNum都达到上限，那就对不起了，该任务就不能加入队列，需要等到有任务执行完毕，任务容量又有了空余时才能进入队列等待执行。

如何验证上面结论呢？还记得我们在Application类中配置JobManager时设置的日志信息吗? 这个时候它就发挥作用了，下面是任务0-8加入到任务队列中时输出的日志，内容很多，请注意的表黑的部分：

03-25 21:44:47.218 D/JOBS: added job id: 84 class: MyJob priority: 0 delay: 0 group : null persistent: true requires network: false
03-25 21:44:47.218 I/Myjob: 0 Onadded
03-25 21:44:47.222 D/JOBS: pool-1-thread-1: load factor check. true = (0 < 1)|| (0 * 3 < 1 + 0). consumer thread: false
03-25 21:44:47.222 D/JOBS: adding another consumer
03-25 21:44:47.223 D/JOBS:** starting consumer Thread-177**
03-25 21:44:47.224 D/JOBS: looking for next job
03-25 21:44:47.224 D/JOBS: running groups
03-25 21:44:47.224 D/JOBS: non persistent result null
03-25 21:44:47.228 D/JOBS: added job id: 85 class: MyJob priority: 1 delay: 0 group : null persistent: true requires network: false
03-25 21:44:47.228 I/Myjob: 1 Onadded
03-25 21:44:47.234 D/JOBS: persistent result com.path.android.jobqueue.JobHolder@55
03-25 21:44:47.234 D/JOBS: running job MyJob
03-25 21:44:47.237 D/JOBS: pool-1-thread-1: load factor check. false = (1 < 1)|| (1 * 3 < 1 + 1). consumer thread: false
03-25 21:44:47.241 D/JOBS: added job id: 86 class: MyJob priority: 2 delay: 0 group : null persistent: true requires network: false
03-25 21:44:47.241 I/Myjob: 2 Onadded
03-25 21:44:47.245 D/JOBS: pool-1-thread-1: load factor check. false = (1 < 1)|| (1 * 3 < 2 + 1). consumer thread: false
03-25 21:44:47.251 D/JOBS: added job id: 87 class: MyJob priority: 3 delay: 0 group : null persistent: true requires network: false
03-25 21:44:47.251 I/Myjob: 3 Onadded
03-25 21:44:47.255 D/JOBS: pool-1-thread-1: load factor check. true=(1 < 1) || (1 * 3 < 3 + 1). consumer thread: false
03-25 21:44:47.255 D/JOBS: adding another consumer
03-25 21:44:47.256 D/JOBS: starting consumer Thread-178
03-25 21:44:47.257 D/JOBS: looking for next job
03-25 21:44:47.257 D/JOBS: running groups
03-25 21:44:47.257 D/JOBS: non persistent result null
03-25 21:44:47.260 D/JOBS: added job id: 88 class: MyJob priority: 4 delay: 0 group : null persistent: true requires network: false
03-25 21:44:47.260 I/Myjob: 4 Onadded
03-25 21:44:47.264 D/JOBS: persistent result com.path.android.jobqueue.JobHolder@58
03-25 21:44:47.264 D/JOBS: running job MyJob
03-25 21:44:47.270 D/JOBS: pool-1-thread-1: load factor check. false = (2 < 1)|| (2 * 3 < 3 + 2). consumer thread: false
03-25 21:44:47.274 D/JOBS: added job id: 89 class: MyJob priority: 5 delay: 0 group : null persistent: true requires network: false
03-25 21:44:47.274 I/Myjob: 5 Onadded
03-25 21:44:47.277 D/JOBS: pool-1-thread-1: load factor check. false = (2 < 1)|| (2 * 3 < 4 + 2). consumer thread: false
03-25 21:44:47.280 D/JOBS: added job id: 90 class: MyJob priority: 6 delay: 0 group : null persistent: true requires network: false
03-25 21:44:47.280 I/Myjob: 6 Onadded
03-25 21:44:47.283 D/JOBS: pool-1-thread-1: load factor check. true = (2 < 1)|| (2 * 3 < 5 + 2). consumer thread: false
03-25 21:44:47.283 D/JOBS: adding another consumer
03-25 21:44:47.287 D/JOBS: starting consumer Thread-179
03-25 21:44:47.288 D/JOBS: looking for next job
03-25 21:44:47.288 D/JOBS: running groups
03-25 21:44:47.288 D/JOBS: non persistent result null
03-25 21:44:47.291 D/JOBS: added job id: 91 class: MyJob priority: 7 delay: 0 group : null persistent: true requires network: false
03-25 21:44:47.291 I/Myjob: 7 Onadded
03-25 21:44:47.295 D/JOBS: persistent result com.path.android.jobqueue.JobHolder@5b
03-25 21:44:47.295 D/JOBS: running job MyJob
03-25 21:44:47.302 D/JOBS: pool-1-thread-1: load factor check. false = (3 < 1)|| (3 * 3 < 5 + 3). consumer thread: false
03-25 21:44:47.306 D/JOBS: added job id: 92 class: MyJob priority: 8 delay: 0 group : null persistent: true requires network: false
03-25 21:44:47.307 I/Myjob: 8 Onadded
03-25 21:44:47.310 D/JOBS: pool-1-thread-1: load factor check. false = (3 < 1)|| (3 * 3 < 6 + 3). consumer thread: false

日志中这样的load factor check. true = (0 < 1)|| (0 * 3 < 1 + 0)计算表达式，就是在进行线程调度的判定，当计算表达式为true时，就意味着要启动新的消费者进程。 ||右边括号内的表达式就是在比较当前任务数和当前任务容量。

通过日志我们可以看到，面对任务0-8，JobManager依次启动了三个消费者进程，并将这9个任务分配给他们：

Thread-177：任务0、1、2；
Thread-178：任务3、4、5；
Thread-179：任务6、7、8；

三个消费者线程并发执行，由于所有任务的优先级都是一样的，消费者线程们就会随机执行任务。

消费者线程被创建，自然也会被回收，这才是完整的生命周期。以下是当任务执行完成时日志的输出：

03-25 21:47:02.280 D/JOBS: Thread-177: load factor check. false = (2 < 1)|| (2 * 3 < 0 + 0). consumer thread: true
03-25 21:47:02.280 D/JOBS: finishing consumer Thread-177
03-25 21:47:02.310 D/JOBS: Thread-178: load factor check. false = (1 < 1)|| (1 * 3 < 0 + 0). consumer thread: true
03-25 21:47:02.310 D/JOBS: finishing consumer Thread-178
03-25 21:47:02.337 D/JOBS: Thread-179: load factor check. true = (0 < 1)|| (0 * 3 < 0 + 0). consumer thread: true
03-25 21:47:02.337 D/JOBS: didn't allow me to die, re-running Thread-179
03-25 21:47:02.337 D/JOBS: re-running consumer Thread-179

我们可以看到，当任务执行完毕之后Thread-177和Thread-178都被回收了，但是由于我们设置了最小消费者线程数为1，所以Thread-179被留下“坚守岗位”，等待下一个任务的到来，直到超时。

由此可知，JobMananger的任务调度机制还是十分复杂和完备的，真庆幸已经有人帮我们实现了。

4. RetryConstraint

最后要说的就是RetryConstraint，即任务在执行中发生异常之后要执行的策略。用户可以根据自己的使用情况来设置：

RETRY: RetryConstraint的自带策略，立刻重新尝试执行策略，直到执行成功或者尝试次数达到最大（18次）；
CANCEL：RetryConstraint的自带策略，取消当前任务的执行；
*createExponentialBackoff(int runCount, long initialBackOffInMs) *：定期延迟尝试执行任务，如果任务执行失败，下次执行的延迟时间会以指数形式增长,最大尝试次数为20次；

public static RetryConstraint createExponentialBackoff(int runCount, long initialBackOffInMs) {
        RetryConstraint constraint = new RetryConstraint(true);
        constraint.setNewDelayInMs(initialBackOffInMs *
                (long) Math.pow(2, Math.max(0, runCount - 1)));
        return constraint;
    }

在官方给出的示例PostTweet中，是这样定义* RetryConstraint*的：

    @Override
    protected RetryConstraint shouldReRunOnThrowable(Throwable throwable, int runCount,
            int maxRunCount) {
        if(throwable instanceof TwitterException) {
            //if it is a 4xx error, stop
            TwitterException twitterException = (TwitterException) throwable;
            int errorCode = twitterException.getErrorCode();
            return errorCode < 400 || errorCode > 499 ? RetryConstraint.RETRY : RetryConstraint.CANCEL;
        }
        return RetryConstraint.RETRY;
    }

如果是4XX的错误（服务器错误）就取消访问，其他异常就离开重新尝试请求。

关于Android-Priority-JobQueue，今天先介绍到这里，内容已经够多了。总之，这是一个很优秀的任务队列管理库，很值得使用和研究。欢迎大家尝试，以及给我留言指教。

阅读参考：

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原文链接：https://yq.aliyun.com/articles/586625

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2017-12-27

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